热泵

热泵(Heater   pump)它是一种能从低温物体向高温物体提取热量的能源利用装置。热泵一词借鉴于“水泵”自然界的水是从高处流向低处的，水泵可以把水从低处送到高处。根据热力学第二定律，热量总是自发地从高温物体流向低温物体，具有向温度更高的物体输送热量功能的设备被形象地称为热泵。

热泵的诞生可以追溯到19世纪20年代，卡诺循环的发现为热泵研究奠定了理论基础。第一个热泵系统是由汤姆森于1852年提出的(Tomoen)经过曲折的发展，它终于在1930年由霍尔丹开发出来(Haldane)开发了实用可行的热泵设备。这种装置也被认为是现代蒸汽压缩热泵的原型，它主要由压缩机组成、冷凝器、节流部件、蒸发器由四个部分和辅助部分组成。随着后来的发展，热泵的结构不断丰富和改进，出现了以溶液环路和喷射泵代替压缩机的吸收式热泵和蒸汽喷射热泵。热泵的应用范围也涵盖了工农业产品的干燥海水淡化化学蒸发和蒸馏等从早期的加热。

热泵一般由压缩机组成、冷凝器、节流部件、蒸发器和辅助部件。

压缩机

功能：从蒸发器吸入高温低压的工作介质并将其压缩成高温高压的工作介质。

类型：根据工作原理分为容积式和离心式；按密封类型可分为全封闭半封闭和开放式压缩机。

特点：压缩机仅在压缩热泵系统中需要在吸收式热泵和蒸汽喷射热泵中，可以分别用溶液回路或喷射泵代替。

冷凝器

功能：通常在供热端，它是热泵向用户传递热量的直接装置。它从压缩机接收高温高压的工作介质，利用热载体介质将热量释放到加热端，并将工作介质冷凝成液体。

类型：按结构可分为管壳式冷凝器套管式冷凝器板式冷凝器和螺旋板式冷凝器；

特点：冷凝器的本质是热交换器，其传热介质可以是液体，也可以是气体。以液体为热载体的冷凝器结构紧凑，但容易结垢；以液体为热载体的冷凝器易于安装和使用，但体积庞大且占用空间，因此不适用于大型热泵系统。

节流部件

功能：一方面，节流部分在热泵系统中用作阻力元件，以降低从冷凝器出来的低温高压工质的压力；另一方面，它充当流量调节元件，从而增加压缩机的吸入能力、冷凝器排热量、蒸发器负载匹配。

类型：通常有毛细管、热力膨胀阀和电子膨胀阀。

特点：毛细管结构简单，价格低廉，但调节能力弱，容易堵塞；热力膨胀阀调节范围大，价格低，但缺乏流量补偿能力；电子膨胀阀最大的优点是调节能力出色，但价格昂贵。

蒸发器

功能：从低温热源吸收热量以蒸发通过节流部分的低温低压工作介质；

类型：按结构可分为管壳式蒸发器套管式蒸发器板式蒸发器和螺旋板式蒸发器；

特点：它本质上也是一个热交换器。因此，它类似于冷凝器，但由于它处于低温端，因此需要一些防冻措施。

辅助部件

四通换向阀：在压缩机、冷凝器、切换蒸发器的管道，使热泵同时具有空调和制冷功能。

干燥过滤器：用于去除热泵中的水的干燥器和用于去除杂质的过滤器结合在一起。

气液分离器：从蒸发器出来的工作流体不一定“干气”，可能与液滴混合，这对压缩机会有很大影响。通常在蒸发器和压缩机之间。

油分离器：压缩机的润滑油可以与工作介质蒸汽混合。通常安装在压缩机后面或冷凝器前面。

储液器：它通常布置在冷凝器后面，以储存来自冷凝器的液态工质，以适应工况的变化。

电磁阀：它布置在节流元件的前面，防止压缩机停机时大量液态工质进入蒸发器，导致压缩机启动时发生液击。

高低压控制器：它串联在压缩机控制回路中，防止压缩机工作压力过低或过高造成安全隐患。

热泵装置和制冷装置的工作原理没有本质区别，但它们都是反向工作的热机，都遵守热力学基本定律。根据热力学第二定律，当向热泵输入一定的驱动能量W时，热泵可以通过热力学循环从低温物体中提取一部分热量并将其传递给高温物体。这三个符合能量守恒定律，即。热泵的热力循环过程通常用逆卡诺循环和洛伦兹循环来表示。

压缩式热泵

构成：压缩式热泵一般由压缩机组成、冷凝器、节流阀、蒸发器由四部分组成。

驱动方式：压缩式热泵的驱动方式主要是压缩机，利用压缩机实现蒸汽的加压驱动。具体工作过程为：蒸发器从低温端吸热产生高温低压蒸汽，经压缩机压缩形成高温高压蒸汽，并在冷凝器中进一步向加热端放热产生的低温高压废气经过节流部分后返回蒸发器，工质在系统中不断循环，实现连续运行。

