关于热泵技术及其应用的综述

热泵机组由于其具有节能、环保及冷暖联供等优点，目前在国内广泛应用。本次收集了在全国各类报刊杂志、年会资料集及论文集有关热泵技术及应用这方面的论文共207篇。在此作为一个专题研讨，供在座的各位教员和同学们参考。有关问题综述如下：

一、空气源热泵

空气源（风冷）热泵目前的产品主要是家用热泵空调器、商用单元式热泵空调机组和热泵冷热水机组。热泵空调器已占到家用空调器销量的40~50%，年产量为400余万台。热泵冷热水机组自90年代初开始，在夏热冬冷地区得到了广泛应用，据不完全统计，该地区部分城市中央空调冷热源采用热泵冷热水机组的已占到20~30%，而且应用范围继续扩大并有向此移动的趋势。本次收集的空气源热泵方面论文有55篇，主要内容有：

1、关于空气源热泵能耗评价问题

为了评价和比较热泵机组与其它冷暖设备的能耗，大约有30篇论文涉及此问题。介绍了适用于热泵机组能耗分析的理论与软件，根据空调冷负荷、室外干球温度、热泵出水温度等参数，采用温频数法，求解热泵供冷全年能耗。在求解热泵冬季能耗时，除考虑空调热负荷、热泵出水温度、室外干球温度外，还把室外相对湿度（即温湿频数）考虑到热泵供热性能中，软件经工程实例计算，与实际耗能量有较好的吻合，为能耗评价提供了一种方法。

2、风冷热泵机组的选用

目前设计选用风冷热泵冷热水机组，常根据计算得到的冷热负荷，考虑同时使用系数及冷（热）量损耗系数后，按机组铭牌标定值选择机组台数。由于空气源热泵机组的产冷（热）量随室外参数的改变而变化，这种选择方法可能造成机组选得过大，造成浪费；或者选得过小，使供冷（热）量不足，达不到使用要求。为此建议采用空调的逐时冷热负荷和热泵机组的供热供冷能力的逐时变化曲线对照选择，会得到比较满意的结果。

3、热泵机组冬季除霜

空气源热泵冬季供热运行时，最大的一个问题就是当室外气温较低时，室外侧换热器翅片表面会结霜，（需要采取除霜措施）。根据有关文献摘录，经二年的现场跟踪测试，其结果是除霜损失约占热泵总能耗损失的10.2%，而由于除霜控制方法问题，大约27%的除霜功能是在翅片表面结霜不严重，不需要除霜的情况下进入除霜循环的。目前常用的一些方法，或多或少都存在一些问题，如发生多余的除霜动作，或需要除霜时而不发出信号等弊病存在。有关文献提出的最佳除霜时间控制及最大平均供热量控制除霜等方法，从理论上讲很有新意，但实现起来比较困难。本人认为：采用自调整模糊除霜控制的思路及系统的基本结构，确定室内外大气温度、相对湿度之差及翅片温度的变化率等作为输入论域，经对输入量的模糊化和模糊推理方法，在高位机上实现模糊除霜控制的仿真，采用这种方法除霜经与实验数据对比，判别结果与实际情况较吻合。这种方法与常规除霜方法相比，不仅延长了制热工作时间，减少了除霜次数和除霜损失，而且使机组工作性能和可靠性得到了提高。

在室外空气温度低的地方，由于热泵冬季供热量不足，需设辅助加热器。常用方法是在室内机出风口处设加热器，这种方法不仅传热效率低，安全性能差而且化霜时间长，室内温度下降大，采用氟里昂加热器可以明显克服以上缺陷，这种方法就是把室内侧换热器分前后两部分，在中间增加一个氟利昂辅助加热器，即热泵在冬天运行时，压缩机排出的高温氯利昂气体进入室内换热器前部分时已有部分气体被冷凝成液体。此时经氟利昂加热器的加热，使该部分液体再次蒸发成气体，然后再进入室内换热器的后半部分。这样，依靠整个室内换热器，将热泵室外换热器的吸收的热量，连同氟利昂加热器所产生的热量一并传给空调房间内，补足了由于室外环境温度低而引起的供热量不足。相关文献介绍在KFRd-70LW热泵空调器上试验，得到了很好的辅助加热效果，而且化霜时间由3min减少到1min（室外温度-1℃时）；由10min减少到3min（室外温度-7℃时）。

