首先，什么是熱泵？它是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經(jīng)過電力做功，提供可被人們所用的高品位熱能的裝置。簡潔地說，熱泵就是對(duì)自然界的能量進(jìn)行“搬運(yùn)”，供應(yīng)在我們所需要的地方的技術(shù)，比如供暖。

熱泵根據(jù)其吸收能量的來源（熱源）不同，可以分為空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵等。而空氣源熱泵，以其各種優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)廣泛地被認(rèn)為是未來最有發(fā)展?jié)撡|(zhì)的新能源技術(shù)之一。

熱泵工作原理

190年前，法國工程師尼古拉·萊昂納爾·薩迪·卡諾，構(gòu)造了在加熱器與冷凝器之間的一個(gè)理想循環(huán)：汽缸與加熱器相連，汽缸內(nèi)的工作物質(zhì)水和飽和蒸汽就與加熱器的溫度相同，汽缸內(nèi)的蒸汽如此緩慢地膨脹著，以致在整個(gè)過程中，蒸汽和水都處于熱平衡。然后使汽缸與加熱器隔絕，蒸汽絕熱膨脹到溫度降至與冷凝器的溫度相同為止。然后活塞緩慢壓縮蒸汽，經(jīng)過一段時(shí)間后汽缸與冷凝器脫離，作絕熱壓縮直到回復(fù)原來的狀態(tài)。

這一由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成的循環(huán)，即后來所稱的“卡諾循環(huán)”。

逆卡諾循環(huán)，是卡諾循環(huán)的逆過程，低溫時(shí)做功吸熱，高溫時(shí)做負(fù)功放熱，將功轉(zhuǎn)換為熱。也是包括空氣源熱泵在內(nèi)的所有熱泵的工作原理。同時(shí)，這也是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷目照{(diào)、冰箱等制冷系統(tǒng)的工作原理。逆卡諾循環(huán)也包括四個(gè)步驟，都為可逆過程：絕熱膨脹，在這個(gè)過程中系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作功，降溫；等溫膨脹，在這個(gè)過程中系統(tǒng)從低溫環(huán)境中吸收熱量，同時(shí)對(duì)環(huán)境做與該熱量等量的功；絕熱壓縮，在這個(gè)過程中系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作負(fù)功，升溫；等溫壓縮，系統(tǒng)恢復(fù)原來狀態(tài)，在這個(gè)過程中系統(tǒng)向高溫環(huán)境中放出熱量，同時(shí)環(huán)境向系統(tǒng)做與該熱量等量的功，即負(fù)功。

以空氣源熱泵應(yīng)用于供暖（水地暖）為例，熱泵機(jī)組設(shè)備內(nèi)專置一種吸熱介質(zhì)——冷媒，它在液化的狀態(tài)下低于零下20℃，與外界溫度存在著溫差，因此，冷媒可吸收外界的熱能，在蒸發(fā)器內(nèi)部蒸發(fā)汽化，通過熱泵機(jī)組中壓縮機(jī)的工作提高冷媒的溫度，再通過冷凝器使冷媒從汽化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為液化狀態(tài)，在轉(zhuǎn)化過程中，釋放出大量的熱量，傳遞給水箱中的儲(chǔ)備水，使水溫升高，達(dá)到制熱水的目的。之后，冷媒經(jīng)過膨脹閥的節(jié)流后，再次變?yōu)榈蜏匾簯B(tài)被運(yùn)送至蒸發(fā)器內(nèi)，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

理論上講，只要冷媒液化溫度值和環(huán)境溫度間存在著溫度差，就能夠吸收熱量。但是，在實(shí)際運(yùn)用過程中，還受到很多因素的制約。

熱泵關(guān)鍵技術(shù)

從空氣源熱泵工作原理中，我們可以找出幾個(gè)關(guān)鍵詞：冷媒，蒸發(fā)器，壓縮機(jī)，冷凝器，熱交換器，膨脹閥等。這也是構(gòu)成熱泵機(jī)組的幾個(gè)關(guān)鍵性部件。對(duì)冷媒大家并不陌生，最常見的就是一度與臭氧層破壞聯(lián)系起來的氟利昂。冷媒的作用就是在密閉系統(tǒng)內(nèi)通過自身物理特性的轉(zhuǎn)變吸收、釋放溫度。目前，空氣源熱泵機(jī)組中，最常見的冷媒是二氟一氯甲烷即R22、R410a、R134A、R407c等四種。冷媒的選擇，以具備無毒、不爆炸、對(duì)金屬及非金屬無腐蝕作用、不燃燒、泄漏時(shí)易于察覺、化學(xué)性安定、對(duì)潤滑油無破壞性、具有較高的蒸發(fā)潛熱、對(duì)環(huán)境無害等特點(diǎn)為最理想。

壓縮機(jī)，是熱泵機(jī)組的“心臟”，理想的熱泵壓縮機(jī)能在最低大約-25℃的寒冷環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，并確保在冬季能提供55℃以上乃至60℃的熱水。在反應(yīng)壓縮機(jī)性能方面，噴氣增焓技術(shù)是不得不提的。

