熱泵的機理及分類
來源：
廣東捷邦節(jié)能 日期：2019-06-08
熱泵的作用是從周圍環(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對象。
與制冷機相比：
相同點：都是按熱機逆循環(huán)工作
不同點：工作溫度范圍不同
根據(jù)熱力學(xué)第二定律，當(dāng)以高位能作補償條件時，熱量是可以從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的。因而熱泵循環(huán)中，為了向被加熱的對象供熱，就必須消耗功。
按工作原理，可以分為：
（1）蒸汽壓縮式
通常在由壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置及蒸發(fā)器等部件組成的系統(tǒng)中進行循環(huán)，并通過工質(zhì)的狀態(tài)變化及相變實現(xiàn)低品位熱能“泵”送至高品位的溫度區(qū)。
（2）氣體壓縮式
與蒸汽壓縮式熱泵的區(qū)別在于這類熱泵中工質(zhì)始終以氣態(tài)進行循環(huán)而不發(fā)生相變。
（3）蒸汽噴射式
以蒸汽噴射泵代替機械壓縮機，其余工作原理同蒸汽壓縮式。
吸收式 消耗較高品位的熱能來實現(xiàn)將低品位的熱能向高品位傳送的目的。
熱電式 利用破爾帖（Peltier）效應(yīng)，即當(dāng)直流電通過由兩種不同導(dǎo)體組成的回路時，會在回路的兩個連結(jié)端產(chǎn)生溫差的現(xiàn)象。
化學(xué)熱泵 利用化學(xué)反應(yīng)吸收、吸附、濃度差等現(xiàn)象或化學(xué)反應(yīng)等原理制成的熱泵。目前尚處研究階段。
按熱源可分為：
按熱源與供熱介質(zhì)的組合方式可分為：
空氣-空氣熱泵
在該類熱泵中，熱源（制冷運行時為冷卻介質(zhì)）和用作供熱（冷）的介質(zhì)均為空氣。可通過電機驅(qū)動和手動操作的換向閥來進行內(nèi)部切換，以使被調(diào)空間獲得熱量或冷量。
在該系統(tǒng)中，一個換熱盤管作為蒸發(fā)器而另一個作為冷凝器。在制熱循環(huán)時，被調(diào)的空氣流過冷凝器而室外空氣流過蒸發(fā)器。工質(zhì)換向后則成了制冷循環(huán)，被調(diào)空氣流過蒸發(fā)器而室外空氣流過冷凝器。
空氣-水熱泵
熱泵型冷水機組的常見型式。制熱與制冷循環(huán)的切換通過換向閥改變熱泵工質(zhì)的流向來實現(xiàn)。
水-空氣熱泵
熱源為水（制冷運行時為冷源），用作供熱（冷）的介質(zhì)為空氣。
水-水熱泵
利用切換工質(zhì)回路來實現(xiàn)制熱或制冷運行。為了避免污染封閉冷水系統(tǒng)，需要間接地通過一個換熱器來供水，或利用封閉回路的冷凝器水系統(tǒng)。
大地耦合式
利用土壤作為熱源和冷卻物。
熱泵工質(zhì)在埋于地下的盤管中直接膨脹的形式
壓縮式熱泵理論循環(huán)
蒸汽壓縮式熱泵的理論循環(huán)是在具有溫差傳熱的兩相區(qū)的逆卡諾循環(huán)基礎(chǔ)上改造而成。
布雷頓循環(huán)
1844年美國高里(J.Gorrie)制造了利用空氣作工質(zhì)的氣體壓縮式制冷機。最早的空氣制冷機是封閉的布雷頓循環(huán)。
布雷頓熱泵理論循環(huán)應(yīng)具有如下條件：
氣體在壓縮機與膨脹機中的壓縮和膨脹過程都是等熵過程；
氣體與被冷卻物和加熱物體之間必須在無溫差情況下相互傳熱；
不計氣體在高壓熱交換器與低壓熱交換器中流動阻力損失。
斯特林循環(huán)
1816年斯特林提出“外燃機”的專利，最初用于熱機。
斯特林循環(huán)由兩個等溫和兩個等容過程組成。理想的斯特林能夠與同溫范圍內(nèi)的逆卡諾循環(huán)具有同樣的制熱性能系數(shù)。
斯特林理論循環(huán)實現(xiàn)有一定的難度，主要在于：
活塞的運動應(yīng)是間歇的，這是難以實現(xiàn)的；
