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各类热泵研究应用现状与进展 　　摘 要：热泵技术具有很好的节能性，是一种环保的能源利用方式，但热泵系统在我国的发展仍存在诸多弊端。综述了当前国内外各类热泵技术应用与研究现状；分析了热泵系统的分类方法以及不同种类热泵系统的优缺点；基于不同种类热泵在我国当前应用现状，指出了当前热泵系统存在的运行效率不高、工程应用难以推广等关键问题；从系统节能、系统合理化运行与设计、规划调峰等方面，对热泵未来发展提出了展望，并创新性地提出了系统输送能耗对系统运行效率的影响的新观点。 　　关键词：热泵，热泵应用，输送能耗，系统运行效率 ，污水源热泵 　　热泵系统是通过消耗一小部分驱动能源（电能），从低品位能源重取热传递到中品位能源的高效、环保的能源利用装置。在能源紧缺，环境污染严重的当今社会具有很重大的科研价值以及重要的实际应用价值。当前我国热泵的发展迅速，无论是理论研究层面，还是工程使用层面，都在飞速蓬勃发展。 　　但是热泵系统在我国的发展也存在许多弊端，最突出的一点就是热泵系统化研究欠缺。目前中国热泵系统普遍具有系统运行效率低，运行稳定性差，节能效果不显著等问题，解决此类问题，成为我国热泵未来发展的重要突破口。 　　为了解决热泵系统设计运行不合理，系统整体运行效率低下等问题，以及规划我国热泵未来的发展方向，综述了国内外热泵系统先进技术的发展现状，并提出了热泵细化分类的新方法，基于不同种类的热泵系统，指出系统进一步发展的主要思路。 　　1 热泵 　　1.1 基本原理 　　热泵是一种通过消耗小部分高品位能源，从低品位能源中取热传递到中品位能源的能源利用装置，即消耗少部分的驱动能源，供给用户所消耗的能源以及吸收的大量低位能源，是一种高效的能源利用方式，利用这样技术的逆向运行还可以达到制冷的目的[1]。 　　根据能量守恒原理（热力学第一定律）[2]，热泵系统要从室内取走冷量或热量，则必然要有一个对应的无限大冷源或热源来提供一定的冷量或热量与之相平衡。热泵系统运行方式为冬季供热，夏季供冷，能量传递方向与温度梯度方向相同，根据热力学第二定律，能量传递方向与温度梯度方向相同时，需要有一定功输入。目前，工程应用中的热泵系统（以蒸汽压缩式热泵系统为主）效率很高，COP一般在4以上。当前热泵技术应用的关键问题是低温热源的适宜性选择，以及系统高效低能耗运行。 　　1.2 应用意义 　　热泵技术给我们提供了一条能源消耗少，环境污染小的绿色节能新道路。在提供相同热量的情况下，热泵比燃煤，燃油锅炉节约40%左右的一次能源，二氧化碳排放量可减少68%，二氧化硫排放量可减少93%，二氧化氮排放量可减少73%[3]。 　　2 分类及特点 　　按热泵的工作原理，热泵系统可分为蒸汽压缩式、吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵、其他热泵等。 　　2.1 蒸汽压缩式热泵 　　蒸汽压缩式热泵由压缩机、冷凝器、节流膨胀部件、蒸发器等基本部件组成封闭回路，在其中充注循环工质（如R22或R134a等），由压缩机做功推动工质循环流动。工质在蒸发器中发生蒸发相变，吸收低温热源的热能；在压缩机中由低温低压变为高温高压，并吸收压缩机的驱动能；最后在冷凝器中发生冷凝相变放热，把蒸发、压缩过程中获得的能量供给用户。 　　蒸汽压缩式热泵系统以电能作为驱动力，系统运行效率很高[4]（COP4），以燃煤锅炉发电效率33%～42%为准，蒸汽压缩式热泵系统的一次能源利用效率可以超过100%，甚至接近200%。 　　蒸汽压缩式热泵系统以其整体运行效率高，系统运行稳定，组成部件结构简单，可利用热源种类多，能源利用率高，安全性好等特点，成为当前应用工艺技术最完善，推广范围最广的热泵系统。 　　2.2 吸收式热泵 　　吸收式热泵分为两类：第一类吸收式热泵（即增热型热泵），它以蒸汽、燃料（燃气、燃油）、废热水或废蒸汽为驱动热源，把低温热源的热量提高到中、高温，从而提高了能源的品质和利用效率。第二类吸收式热泵（即升温型热泵），它利用大量中间温度的废热和低温热源的热势差，制取温度高于中间废热的热量，从而提高了废热的品质[5]。 　　第一类吸收式热泵包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器、热交换器和其他附件等。据测算，吸收式热泵的供热量等于从低温余热吸收的热量和驱动热源的补偿热量之和，即，供热量始终大于消耗的高品位热源的热量（COP1），根据不同工况，COP一般在1.65～1.85范围[6]。尽管与蒸汽压缩式相比（COP=4～5），效率较低，但是驱动热源可以不是电能。 　　第二类吸收式热泵组成与第一类相似，最高可以提供150 ℃左右的热量。第二类吸收式热泵的效率要相对较低（COP1），主要应用于一些对热源具有特殊要求的行业，相对于纯燃料或电力供能，其仍具有相当可观的节能环保意义。 　　2.3 蒸汽喷射