综合能源技术丨一文了解各类热泵技术

了解不同类型的热泵（如空气源热泵、地源热泵等），选择最适合的型号。 #生活技巧# #居家生活技巧# #节省能源技巧# #热泵供暖#

什么是热泵

定义：在自然界中，水总是由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。人们可以用水泵把水从低处抽到高处，实现水由低处向高处流动，那如何把热量从低温传递到高温呢？答案就是利用热泵。具体来讲，热泵是将“热”集中并提高其品位的过程，通过利用少量高品位的电能作为驱动能源，从低温分散的热源高效吸收低品位热能并输给高温热源，达到热泵的目的。

能效比：热泵既可以供热，也可以制冷，而衡量热泵效率高低的关键是看一份用来驱动的电能最多可以搬运几份能量，也就是我们所需要的热量或冷量，而这个份数即是我们常说的能效比或COP。

热泵的分类

前面提到，热泵是将“热”集中并提高其品位的过程，根据低品位热源的来源途径，热泵可分为空气源热泵，地源热泵，水源热泵。

按热泵的工作原理，可分为蒸汽压缩式热泵，蒸汽喷射式热泵，吸收式热泵，热电式热泵，化学式热泵等，其中蒸汽压缩式热泵是目前最主流的应用形式。

按供热温度可分为低温热泵（小于100℃）和高温热泵（高于100℃）。

目前，市场上热泵的主流分类是按照热源来源途径区分，下文会详细介绍空气源、地源、水源三种热泵。

空气源、地源、水源热泵详解

空气源热泵

概况

空气能(源)热泵，作为热泵技术的一种，享有“大自然能量的搬运工”的美誉，具有着使用成本低、易操作、采暖效果好、安全、干净等多重优势。它是按照“逆卡诺循环”原理进行工作，相当于一台单热式空调，以无处不在的空气作为主要能量来源，通过少量电能驱动压缩机运转，将周围空气中的低温热量搬运到室内或水体中，达到空调或加热水的目的。空气源热泵无需复杂的配置、昂贵的取水、回灌或者土壤换热系统和专用机房，能够逐步减少传统采暖给大气环境带来的大量污染物排放，保证采暖功效的同时兼顾节能环保的目的。

技术原理

空气能热泵机组一般由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀（节流阀）等主要部件组成。简单来说，以家用空调为例，在制冷循环中，气态冷媒（如氟利昂）在压缩机中被压缩形成高温高压气体，经室外冷凝器（热交换器）冷凝变为常温高压液体，随后通过节流阀，变为常温常压液体，最后通过室内蒸发器，液态冷媒快速蒸发，吸收室内热量后又变回气态进入压缩机，完成了热量由室内搬向室外的过程，即蒸发（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；制热过程与此类似，只需要改变冷媒的流通方向，即可实现热量从室外向室内的搬运。一般空气源热泵的能效比（COP）可达3以上，即消耗一份电能可得到3份冷/热量。

优缺点分析

1.适用范围广，温度范围从7至40度，可常年使用；

2.运行成本适中，节能效果突出，投资回报期短;

3.占地空间小，施工难度小，其外形相似空调室外机，可直接连接或连接保温水箱加热管，适用于大中城市的大型集中供热;

4.室外温度较低时，尤其在北方地区，运行效率下降明显，需配置辅助加热装置；

5.易结霜影响工作可靠性，较适用于中南部地区。

适用范围

广泛适用于大中小规模用户，如家庭住宅、公寓、写字楼及“煤改电”集采项目等。由于在极寒天气下能效比较低，一般适用于我国中南部地区。

地源热泵

概况

近年来，地源热泵技术在我国能源革命的背景下愈发受到重视，尤其在地热资源较为丰富的北方地区应用愈发普遍。地源热泵的工作原理与空气源热泵基本一致：在制冷状态下，机组内压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化循环，通过水路循环将冷媒所携带的能量转移至地下水或土壤里，通过风机盘管，以13℃以下的冷风的形式为房间供冷；在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向，由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，并不断转移至室内，通常以35℃以上热风向室内供暖。

地源热泵充分利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环系统，实现整体热量的收支平衡，一般能效比（COP）可达4-5，节能减排效果显著。

优缺点分析

1.充分利用可再生能源，清洁环保；

2.能源主要来自地下，能效比较高，比传统中央空调节电40%左右；

3.运行及维护成本更低，同时可兼顾制冷制热;

4.使用寿命较长：一般系统寿命可以长达20年到25年，地下换热部分寿命可以达50年。

5.初始投资大，其中钻井部分约占总投资的70%，小规模用户较难负担；

6.施工难度高，对现场情况、专业技术和工程管理等要求较高，施工质量直接影响全寿命周期运行效率；

7.水井占地面积非常大，且容易造成土壤热不平衡，影响周围生态。

适用范围

适用于地热资源丰富、满足一定地质条件、有足够场地敷设地埋管的场地，由于初始投资较高，中大规模用户才具备一定经济性，较适合我国北方地区。

水源热泵

概况

江河湖海及地下水蕴含了巨大的能量资源，其热惰性极大，全年的温度波动很小，一般说来，埋藏于地表20米以下的浅表层地下水可常年维持在该地区年平均温度左右，是理想的天然冷热源。以地下水为冷热源的水源热泵系统为例，其组成部分主要为末端系统（室内空气处理末端等），水源中央空调主机（又称为水源热泵）和水源水系统三部分组成。为用户供热时，水源中央空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的水源中央空调主机“泵”送到高温热源，以满足用户冷热需求。

水源热泵与地源热泵的能量来源形式存在重叠之处，根据水源热泵的工作形式，可分为开式系统和闭式系统，其区别主要在于是否直接引入外部水源进行热交换，即开式系统需直接提取水源进行冷热交换后进行回灌。水源热泵是目前空调系统中能效比（COP值）最高的制冷、制热方式，理论计算可达到7，实际运行为4-6。

优缺点分析

1.水源热泵充分利用可再生能源，清洁环保；

2.水源热泵技术是目前空调系统中能效比（COP值）最高的制冷、制热方式，理论COP可达到7，实际运行为4-6，是目前空调系统中能效比最高的制冷制热方式；

3.水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，使得热泵机组运行更可靠、稳定

4.我国水质较硬，从地下抽取的水经过换热器容易结垢，维护复杂；

5.不同的水源利用成本差异较大，闭式系统一般成本较高，而开式系统水源限制条件较多，必须满足一定的温度、水量和清洁度，否则会增加运行维护费用。

适用范围

适用于水源丰沛、四季分明、温度适中、有较大冷热需求规模地区，凡是水温、水量、水质能满足水源热泵工作要求的都可作为系统水源。

总结

目前，各类热泵技术已日趋成熟，能源利用率较高，成本逐年下降，应用场景逐渐向工业、农业方向拓展，加之国家层面节能减排政策鼓励，传统燃煤锅炉房及其他高耗能方式逐步淘汰，热泵技术的市场潜力十分巨大。

（来源：国网节能综合能源）

（提供：谈竹奎 编辑：周卓娜）

贵州省电机工程学会

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