特点：根据工作介质，压缩式热泵可分为蒸汽压缩式和空气压缩式两者的区别在于，蒸汽压缩式利用冷凝过程进行热交换，可以实现更大的功率。

吸收式热泵

构成：吸收式热泵类似于压缩式热泵，用一个溶液回路代替压缩机，溶液回路由吸收器溶液泵组成、发电机和溶液节流阀。

驱动方式：它通过消耗溶液回路中的热能来实现蒸汽的压缩，具体过程如下：溶液回路的蒸发器吸收来自蒸发器的高温蒸汽，由溶液泵送至发生器，发生器吸收外界热量使工质蒸汽沸腾形成高温高压蒸汽。其余的热过程与压缩热泵一致。

特点：低温热源，如工厂的废蒸汽和废热可用作热源，旋转部件少，耗电少，无噪音；但热效率低。

蒸汽喷射式

构成：用喷射泵代替压缩机驱动系统工作，喷射泵由喷嘴组成、混合室、扩压管组成。

驱动方式：热泵工作时，来自锅炉等蒸汽发生器的高压蒸汽通过喷嘴减压获得高速，高速蒸汽吸入蒸发器中的工质蒸汽使其高速流动，从而实现对工质的压缩。其余过程与压缩热泵相同。

特点：通过消耗热能提取低位热源中的热量，结构简单、几乎没有机械运动部件、价格低廉、操作方便、耐用，但热泵性能系数较低。

其他驱动方式

热电式热泵：它使用帕尔贴效应——，即当直流电施加于由两个不同导体形成的回路时，它在一个节点变冷，在另一个节点变热；热能通过电流从低位热源传递到高位热源。

化学热泵：基于某些化学效应可以吸收和释放热量的原理，它首先将低级热能转化为化学能进行储存，然后将储存的化学能转化为高级热能。

热源种类

空气源热泵：以空气为低位热源的热泵

优点：空气取之不尽用之不竭，空气热源热泵装置的安装和使用也很方便。

缺点：不稳定——受室外温度影响较大，室外温度较低时，热泵产生的热量较少；

制热性能和可靠性差——当室外温度过低时，热交换器的表面可能会结霜，从而影响热泵的可靠性和制热能力；该设备规模大且噪音大空气的比热小，需要大规模的风扇来提供足够的空气，因此该装置规模大且噪音大。

水热源热泵：利用地表水、地下水、以工业废热水为热源的热泵。

优点：水的热容量大，传热性能好，因此换热设备紧凑；水温相对稳定，使热泵的运行工况相对稳定。

缺点：热泵装置必须靠近水源或配备一定的储水装置；其次，对水质有一定的要求，水质分析后应采用合适的换热器材料，以防止腐蚀问题。

土壤热源热泵：以土壤为低温热源的热泵

热泵

优点：土壤温度变化不大，有一定的储热功能热交换器基本不需要除霜，以土壤为热源的热泵装置不需要风机降低噪音。地热源热泵的工况与土壤的性质有关，土壤的性质随地区和季节的不同而变化。全年地温波动较小，冬季土壤温度高于气温，因此热泵的制热性能系数较高。

由于土壤温度波动小，且具有一定的蓄热功能，热泵具有较高的制热性能系数。另外，当以土壤为热源时，风扇可以不使用，几乎不产生噪音。

缺点：①由于土壤传热系数小，需要消耗大量金属来增加传热面积，提高与土壤的传热。②土壤会腐蚀金属换热管，因此需要额外的防锈处理。

太阳能热泵：以太阳能为热源的热泵

优点：太阳能是取之不尽的、无污染、清洁的优点；而且太阳能热泵系统不需要除霜装置，结构简单，收集率高。

缺点：投资大。

其他分类

根据设备的集中程度：中央系统——是一个热泵，通过热泵站向该区域集中供热；分布式系统——是用于单个房间或楼层供暖的热泵，其机组通常放置在房间内。

按用途分类：热泵可分为民用热泵、工业用热泵、农业用热泵等。

按供热温度分类：热泵可分为低温热泵和高温热泵。

按能源品位分类：热泵可以分为第一种类型、第二类热泵。

按功能分类：热泵可分为仅用于加热的热泵、冷热交替热泵、同时制冷和制热的热泵。

按压缩机分类：热泵可分为活塞式、涡旋式、滚动转子式、螺杆式、离心式热泵。

采暖和供热水

热泵最常见的应用之一是用于居民、商业建筑提供热泵，为了提高热泵的运行经济性，通常采用兼具供热和制冷功能的热泵系统。

农产干燥领域

在农业生产中，经常有许多湿物料（如木材，纸张、谷物、茶叶、鱼类）需要烘干通常在生产过程中，采用加热空气和强制通风来加速干燥过程，干燥过程的能耗巨大。使用热泵干燥系统可以节省大量能耗，还可以进行低温干燥。

海水淡化

在没有天然淡水的地方，海水淡化技术非常重要海水淡化不仅需要消耗大量的热量来加热和蒸发水，还需要冷冻过程来分离盐水和冰。利用开式热泵循环，一方面可以保持冷冻室的负压以形成盐水和冰，另一方面也可以提供热量以加热和形成水蒸气。

化工蒸发蒸馏

制盐、制糖、牛奶浓缩、化工母液蒸发等工艺都是靠加热来蒸发水分，消耗的能量非常巨大。这些过程可以与热泵循环很好地结合起来，并发挥出极高的性能和优越的经济性。