水源、地源热泵热泵简介v热泵式一种利用高位能使热量从低位热源流 向高位热源的装置历史v热泵这个名词最早在欧洲使用约在本世纪初 但就压缩式热泵的理论来说，可追溯到 1824年法国物理学家卡诺 发表的著名论文卡诺Sadi Carnot 历史v随着工业革命的发展，19世纪初，人们对 能否将热量从温度较低的介质“泵”送到温 度较高的介质中这一问题发生了浓厚的兴 趣历史v“通过改变可压 缩流体的压力 就能够使其温 度发生变化”詹姆斯·普雷斯科特·焦 耳 历史v1854年，发表 论文，提出了热 量倍增器（Heat Multiplier）的概 念，首次描述了 热泵的设想 开尔文Lord Kelvin 历史v汤姆森的热 量倍增器v 室外空气吸入气缸中进行膨胀，降温冷 却的空气通过室外换热器吸收环境空气 中的热，再进入排出气缸被压缩到大气 压力，使其温度升到高于环境温度，送 往用户，以供采暖之用汤姆森的热量倍增器v是一种开式装置，也可以向建筑物供冷v汤姆森教授预见到了闭式循环的可能性，但 当时的技术基础使他没有可能设计出象现代 这样的热泵装置历史v与制冷机的发展相比，由于取暖的方式多样 化，简单而价廉，因此当时在技术上对热泵 的迫需性就不大。
这就是热泵的发展明显地 滞后于制冷机的原因历史v直至20世纪20~30年代，热泵有了较快的发 展v原因：一方面，在这之前工业技术特别是制冷机的发展 为热泵的制造奠定了良好的基础另一方面社会上出现了对热泵的需要历史——英国的第一台热泵v英国霍尔丹（Haldane）于1930年在他的著 作中报导了1927年在苏格兰安装试验的一台 家用热泵的安装及试验情况v这台热泵是以空气为热源作热水供应和采暖 用的历史——最早的大容量热泵应用v美国南加利福尼亚爱迪生公司的洛杉矶办事 处（LosAngeles）在1930~1931年间，它 利用制冷设备供热v供热量达1050kw，制热系数达2.5历史——欧洲第一台较大热泵v1938~1939年间，安装于瑞士苏黎世v以河水作低温热源，采用离心式压缩机， R12作工质v向市政厅供热175kw，制热系数为2，输出水 温60℃v有蓄热系统，高峰负荷时采用电加热作为辅 助加热历史——日本的热泵试验及应用v1930年第一次报导热泵试验v1937年在大型建筑物内装备热泵空调系统， 采用透平式压缩机，以泉水为低温热源历史v热泵工业在20世纪40年代到50年代早期获得 迅速发展。
v40年代后期出现许多更加具有代表性的热泵 装置历史 v瑞士、英国早期的热泵装置历史v1948年小型热泵有了很大的进展，家用热泵 和工业建筑用的热泵大批投放市场v在英国50年代也产生了许多小型民用热泵热泵工业在20世纪50年代到60年代初得到了迅速的 成长，而60年代和70初期的美国热泵工业又因可靠 性低及设备费用高的问题一度受到抑制60年代因 电价的持续下降，人们更青睐使用电加热器历史1954~1978年间美国单元式热泵制造台数历史v尽管在这10年左右的时间里，热泵的发展受 到了限制，但是在全世界范围内，其应用却 在扩大v1973年“能源危机”的出现，热泵又以其回收 低温废热，节约能源的特点，在产品经改进 后，重新登上历史舞台原理v热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把 它传递给被加热的对象v与制冷机相比相同点：都是按热机逆循环工作不同点：工作温度范围不同原理TA为环境温度，T0为低温物体温度，Th为高温物体温度原理v根据热力学第二定律，当以高位能作补偿条 件时，热量是可以从低温物体转移到高温物 体的因而热泵循环中，为了向被加热的对 象供热，就必须消耗功蒸汽压缩式热泵的工作原理图蒸汽压缩v蒸汽压缩式热泵的理论循环是在具有温差传 热的两相区的逆卡诺循环基础上改造而成。
