熱泵應(yīng)用及熱泵技術(shù)分析

1、熱泵應(yīng)用及熱泵技術(shù)分析熱泵應(yīng)用及熱泵技術(shù)分析原作者：王瑞祥趙彬彬黃新偉鄒德寶出處：【關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞】熱泵【論文摘要論文摘要】熱泵應(yīng)用及熱泵技術(shù)分析熱泵作為提供熱量的主要設(shè)備之一，以其對環(huán)境友善及節(jié)約能源等特點，在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在本文中。作用首先回顧了熱泵的發(fā)展歷史，介紹了熱泵的種類、特點、使用場合及條件，對幾種主要熱泵在應(yīng)用過程中存在的問題進行了討論，分析了熱泵技術(shù)的研究進展、應(yīng)用現(xiàn)狀及相關(guān)新技術(shù)。1熱泵與制冷機熱泵是一種以冷

2、凝器放出的熱量對被調(diào)節(jié)環(huán)境進行供熱的一種制冷系統(tǒng)[1]。就熱泵系統(tǒng)的熱物理過程而言，從工作原理或熱力學(xué)的角度看，它是制冷機的一種特殊使用型式[2]。它與一般制冷機的主要區(qū)別在于：①使用的目的不同。熱泵的目的在于制熱，研究的著眼點是工質(zhì)在系統(tǒng)高壓側(cè)通過換熱器與外界環(huán)境之間的熱量交換；制冷機的目的在于制冷或低溫，研究的著眼點是工質(zhì)在系統(tǒng)低壓側(cè)通過換熱器與外界之間的換熱；②系統(tǒng)工作的溫度區(qū)域不同。熱泵是將環(huán)境溫度作為低溫?zé)嵩?，將被調(diào)節(jié)對象作為

3、高溫?zé)嵩?；制冷機則是將環(huán)境溫度作為高溫?zé)嵩?，將被調(diào)節(jié)對象作為低溫?zé)嵩?。因而，當環(huán)境條件相當時，熱泵系統(tǒng)的工作溫度高于制冷系統(tǒng)的工作溫度。2熱泵的由來及主要應(yīng)用型式2.1熱泵的由來隨著工業(yè)革命的發(fā)展，19世紀初，人們對能否將熱量從溫度較低的介質(zhì)“泵”送到溫度較高的介質(zhì)中這一問題發(fā)生了濃厚的興趣。英國物理學(xué)家J.P.Joule提出了“通過改變可壓縮流體的壓力就能夠使其溫度發(fā)生變化”的原理[3]。1854年，W.Thomson教授（即大家熟知

4、的LdKelvin勛爵）發(fā)表論文，提出了熱量倍增器（HeatMultiplier）的概念，首次描述了熱泵的設(shè)想[3]。當時，熱泵供暖的對象主要是民用，供暖需求總量小，特別是對由于采暖方式及其對環(huán)境的影響尚沒有足夠的意識。人們采暖的方式主要是燃煤和木材，因而，熱泵的發(fā)展長期明顯滯后于制冷機的發(fā)展。上世紀30年代，隨著氟利昂制冷機的發(fā)展，熱泵有了較快的發(fā)展。特別是二戰(zhàn)以后，工業(yè)經(jīng)濟的長足發(fā)展帶來的對供熱的大量需求及相對能源短缺，促進了大型供

5、熱及工業(yè)用熱泵的發(fā)展。1973年的全球性能源危機，進一步促進了熱泵在全世界范圍內(nèi)的發(fā)展。除上述幾種熱泵外，還有化學(xué)熱泵和吸附式熱泵、渦流管熱泵等其它主要用于一些特殊場合的其它形式的熱泵。3主要問題及應(yīng)用現(xiàn)狀蒸氣壓縮式熱泵是目前商業(yè)化應(yīng)用最為廣泛的一種熱泵。主要以空氣、水或大地作為低溫?zé)嵩础?.1空氣源熱泵（AirSourceHeatPump）以空氣作為熱源的熱泵稱為空氣源熱泵或氣源熱泵（AirSourceHeatPump，ASHP）。通

6、常制作成能夠供冷、供熱的兩用循環(huán)系統(tǒng)。ASHP需要依據(jù)給定的氣候條件來設(shè)計，使其容量及效率在較寬的環(huán)境溫度范圍內(nèi)達到保證。由此，需要在性能上解決這樣一對矛盾，就是當需要供量最大時的空氣源的溫度最低，同時機組的容量及效率也最低。此外，ASHP機組需要充分考慮不同循環(huán)條件下，節(jié)流機構(gòu)的參數(shù)選擇以及室內(nèi)外兩個換熱器之間的合理匹配問題。以機組生命周期內(nèi)的總費用最低為目標，作者推薦了以空氣處理參數(shù)作為ASHP系統(tǒng)室內(nèi)外兩個換熱器之間的匹配的原則的

7、方法[6]。在確定機組的容量時，對于一般地區(qū)而言，由于空調(diào)負荷大于采暖負荷，因而，根據(jù)空調(diào)制冷負荷確定即可。對于寒冷地區(qū)用戶，在一定的時間內(nèi)，空調(diào)負荷可能不再大于采暖負荷。在這種條件下，可以根據(jù)情況采取兩種處理方法：一是以極端供熱負荷及其對應(yīng)的環(huán)境條件與機組的運行條件確定機組容量；二是仍然以空調(diào)制冷負荷確定機組容量，在機組供熱量不能滿足供熱的條件下，采取補充輔助加熱措施。文獻[7]推薦的確定起動輔助加熱措施的條件是“熱泵系統(tǒng)的運行效率約

8、為1.5至2.0”時。對于冬冷夏熱的濕熱地區(qū)，需要考慮的另外一個問題就是ASHP機組室外側(cè)換熱器的結(jié)霜以及由此帶來的一系列問題。一般認為，環(huán)境溫度在5~5℃區(qū)間，為易結(jié)霜區(qū)[7][8]，需要特別關(guān)注。3.2水源熱泵（WaterSourceHeatPump）以水作為熱源的熱泵稱作為水源熱泵（WaterSourceHeatPump，WSHP）。通常以海水、河水、湖水及井水作為低溫?zé)嵩?。由于水的溫度變化較小，水源熱泵的性能通常要比ASHP的性