噴氣增焓系統(tǒng)，是由噴氣增焓壓縮機(jī)、噴氣增焓技術(shù)、高效過冷卻器組成的新型系統(tǒng)，這三個(gè)技術(shù)的組合可提供高效的性能，是一個(gè)有機(jī)的整體。噴氣增焓壓縮機(jī)是采用兩級(jí)節(jié)流中間噴氣技術(shù)，采用閃蒸器進(jìn)行氣液分離，實(shí)現(xiàn)增焓效果。它通過中低壓時(shí)邊壓縮邊噴氣混合冷卻，然后高壓時(shí)正常壓縮，提高壓縮機(jī)排氣量，達(dá)到低溫環(huán)境下提升制熱能力的目的。高效過冷卻器在整個(gè)系統(tǒng)中也起到了關(guān)鍵性的作用，一方面對(duì)主循環(huán)回路冷媒進(jìn)行節(jié)流前過冷，增大焓差；另一方面，對(duì)輔助回路（這路冷媒將由壓縮機(jī)中部導(dǎo)入直接參與壓縮）中經(jīng)過電子膨脹閥降壓后的低壓低溫冷媒進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以達(dá)到合適的中壓，提供給壓縮機(jī)進(jìn)行二次壓縮。

噴氣增焓壓縮機(jī)由谷輪提出，廣泛用在渦旋式壓縮機(jī)上，2013年應(yīng)美芝突破了結(jié)構(gòu)的限制，噴氣增焓也應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)上。在超低溫空氣源熱泵機(jī)組中，噴氣增焓技術(shù)有著突出的意義。

可見，每一個(gè)部件的質(zhì)量和效率都很重要，但作為一種清潔能源技術(shù)，最終決定空氣源熱泵工作效能的，并不是某一部分的優(yōu)劣，而是最終取決于各個(gè)部件之間能否最優(yōu)化設(shè)計(jì)組合、從而實(shí)現(xiàn)最高的COP值。

舉例說明，假設(shè)在北方霜凍地區(qū)，一臺(tái)空氣源熱泵配備了國際最先進(jìn)的壓縮機(jī)，能夠保證機(jī)組在零下十幾度的環(huán)境下啟動(dòng)制熱，但是，假如在運(yùn)行了一段時(shí)間之后，由于其除霜技術(shù)并不智能，那么就有可能出現(xiàn)頻繁除霜導(dǎo)致室內(nèi)供暖溫度極不均衡甚至直接停止制熱的后果。因此，越來越多的企業(yè)已經(jīng)深刻認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)化思維在熱泵生產(chǎn)應(yīng)用中的必要性和重要性。

此外，考慮到消費(fèi)者在使用空氣源熱泵采暖時(shí)的整體舒適性，機(jī)組在降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行噪音方面，同樣是非常重要的。

熱泵相對(duì)優(yōu)勢(shì)

空氣源熱泵機(jī)組的熱效率一般為300%-500%，以溫升40℃計(jì)算，生產(chǎn)一噸熱水約耗電9-15度。而普通電加熱方式需要耗電52度——節(jié)能、節(jié)省使用費(fèi)用是空氣源熱泵供暖的重要優(yōu)勢(shì)所在，也是對(duì)于消費(fèi)市場首要的吸引因素。

以目前空氣源熱泵的平均市場售價(jià)而言，其初期投資成本相對(duì)于燃油、燃?xì)忮仩t是比較高的，但由于它特殊的節(jié)能效果，一般會(huì)在一年半以內(nèi)通過節(jié)能方式將成本收回，鍋爐等其它供熱方式一般使用壽命在8—10年，而熱泵機(jī)組的使用壽命可長達(dá)15年。

采用空氣源熱泵來做獨(dú)立供暖系統(tǒng)，相對(duì)于燃?xì)獾绕渌膳绞?，在安全性，綜合造價(jià)，使用壽命，使用條件限制方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，特別是一套空氣源熱泵系統(tǒng)既能滿足冬季的取暖需求，又能滿足夏季的空調(diào)制冷需求；使用的能源是最為普及的電力，相比之下，燃?xì)鉅t受供氣量，供氣管網(wǎng)等諸多限制；而且從環(huán)保性來講，燃?xì)鉅t畢竟還是有二氧化碳的排放，而且消耗的是可以做其他用途的高品位能源，而空氣源熱泵消耗的是電力，雖然目前中國的大部分的電力來自非清潔能源——煤，但是，隨著核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電和水電的進(jìn)一步發(fā)展，中國的電力也將變得越來越清潔。另一方面，就目前的應(yīng)用狀況而言，空氣源熱泵的最大缺點(diǎn)是其制熱量和能效比隨熱源側(cè)（室外環(huán)境）的溫度下降而衰減。理論情況下，當(dāng)室外溫度降至零下25度時(shí)，大部分空氣源熱泵機(jī)組的能效比在180%左右，能效狀況并不理想。但是，目前市場上存在的專門針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)的超低溫空氣源熱泵機(jī)組，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)在零下15度以上的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)300%以上的能效比，大大拓寬了空氣源熱泵供暖系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

綜合分析，雖然存在一定的缺陷和限制，但空氣源熱泵作為獨(dú)立供暖系統(tǒng)的熱源，具有巨大優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景。

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