布雷顿（Bragton）热泵循环v1844年美国高里（J.Gorrie）制造了利用空 气作工质的气体压缩式制冷机v最早的空气制冷机时封闭的布雷顿循环布雷顿循环封闭的布雷顿热泵循环流程图布雷顿热泵理论循环 的P-V图与T-S图布雷顿热泵循环v布雷顿热泵理论循环应具有如下条件：气体在压缩机与膨胀机中的压缩和膨胀过程都是 等熵过程；气体与被冷却物和加热物体之间必须在无温差情 况下相互传热；不计气体在高压热交换器与抵押热交换器中流动 阻力损失斯特林（Stirling）循环v斯特林1816年提出“外燃机”的专利，最初用 于热机外燃机，又 称斯特林发 动机 1861年柯克（A.Kirk）提出斯特林制冷循环斯特林（Stirling）循环v斯特林循环由两个等温和两个等容过程组成 斯特林（Stirling）循环v斯特林循环是很有意义的一种循环理想的 斯特林能够与同温范围内的逆卡诺循环具有 同样的制热性能系数v实际上实现理论斯特林循环有一定困难，主 要表现在：活塞的运动应是间歇的，这是难以实现的；回热器应是无阻力的，其换热效率应是100%;与外部热源的热交换认为是无温差的理想过程吸收式热泵理论循环v与蒸汽压缩式热泵不同的是，压缩式热泵靠 消耗机械功，而吸收式以消耗热能来完成。
吸收式热泵理论循环吸收式热泵理论循环v压缩式和吸收式制冷热泵性能系数比较吸收式热泵理论循环v有溶液热交换器的吸收式热泵图示吸收式热泵理论循环v有无溶液热交换器的吸收式热泵工作热力性 能的比较蒸汽喷射式热泵理论循环v蒸气喷射式热泵同吸收式热泵一样，是靠消 耗热能来提取低位热源中的热量进行供热的 设备它具有结构简单，几乎没有机械运动 部件，价格低廉，操作方便，经久耐用等优 点，因此，尽管喷射式热泵热效率低，仍引 起了人们的兴趣蒸汽喷射式热泵理论循环v蒸汽喷射式热泵系统蒸汽喷射式热泵理论循环v喷射式热泵理论循环压焓图温差电热泵v温差电热泵（又称热电热泵、珀尔帖热泵） 是建立在珀尔帖效应的原理上的当一块N 型半导体（电子型）和一块型导体（空穴型 ）联结成电偶，在这个电路中接上一个直流 电源，并流过电流时，就发生能量的转移， 在一个接头上放出热量，而在另一个接头上 吸收热量这种现象叫做珀尔帖效应温差电热泵v热电式热泵示意图化学热泵v化学热泵是一种新型热泵v所谓化学热泵，广义来说是指利用化学现象 的热泵狭义来说则是指利用热化学反应的 热泵v实际的化学热泵一般有三种型式蓄热型增热型升温型化学热泵v蓄热型热泵的工作状态图（a）吸热过程；（b）放热过程化学热泵v增热型化学热泵（a）吸热循环；（b）供热循环化学热泵v升温型化学热泵工作原理图分类v按工作原理分蒸汽压缩式v通常在由压缩机、冷凝器、节流装置及蒸发器等部件 组成的系统中进行循环，并通过工质的状态变化及相 变实现低品位热能“泵”送至高品位的温度区。
气体压缩式v与蒸汽压缩式热泵的区别在于这类热泵中工质始终以 气态进行循环而不发生相变分类蒸汽喷射式v以蒸汽喷射泵代替机械压缩机，其余工作原理同蒸汽 压缩式吸收式 消耗较高品位的热能来实现将低品位的 热能向高品位传送的目的v第一类（增热型）：供热的温度低于驱动热源，以增 大制热量为目的v第二类（升温型）：供热的温度高于驱动热源，以升 高温度为目的分类热电式 利用破尔帖（Peltier）效应，即当直流电 通过由两种不同导体组成的回路时，会在回路的 两个连结端产生温差的现象v优点：无运动件、工作可靠、寿命长、控制调节方便 、振动小、噪声低、无环境污染v缺点：热电堆元件成本高、效率较低分类v化学热泵 利用化学反应吸收、吸附、浓度差 等现象或化学反应等原理制成的热泵目前 尚处研究阶段按热源分v热泵的热源（Heat Source）往往是低品位的 ，可分为空气地表水、地下水、城市自来水土壤太阳能废热（水、气）按用途分v住宅用，制热量为1~70kwv商业及农业用，制热量为2~120kwv工业用，制热量为0.1~10MW （工业用还可以进一步划分为干燥用，工艺过 