热泵技术应用优缺点及发展动向

张希浩+张姝

摘要：为加速热泵技术在人们生产、生活中的应用，在分析不同类型热泵系统优缺点的同时，指出其各自在应用过程中需要解决的关键难题，并简要分析了热泵技术的发展动向。

关键词：热泵；分类；优缺点；关键难题

中图分类号：TK01+9文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.28.085

1引言

随着能源危机和环境污染问题日益突出，热泵以其节能、环保极具吸引力的优势近年在世界范围内得到了迅速发展。同时，热泵还可地热能、太阳能、空气能、

废热废气能等有机组合形成复合式热泵系统，从而实现优势互补，能量的更高效利用。本文结合各类热泵系统利用的优缺点，给出使用建议，以便为各类热泵系统的使用提供借鉴。

热泵是一种可以把不能直接利用的低位热能转换为可以利用的高位热能，从而节省一部分高位能的装置。热泵的种类繁多，分类按照热源种类、驱动方式、建筑用途、工作原理、供水温度等方式也各不相同。本文以常见的热源种类进行划分如图1所示。

2各类热泵的优缺点

空气源热泵系统在我国除了个别地区因为湿度太大或温度太低的原因不适合使用外，其他大部分地区都可以使用空气源泵系统进行供暖、制冷，甚至供生活热水等。也因此，空气源热泵在我国是应用最广的一种热泵形式。其主要优点是空气能易获取，系统安装受场地影响较小，安装简便，投资费用低，系统结构简单，便于管理和维护。其缺点是机组效率较低，且机组的效率受室外温度影响较大，在较冷天运行效率低，甚至不能正常使用。空气源热泵技术应用时需要解决化霜问题。尤其在湿度大，温度低的环境中运行时会化霜更加频繁，化霜时会使室温出现较大波动，且产生噪音。为此，有学者提出燃料驱动型空气源热泵系统，使一次能源效率明显提高，或提出太阳能辅助空气源系统，实现了高效利用不同辐射强度的太阳能和不同温度品位的空气热能。

水源热泵系统是指以特定水体为储存和提取能量的基本介质，通过热泵实现水体和建筑物形成换热。不像空气源热泵机组那般易受环境影响，水源热泵所用水体温度波动较小，機组效率高，运行稳定性好。其缺点也比较明显，水体因热泵的抽取与回流易导致水质、水温变化，影响水体周边的生态环境。地下水源热泵易受限于地下水的水质和水量，地下水回灌效果将影响整个系统的性能和使用寿命。地表水源热泵系统在使用时需处理好结垢、腐蚀、生物污泥等问题。海水源热泵系统所用海水具有腐蚀性，故机组与海水连接侧所用管道、设备、水泵等应具有一定耐腐性。污水源热泵技术应用需要解决的关键难题是堵塞和污垢。现如今太阳能与水源热泵系统的耦合也受到人们的关注。

土壤源热泵系统所需热量由地下岩土层提供。该系统既不像空气源热泵那般易受环境温度影响，也不像地下水源热泵那般易受限于地下水量和水质，且对生态环境影响较小。但土壤源热泵系统安装成本较高，且地下土壤热失衡也是土壤源热泵系统面临的重要问题。为解决热失衡问题，有学者提出太阳能、化石燃料、空气源、工业余热等热源补偿方式和改变热泵运行策略的方式对土壤进行热补偿。

3总结与展望

经过多年的发展，热泵技术已经应用于供热、制冷、供热水等人们生活的各个方面。今后针对热泵技术的研究主要有以下几个方面：（1）除了热泵技术与太阳能、生物质能等新能源相结合的研究不断深入外，随着土壤源与空气源复合型热泵机组得到开发，由其他热源有机结合的复合型热泵机组也将得到不断开发；（2）随着热泵技术应用于工业生产，出水温度更高，效率也更高，稳定性更好的高温热泵机组需要得到开发；（3）热泵技术与蓄热、热回收等技术相结合，开发更加节能的热泵系统。

参考文献

[1]马最良， 姚杨， 姜益强. 暖通空调热泵技术[M]. 中国建筑工业出版社， 2008.

[2]吴伟， 王宝龙， 石文星等. 氨水空气源吸收式热泵供热方案分析[J]. 供热制冷， 2016，（4）： 1821.

[3]Zhao Y， Shigang Z， Haibe Z. Optimization study of combined refrigeration cycles driven by an engine[J]. Applied energy， 2003， 76（4）： 379389.

[4]李先庭， 吴伟， 王宝龙等. 一种复合太阳能空气源热泵. 中国专利， ZL201420269521.2， 2014.

[5]宋应乾， 马宏权， 范蕊等. 地表水源热泵系统的水体热污染问题分析[J]. 建筑热能通风空调， 2011， 30（3）： 5054.

[6]孙春锦， 吴荣华， 孙源渊等. 污水源热泵技术研究现状及分析[J]. 暖通空调， 2015，（9）： 4953.

[7]龚光彩， 王立军， 苏欢. 太阳能水源热泵复合系统的[D]分析及试验研究[J]. 太阳能学报， 2013， 34（6）： 10511056.

[8]郑洪财. 太阳能/污水源热泵的运行特性分析[D]. 青岛科技大学， 2013.

[9]You T， Wu W， Shi W， et al. An overview of the problems and solutions of soil thermal imbalance of groundcoupled heat pumps in cold regions[J]. Applied Energy， 2016，（177）： 515536.

[10]陈松江， 余晓明， 王正辉等.一种太阳能-沼气驱动的吸收式制冷空调系统[J]. 低温与超导， 2012， （10）： 6569.endprint