4、热泵机组的噪声治理

单台或多台热泵机组的噪声治理。分析风冷热泵机组的噪声传播特性，结合热泵机组的噪声治理工程实例，介绍了封闭式隔声消声装置的设计方法、设计要点和治理效果。

由于风冷式热泵的操作、管理及维修比较方使，具有制冷制热的双重功能，机组的散热又不需要冷却塔，因此，应用越来越多。但热泵机组的噪声易对周围环境产生一定的影响，近几年上海等地发生热泵噪声扰民的事件增多，已成为近期城市中一类带有普遍性的固定源噪声污染问题。因此了解单台或多台热泵的噪声传播特性，探讨热泵机组群噪声防治的方法，具有一定的普遍现实意义。

从热泵机组的噪声源、噪声特性、热泵机组的噪声治理实例、噪声控制及治理的技术角度看，热泵机组噪声治理工程实例有一定的推广价值和意义，在较好地解决了热泵机组通风散热、进排风问题、确保热泵正常运行的前提下，采用全封闭的隔声消声装置，把热泵的A声级噪声降低20 dB左右，为在某些特殊场合把热泵噪声降低至需要的程度的噪声治理工程设计提供了一个可以借鉴的成功实例，尤其是在热泵的排风余压较低或不了解具体的余压时，在设计隔声消声装置的进风排风系统时可以有一个具体的计算依据。

二、水源热泵

虽然目前空气源热泵机组在我国有着相当广泛的应用，但它存在着热泵供热量随着室外气温的降低而减少和结霜问题，而水源热泵克服了以上不足，而且运行可靠性又高，近年来国内应用有逐渐扩大的趋势。本次共收集到这方面的论文15篇，主要内容综述如下：

1、开发和使用未利用能、发展水源热泵技术

未利用能指的是还没有利用的能，大致包括自然类（如地热、温泉、河水、海水、湖水及地下水等）和城市基础设施类（如工场、发电厂、矿井、工业废弃物及公共浴室等等），如何利用这部分未用能作为生活用采暖、空调的热源、是应引起足够重视的问题，空调所对大连电力大厦采用发电厂循环水作为大厦水源热泵空调系统的热源，在技术上和经济上进行了分析，并进行了水面积的模拟试验，结果表明，采用水源热泵供热，其COP为4，每平方米采暖可以节约运行费5万元，节标煤5公斤。某作者还对利用某矿区现有的地下水（作热源），对单身18层职工公寓和住宅小区实施冷暖联供的四种方案进行了综合比较，结果是采用水源热泵的空调系统，不管是从投资上，还是从运行费上，都具有明显优势。

2、发展住宅的水源热泵系统

随着我国住宅市场化改革，新建住宅小区迅速发展和居民对居住环境的改善需求，以及环保方面的要求，如何满足居住建筑的冷暖空调要求，是急需解决的问题。清华大学江亿提出采用深井回灌的水源热泵方式可能成为满足这种需求的住宅供热空调方式。