程浓缩，蒸馏等用）按供热温度分v低温热泵，供热温度 100℃按驱动方式分v电动机驱动v热驱动如吸收式、蒸汽喷射式热泵v发动机驱动如内燃机、汽轮机驱动按热源与供热介质的组合方式分v空气—空气热泵v空气—水热泵v水—水热泵v水—空气热泵v土壤—空气热泵v土壤—水热泵按热泵的功能分v单纯制热v交替制冷与制热v同时制冷与制热按压缩机类型分v往复活塞式v涡旋式v滚动转子式v螺杆式v离心式按热泵机组的安装形式分v单元式热泵机组v分体式热泵机组v现场安装式热泵机组按热量的提升分v初级热泵（Primary heat pump）利用天然能源和室外空气、地表水、地下水或土 壤等为热源v次级热泵（Secondary heat pump）以排出的废水、废气、废热等为热源v第三级热泵（Tertiary heat pump）与初级或次级热泵联合使用，将前一级热泵制取 的热量再升温。
系统基本图式v热泵基本循环闭式蒸汽压缩循环带有换热器的机械蒸汽再压缩循环开式蒸汽再压缩循环热驱动郎肯循环闭式蒸汽压缩循环v在暖通及工 业过程中最 普遍，使用 一种常规的 独立制冷循 环带有换热器的机械蒸汽再压缩循环v工艺蒸气被压缩至温度与压力达到足以在工 艺过程中直接使用该循环的典型应用如蒸 发器（浓缩器）和蒸馏塔v该循环的典型应用是在工业装置中将一些多 余的较低压力的蒸气泵送至所需较高的压力 值开式蒸汽再压缩循环热驱动郎肯循环v适用于大量废热而能量较昂贵的场合通 常是闭式的热泵的几种型式v空气—空气热泵空气—空气热泵v最普通的热泵型式，特别适用于由工厂制造的单元 式热泵也被极广泛地用于住宅和商业中v在该类热泵中，热源（制冷运行时为冷却介质）和 用作供热（冷）的介质均为空气可通过电机驱动 和手动操作的换向阀来进行内部切换，以使被调空 间获得热量或冷量v在该系统中，一个换热盘管作为蒸发器而另一个作 为冷凝器在制热循环时，被调的空气流过冷凝器 而室外空气流过蒸发器工质换向后则成了制冷循 环，被调空气流过蒸发器而室外空气流过冷凝器空气—水热泵v热泵型冷水机组的常见型式制热与制冷循 环的切换通过换向阀改变热泵工质的流向来 实现。
水—空气热泵v热源为水（制冷运行时为冷源），用作供热 （冷）的介质为空气水—水热泵v利用切换工质回路来实现制热或制冷运行为了避 免污染封闭冷水系统，需要间接地通过一个换热器 来供水，或利用封闭回路的冷凝器水系统大地耦合式v利用土壤作为热源和冷却物热泵工质—水换热器大地耦合式热泵工质在埋于地下的盘管中直接膨胀的形式大地耦合式v大地耦合式热泵供热介质为空气，热交换效 果与砂土类型、含湿量、成分、密度和是否 均匀地紧贴换热面有关v管子材料和当地砂土及地下水的腐蚀作用会 影响传热和使用寿命水源热泵的工作原理v制冷工况时，利用制冷剂蒸发将空调空间中 的热量取出，放热给封闭环流中的水制热 工况时利用制冷剂蒸发吸收封闭环流中水的 热量，而在冷凝器中放热给空调空间水源热泵的工作原理1-制冷剂-水换热器 2-换向阀制热模式 3-毛细 管 4-制冷剂-空气换热器 5-过滤器 6-风机制冷工况制热工况水源热泵运行原理闭式水源热泵 系统闭式系统—地表水作冷热源开式系统地下水热泵系统，也就是通常所说的 深井回灌式水源热泵系统 单井换热热井，也就是单管型垂直埋 管地源热泵，在国外常称为“热井” 水源热泵空调系统优缺点v优点节约能源 水源热泵机组具有比空气—空气热泵 机组更高的效率，可降低电耗。
对同时供冷和供 热时可实现系统的内部能量平衡，减少了冷却塔 和加热设备的运行时间投资成本低 水源热泵系统较传统的中央空调系 统经济，且节约空间与材料水源热泵空调系统优缺点v优点应用上的灵活性 水源热泵系统适用于各种新建 成改建的大楼空调可满足用户的各种需要 水系统不会受室外温度 的变化而影响其热效率不受大楼中央空调系统 关闭的限制，允许各个用户随意地进行调节维修成本低水源热泵。