热泵的原理及技术经济性分析

一、热泵的原理介绍及能量转换分析

　　所谓热泵，就是一种利用人工技术将低温热能转换为高温热能而达到供热效果的机械装置。热泵由低温热源（如周围环境的自然空气、地下水、河水、海水、污水等）吸热能，然后转换为较高温热源释放至所需的空间（或其它区域）内。这种装置即可用作供热采暖设备，又可用作制冷降温设备，从而达到一机两用的目的。　　
　　热泵机组的能量转换，是利用其压缩机的作用，通过消耗一定的辅助能量（如电能），在压缩机和换热系统内循环的制冷剂的共同作用下，由环境热源（如水、空气）中吸取较低温热能，然后转换为较高温热能释放至循环介质（如水、空气）中成为高温热源输出。在此因压缩机的运转做工而消耗了电能，压缩机的运转使不断循环的制冷剂在不同的系统中产生的不同的变化状态和不同的效果（即蒸发吸热和冷凝放热），从而达到了回收低温热源制取高温热源的作用和目的
二、热泵的发展和在我国的应用

　　欧洲第一台热泵机组是在1938年间制造的。它以河水低温热源，向市政厅供热，输出的热水温度可达60oC。在冬季采用热泵作为采暖需要，在夏季也能用来制冷。1973年能源危机的推动，使热泵的发展形成了一个高潮。目前，欧洲的热泵理论与技术均已高度发达，这种“一举两得”并且环保的设备在法、德、日、美等发达国家业已广泛使用。
　　80年代来，我国热泵在各种场合的应用研究有了许多发展。针对我国地热资源较丰富的情况，若把一次直接利用后或经过降温的地下热水作为热泵的低位热源使用，就可增大使用地下水的温度差，并提高地热的利用率，这在京津地区早已有过应用实践。而这种设备同时对于我国能源使用效率不高、分配不均匀的现状也提出了一个有效的解决方法。
三、热泵的技术性分析

　　1．热泵机组可以达到一机两用的效果，即冬季利用热泵采暖，夏季进行制冷。既节约了制冷机组的费用，有节省了锅炉房的占地面积，同时达到了环保。

　　2．如业主已有地热井，则可利用热泵装置进行梯级转换，能大大便于热资源的充分有效地利用。

　　3．用于生活采暖和生活水加热等需要的能源消耗，如果依靠直接电热会造成能源再浪费，是不可取的，采用热泵供热和加温才能更有效的利用电能。

　　4．使用热泵技术供热采暖对大气及环境无任何污染，而且高效节能，属于绿色环保技术和装置，符合目前我国能源、环保的基本政策，对用户本身也无形中起到自我宣传的作用。
四、热泵供热的经济性分析

　　热泵的经济性是由多方面来确定的，它与锅炉房供热相比，显然具有以下特点：

　　1．运行附加费较小，这是因为：
　　（1）热泵装置不需要燃料输送费用和保管费、排渣运输费等；
　　（2）检修周期较长，因锅炉设备与高温烟气接触，构件极易受损；而热泵系统只有两个部件运动，磨损少，平时无需任何检修。
　　（3）管理人员与劳动强度均可减少，节省工资开支。

　　2．运行直接费用（电费）一般比燃煤锅炉大，这是热泵的主要开支。

　　3．热泵初投资费用常大于锅炉房设备（指单纯为冬季供热而设）。相同容量的制热设备比锅炉设备为贵。此外，初投资与装置规模，机房土建规模投资亦有关。
热泵的能量利用分析：
　　地下水的差温蓄能量大，属于低位热源，通过热泵的转换即可成为生活和生产过程的有用热量。而热泵拥有大于1（1：3.2—5.4以上）的能效，对能量的利用远远优于其他方式的采暖方式。
五、热泵与能源价格的关系

　　热泵供热比锅炉供热是先进的，将热泵与煤、燃气、油等多种方式采暖时，以加热为10000kcal热量所需的费用做一个综合比较，我们可以得出：

　　1．用热泵机组：设热泵的COP（指其制热量与所消耗的电能的比值，即机组的性能系数）值为4，则耗电量为2.91kW，若电费平均价格为0.5元/kWh（北京地区），则电费为：
2.91x0.5元=1.75元

　　2．用煤：煤大约能够产生70%的热量，则所需的燃料为2.13kg。若煤价为0.35元/kg，则费用为：
2.13x0.35元=0.75元

　　3.用燃气：燃气大约能够产生75%的热量，则所需的的燃气量为3.81m3。若燃气价格为0.8元/m3，则费用为：
3.81x0.8元=3.05元

　　4．用燃油：燃油大约能够产生80%的热量，所需的油量为1.16kg。若油价为2.4元/kg，则费用为：
1.16x2.4元=2.78元
　　由此可见，用煤取暖是最便宜的，而用燃气最贵。利用热泵的动力费用与电价由直接的关系，与其他加热方式相比还要视其他燃料的价格而定。
　　但是：随着能源政策的进一步落实和实施，在实际工程中，虽然热泵供暖运行费用率略高于燃煤的直接成本费用、整体配套工程初投资稍多些，但具有能量利用率高、环保等特点，只要完善系统相关技术的配套，就具有很好的广泛推广应用价值。