太阳能热泵技术及其供热应用

1　热泵的基本原理及其类型

热泵是一反向使用的制冷机，与制冷机所不同的只是工作的温度范围。热泵系统的工作原理如图1所示[1][2]。蒸发器吸热后，其工质的高温低压过热气体在压缩机中经过绝热压缩变为高温高压的气体后，经冷凝器定压冷凝为低温高压的液体（放出工质的气化热等，与冷凝水进行热交换，使冷凝水被加热为热水供用户使用），液态工质再经降压阀绝热节流后变为低温低压液体，进入蒸发器定压吸收热源热量，并蒸发变为过热蒸气完成一个循环过程。如此循环往复，不断地将热源的热能传递给冷凝水。

根据热力学第一定律，有：Qg= Qd + A ，根据热力学第二定律，压缩机所消耗的电功A起到补偿作用，使得制冷剂能够不断地从低温环境吸热（Qd），并向高温环境放热（Qg），周而复始地进行循环。因此，压缩机的能耗是一个重要的技术经济指标，一般用性能系数(coefficient of performance，简称COP)来衡量装置的能量效率，其定义为：

COP=Qg/A =(Qd+A)/A=1+Qd/A

显然，热泵COP永远大于1。因此，热泵是一种高效节能装置，也是制冷空调领域内实施建筑节能的重要途径，对于节约常规能源、缓解大气污染和温室效应起到积极的作用。

所有型式的热泵都有蒸发和冷凝两个温度水平，采用膨胀阀或毛细管实现制冷剂的降压节流，只是压力增加的不同形式，主要有机械压缩式、热能压缩式和蒸气喷射压缩式。其中，机械压缩式热泵又称作电动热泵，目前已经广泛应用建筑采暖和空调，在热泵市场上占据了主导地位；热能压缩式热泵包括吸收式和吸附式两种型式，其中水—溴化锂吸收式和氨—水吸收式热水机组已经逐步走上商业化发展的道路，而吸附式热泵目前尚处于研究和开发阶段，还必须克服运转间歇性以及系统性能和冷重比偏低等问题，才能真正应用于实际。