热泵原理及分类_secret

在自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。

一台压缩式热泵装置，主要有蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量） →压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。

热泵在工作时，把环境介质中贮存的能量QA在蒸发器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即压缩机耗电QB；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热QC，QC=QA+QB，由此可以看出，热泵输出的能量为压缩机做的功QB和热泵从环境中吸收的热量QA；因此，采用热泵技术可以节约大量的电能。 热泵发展趋势 ：

从科学利用热能的角度来说，使用电力、燃气、燃油等高品位的能源，来加热仅四五十度温升的生活用热水是极不合算的，这样的加热过程即使是达到100%的效率，表面看是没有热能的损失，但实际上已经伴随着巨大的熵增损失，是一种极大的能源浪费。

从热力学第二定律的意义上讲，传热的温差越大，能量的损失就越大，即热能除了有“热量”方面度量以外，还有“品位”方面的度量，人们应该尽可能使用较低品位的热能，这才是科学的和合理的。

现有的热水器实质上都是能量转换装置，它把电能、燃料的化学能或太阳能转换为热能，其系统“效率”不可能超过 100 % ，例如燃气热水器，因为有高温废气的排放、不完全燃烧、强制排烟及换热效率方面的损失，实际的制热系数仅在0.5—0.7之间。 在很久以前，科学家就提出了热泵的工作原理，为人类科学的使用低温热能指出了方向，目前热泵技术在世界上也已经有了许多方面的应用，国内的应用主要在冷热双效空调产品中，即以室外空气为热源对室内空气进行加热，以达到节能的目的，其系统致热系数已经能高达4倍。 热泵的名称很形象的比喻它的原理：即热泵不是热能的转换设备而是热量的搬运设备，它是一台“泵”，这个泵所搬运的介质不是水、气或油，而是“热”。也因为这样，它的“效率”不受能量转换效率（100%为其极限）的制约。 热泵制热的效率，受到逆向卡诺循环效率的制约，其理论上的最高效率为：（工作温度 + 273.15）/ 高、低温差，从这里可以看出，只要有效的降低工作温差，就可以提高制热效率。例如高低工作温差在 20 度时，系统的理论制热系数就可以达到15倍以上。

制热四个过程原理 （1）压缩过程

蒸发后的运行工质被吸入压缩机，通过压缩机的压缩功能，将工质压缩成高压高温气体，使其对于较低温度的自来水易于放热、液化。 （2） 冷凝过程

筑龙网水暖电资料免费下载 从压缩机排出的高压高温工质被常温的自来水吸收热量而变成的液态工质。 （3） 节流过程

把液化后的工质送入热泵主机蒸发器之前，利用毛细管的压力差，使工质在保温水箱的冷凝器内冷凝降压，将它变成即使在低温下也易于蒸发的状态。 （4） 蒸发过程

液态工质从周围空气中吸收热量而不断蒸发汽化，被吸收热量后的空气变为“冷气”。

热泵制热原理

热泵热水器是空调器的演变产品，在制冷系统中装上电磁四通阀（又称换向阀），通过四通阀的切换方向，改变制冷剂的流动方向， 空调器就能制热。压缩机排出的高温高压蒸汽状的制冷剂流向保温水箱里的冷凝器，将热量传给通过水箱的自来水，然后通过毛细管节流降压，在室外热泵主组的蒸发器中蒸发吸热，用工质吸收室外空气中的热量。热泵热水器就是这样吸收室外空气中的热量，向保温水箱内自来水传递，它比单纯用电加热器制热更能省电、快速、安全，且室外热能潜力无限大。

热泵制热时，如果热泵主机换热器的温度太低，则冷凝水会在热泵主机换热器上结霜，影响制热效果，此时必须进入化霜工况运行，热泵主机换热器放热化霜，等结霜化去后重新开始制热。

热泵的主要分类

根据热泵所利用能源的不同，热泵可作如下分类：

一、空气源热泵

以空气作为“源体”，空气源热泵，通过冷媒作用，进行能量转移。目前的产品主要是家用热泵空调器、商用单元式热泵空调机组和热泵冷热水机组。热泵空调器已占到家用空调器销量的40—50%，年产量为400余万台。热泵冷热水机组自90年代初开始，在夏热冬冷地区得到了广泛应用，据不完全统计，该地区部分城市中央空调冷热源采用热泵冷热水机组的已占到20—30%，而且应用范围继续扩大并有向此移动的趋势。

二、水源热泵

以地下水作为冷热\"源体\"，在冬季利用热泵吸收其热量向建筑物供暖，在夏季热泵将吸收到的热量向其排放、实现对建筑物供冷。虽然目前空气能热泵机组在我国有着相当广泛的应用，但它存在着热泵供热量随着室外气温的降低而减少和结霜问题，而水源热泵克服了以上不足，而且运行可靠性又高，近年来国内应用有逐渐扩大的趋势。

三、地源热泵

地源热泵是以大地为热源对建筑进行空调的技术，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热

筑龙网水暖电资料免费下载 量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用。由于其节能、环保、热稳定等特点，引起了世界各国的重视。欧美等发达国家地源热泵的利用已有几十年的历史，特别是供热方面已积累了大量设计、施工和运行方面的资料和数据。

四、复合热泵

为了弥补单一热源热泵存在的局限性和充分利用低位能量，运用了各种复合热泵。如空气-空气热泵机组、空气-水热泵机组、水-水热泵机组、水-空气热泵机组、太阳-空气源热泵系统、空气回热热泵、太阳-水源热泵系统、热电水三联复合热泵、土壤-水源热泵系统等。

1、太阳-空气热源热泵系统

太阳-空气热源热泵系统是在传统的空气热源热泵系统的基础上，利用太阳能热源而新开发的系统。它可以制冷、供热、供生活热水，是一种利用自然能源、无污染、适用性广、效率高的新型冷热源系统。

2、土壤-水热泵系统

土壤-水热泵（下称土壤热泵）可利用低品位的土壤热能提供热水或向建筑物供暖。美国、德国及瑞典等北欧国家，已有上万台此类热泵装置在运行，土壤热泵技术已趋成熟，并迅速地加以推广使用。目前正在制订土壤热泵用于供暖的技术规范。

3、太阳能-水源热泵空调系统

太阳能水源热泵系统由三部分组成，即太阳能集热系统、水源热泵系统和热水供应系统。其系统是将建筑物的消防水池作为蓄水供应系统。以解决太阳能的间歇性和不稳定性。当环路水温高于35℃时，水源热泵空调系统同消防水池断开，冷却塔投入运行，当环路水温在15~35℃之间时，太阳能作为冷却塔停止运行，生活热水供应的热源收集的太阳能用来加热生活用水；当环路水温低于15℃时，环路与消防水池连通，太阳能水源热泵空调系统吸收太阳能。若仍有多余的太阳能时，可继续加热生活用水。

热泵除上述四类以外，还有喷射式热泵、吸收式热泵、工质变浓度容量调节式热泵及以CO2为工质的热泵系统。