其原理，地下水从深井1中抽出进入板式换热器械2，与楼内循环水系统的水换热后，再通过深井2排到地下，循环水系统经住宅楼内管网送入各户，经各户的水源热泵产生热水（冬季）或冷水（夏季）送入末端装置，满足供热或空调的要求。 在对深井、水系统及水源热泵和末端装置进行了详尽讨论，最后进行了经济分析，结果表明，采用这种“一户一机、深进回灌”的水源热泵方式，优于目前的冬季燃煤锅炉采暖+夏季分体空调方式。同时系统管理方便，住户可很方便地单独对温度调节。这一方式全部能源由电提供，无任何污染，空调排热全部进入地下用于冬季供暖，不再对小环境造成热污染，并且遭受不悬挂室外机，美化了建筑外表面。由于地下水是全封闭式系统，因此既不消耗任何地下水源，又不会对其带来污染。目前需要政府部门制定相应政策，以支持这种节能、节水、保护环境的方式。

3、水源热泵应用测试分析

空调所李先瑞等对大连发电总厂新建综合楼三层西侧一个房间（）的水源热泵系统进行了一个冬季的实侧，得到如下结论：

（1）水源热泵是一种介于中央空调和分散空调之间的优化空调能源方式，它既具有中央空调能效高，成本低和安全、可靠等优点，又具有分散式调节灵活、方便和便于收费等优点，是一种适合民用建筑的采暖空调方式。

（2）由于余热水源热泵具有热回收率高的特点，因此，经济性、节能性十分明显，在有条件地方应大力推广。

（3）自来水水源热泵系统，冬季采暖需补助加热，其经济性与加热热源方式有关。采用热效率高的燃气加热方式或以价格较低的蒸汽加热水作为加热源等热源时，以它们作为补助加热热源是合理的。

4、水源热泵冷热水机组的经济性

长沙铁道学院丁力行对湖南地区的中央空调系统，分别采用水源热泵冷热水机组、风冷热泵、溴化锂直燃机、水冷冷水机组+燃油锅炉四种方案进行了经济比较，结论是水源热泵冷热水机组具有初投资较小，且成本比其它三种中央空调小19~65%的优点。

5、中高温水源热泵用混合工质研究

在地热利用中存在的主要问题是利用后排放的水温较高，一般为40~45℃。如利用这部分热水作为热泵热源，这就存在着一个使用甚么样的热泵工质问题，经采用CSD方程的大量计算，筛选出了一种低环害的非共沸混合工质，经实验测试，效果较好。采用此混合工质用以地热水（40~45℃）为低温热源的热泵系统，冷凝温度70℃左右，蒸发温度在20℃左右，冷凝压力在20以下，EER值在3.5~4之间，可以输出60℃左右的热水供用户使用。

三、地源热泵

地源热泵是以大地为热源对建筑进行空调的技术，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用。由于其节能、环保、热稳定等特点，引起了世界各国的重视。欧美等发达国家地源热泵的利用已有几十年的历史，特别是供热方面已积累了大量设计、施工和运行方面的资料和数据。

我国是发展中国家，由于多种原因，地源热泵的开发研究仅仅是近几年的事。有关地源热泵方面的论文共收集了13篇，表明国内对研究开发地源热泵系统已引起了足够重视。论文主要内容有：

1、垂直U形埋管地源热泵实验

青岛建工学院1998年建设了垂直铺设的土壤源冷热两用闭式热泵系统，地面设备采用美国谷轮OM300热泵机组和立式风机盘管；地下垂直埋设一根d45*4mmU形聚乙烯塑料管，深53m，孔网直径1.10m，塑料管总长110m（包括水平埋管4m），为了测试土壤温度变化，距主井每隔0.8m打一深13m的辅井。1998年8月26日开始运行测试，整个试验包含了二个夏季，一个冬季和二个春秋季，共五个季节。通过试验得到了如下结论：

（1）垂直埋管系统既可作为冬季采暖的热源，又可作为夏季空调的冷源，一机两用是可行的，它同水平敷设的系统比较，只占用极小的室外场地。

（2）采用一个单井作热泵冷热源时。夏季储热和冬季的储冷不明显，从设计角度可不予考虑。

（3）经过整个夏天（或冬天）的长期运行，埋管周围温度场发生变化，其作用半径大约3m左右。

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