熱泵的應(yīng)用發(fā)展及技術(shù)特點分析

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1、熱泵的應(yīng)用發(fā)展及技術(shù)特點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)。就熱泵系統(tǒng)的熱物理過程而言，從工作原理或熱力學的角度看，它是制冷機的一種特殊使用型式。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

2、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)境溫度作為低溫熱源，將被調(diào)節(jié)對象作為高溫熱源；制冷機則是將環(huán)境溫度作為高溫熱源，將被調(diào)節(jié)對象作為低溫熱源。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)

3、生變化”的原理。1854年，W.Thomson教授（即大家熟知的LordKelvin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。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

4、熱泵在全世界范圍內(nèi)的發(fā)展。2.2熱泵的主要應(yīng)用型式按照熱泵系統(tǒng)的熱力循環(huán)型式，通常將熱泵分為如下六類：①蒸氣壓縮式熱泵與制冷機一樣，蒸氣壓縮式系統(tǒng)也是熱泵最主要的應(yīng)用型式。按照低溫熱源與供熱介質(zhì)的組合方式不同，蒸氣壓縮式熱泵系統(tǒng)又分為空氣——空氣熱泵、空氣——水熱泵、水——水熱泵、水——空氣熱泵、地熱——空氣熱源熱泵和土壤熱源——水熱泵等幾種主要應(yīng)用型式。②氣體壓縮式熱泵與蒸氣壓縮式系統(tǒng)熱泵不同的是，在這類熱泵系統(tǒng)中，工作介質(zhì)的工作區(qū)域為過熱區(qū)。對于氣體壓縮式熱泵系統(tǒng)，目前主要以二氧化碳、濕空氣作為工作介質(zhì)的熱泵系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)，是相關(guān)領(lǐng)域研究的兩類熱點課題

5、。使用濕空氣作為工作介質(zhì)的空調(diào)熱泵系統(tǒng)及裝置，以往主要用于航天方面，例如作為飛機客艙的空氣調(diào)節(jié)用冷、熱源設(shè)備。對于使用濕空氣作為工作介質(zhì)的空調(diào)熱泵系統(tǒng)在普通工業(yè)或民用建筑環(huán)境調(diào)節(jié)應(yīng)用的可能性，作者曾經(jīng)作文探討。③蒸氣噴射式熱泵蒸氣噴射式熱泵的工作與原理與蒸氣壓縮式熱泵基本相同，只是由蒸氣噴射器代替壓縮機。這種熱泵主要用于熱電廠綜合熱能利用中，與吸收式熱泵相比，這種熱泵效率較低，目前較少采用。④吸收式熱泵吸收式熱泵是一種利用低品位熱源實現(xiàn)將熱量從低溫熱源泵送向高溫熱源的循環(huán)系統(tǒng)。常用的工質(zhì)對是“水-溴化鋰（其中，以溴化鋰稀溶液為工質(zhì)，以溴化鋰濃溶液為吸收劑）

6、”、“氨-水（其中，以氨為工質(zhì)，以水吸收劑）”、“水-氯化鈣（其中，以鋁化鈣稀溶液為工質(zhì)，以氯化鈣濃溶液為吸收劑）”。⑤熱電式熱泵熱電式熱泵又稱為溫差電熱泵。它是利用Peltier效應(yīng)，即當直流電通過了兩種不同導體組成的回路時，就會在回路的兩個連接端產(chǎn)生溫差現(xiàn)象。熱電式熱泵具有無運動部件，工作可靠，壽命長，控制調(diào)節(jié)方便，振動小，噪聲低，對環(huán)境污染小等特點，但熱電堆的成本較高而且效率較低，因而主要用于一些特殊場合。⑥太陽能熱泵這種熱泵以太陽能集熱器作為熱源。圖3所示的是其中一種方案的太陽能熱泵流程。除上述幾種熱泵外，還有化學熱泵和吸附式熱泵、渦流管熱泵等其它

7、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、水或大地作為低溫熱源。3.1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

8、，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