热泵及其应用技术

热泵（heat pump）实质上是一种能源采掘装置，它以消耗一部分高品质的能源（如机械能、电能或高温热能等）为代价，通过逆卡诺循环方式，把自然环境（水、空气等）或其他低温热源中贮存的能量加以利用，并转变成为高温的热量。显然，它的工作原理与制冷循环相同，但它们的工作范围和要求的效果有所不同。如图13-17所示，制冷循环的目的是将低温物体的热量传给自然环境，以造成和维持低温环境；热泵则从自然环境中吸收热量，并将它输送到人们所需要的温度较高的物体中去。

图13-17　制冷循环与热泵

图13-18所示为热泵的工作原理图和相应的TS图。在蒸发器中工质吸收自然环境中或低温废水等的热量而蒸发，经压缩机压缩后的工质在冷凝器中释放热量或加热供热系统的回水，然后加热后的回水由循环泵送到用户用作采暖或热水供应等；在冷凝器中，工质凝结为饱和液体，经节流降压、降温后进入蒸发器，蒸发吸热、气化为干饱和蒸气，从而完成一个循环。热泵循环的经济性以消耗单位功所得到的单位供热量来衡量，称为供热系数，即

式中，QH为热泵的单位供热量，kJ·kg-1；Ws为热泵消耗的单位功，kJ·kg-1。

图13-18　热泵工作原理及T-S图

热泵循环向供热系统供热量QH[见图13-18（b）]为

QH=QL+Ws=H2-H4=图围面积2-3-4-6-8-2

因QH＞Ws，故εH总是大于1。(www.xing528.com)

供热系数与制冷系数的关系可以由下式分析得出，对制冷系数

由此可见，循环制冷系数越高，供热系数也越高。但实际上，对同一套装置，如热泵型空调，一般在夏天启用制冷功能，在冬天启用制热功能，但其在冬天和在夏天的工作温度是不相同的，因此其制热系数并不是简单的制冷系数加1。

热泵以花费一部分高品质能源为代价（作为补偿条件），从自然环境或其他低温废热中获取能量，并连同所花费的高品质能量一起向用户供热，从而有效地利用了能级较低的热能。就热量获取装置而言，热泵是比较合理的供热装置，经过合理的设计，热泵可以使系统在不同的温差范围内运行。现在，市场上广泛销售的热泵型空调就是这样的一种装置，但这并不意味着可以通过热泵循环从自然环境中获得有效能。事实上，就整个循环而言，过程的有效能还是降低的。热泵作为一种节能装置，近来在工业和民用领域获得了较为广泛的应用，工业上热泵所能提供的最高的制热温度可以达到150℃。在民用领域，除了热泵型空调外，以空气中蕴藏的热能为热源的空气源热泵型热水器近年来也得到了长足的发展，最高可提供的热水温度达到了60℃，和传统的储水型电热水器相比，提供同样的热水，可以节约3/4的电能。