回?zé)崞鲬?yīng)是無阻力的，其換熱效率應(yīng)是100%;
與外部熱源的熱交換認為是無溫差的理想過程。
吸收式熱泵理論循環(huán)
與蒸汽壓縮式熱泵不同的是，壓縮式熱泵靠消耗機械功，而吸收式以消耗熱能來完成
有溶液熱交換器的吸收式熱泵圖示
蒸汽噴射式熱泵理論循環(huán)
蒸氣噴射式熱泵同吸收式熱泵一樣，是靠消耗熱能來提取低位熱源中的熱量進行供熱的設(shè)備。它具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，操作方便，經(jīng)久耐用等優(yōu)點，但是熱效率低。
熱電式熱泵
溫差電熱泵（又稱熱電熱泵、珀爾帖熱泵）是建立在珀爾帖效應(yīng)的原理上的。當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體（電子型）和一塊型導(dǎo)體（空穴型）聯(lián)結(jié)成電偶，在這個電路中接上一個直流電源，并流過電流時，就發(fā)生能量的轉(zhuǎn)移，在一個接頭上放出熱量，而在另一個接頭上吸收熱量。這種現(xiàn)象叫做珀爾帖效應(yīng)。
化學(xué)熱泵
所謂化學(xué)熱泵，廣義來說是指利用化學(xué)現(xiàn)象的熱泵。狹義來說則是指利用熱化學(xué)反應(yīng)的熱泵。實際的化學(xué)熱泵一般有三種型式。
與制冷機相比：
相同點：都是按熱機逆循環(huán)工作
不同點：工作溫度范圍不同
根據(jù)熱力學(xué)第二定律，當(dāng)以高位能作補償條件時，熱量是可以從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的。因而熱泵循環(huán)中，為了向被加熱的對象供熱，就必須消耗功。
按工作原理，可以分為：
（1）蒸汽壓縮式
通常在由壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置及蒸發(fā)器等部件組成的系統(tǒng)中進行循環(huán)，并通過工質(zhì)的狀態(tài)變化及相變實現(xiàn)低品位熱能“泵”送至高品位的溫度區(qū)。
（2）氣體壓縮式
與蒸汽壓縮式熱泵的區(qū)別在于這類熱泵中工質(zhì)始終以氣態(tài)進行循環(huán)而不發(fā)生相變。
（3）蒸汽噴射式
以蒸汽噴射泵代替機械壓縮機，其余工作原理同蒸汽壓縮式。
吸收式 消耗較高品位的熱能來實現(xiàn)將低品位的熱能向高品位傳送的目的。
熱電式 利用破爾帖（Peltier）效應(yīng)，即當(dāng)直流電通過由兩種不同導(dǎo)體組成的回路時，會在回路的兩個連結(jié)端產(chǎn)生溫差的現(xiàn)象。
化學(xué)熱泵 利用化學(xué)反應(yīng)吸收、吸附、濃度差等現(xiàn)象或化學(xué)反應(yīng)等原理制成的熱泵。目前尚處研究階段。
按熱源可分為：
- 空氣
- 地表水、地下水、城市自來水
- 土壤
- 太陽能
- 廢熱（水、氣）
按熱源與供熱介質(zhì)的組合方式可分為：
- 空氣—空氣熱泵
- 空氣—水熱泵
- 水—水熱泵
- 水—空氣熱泵
- 土壤—空氣熱泵
- 土壤—水熱泵
- 往復(fù)活塞式
- 渦旋式
- 滾動轉(zhuǎn)子式
- 螺桿式
- 離心式
空氣-空氣熱泵
在該類熱泵中，熱源（制冷運行時為冷卻介質(zhì)）和用作供熱（冷）的介質(zhì)均為空氣。可通過電機驅(qū)動和手動操作的換向閥來進行內(nèi)部切換，以使被調(diào)空間獲得熱量或冷量。
在該系統(tǒng)中，一個換熱盤管作為蒸發(fā)器而另一個作為冷凝器。在制熱循環(huán)時，被調(diào)的空氣流過冷凝器而室外空氣流過蒸發(fā)器。工質(zhì)換向后則成了制冷循環(huán)，被調(diào)空氣流過蒸發(fā)器而室外空氣流過冷凝器。
空氣-水熱泵
熱泵型冷水機組的常見型式。制熱與制冷循環(huán)的切換通過換向閥改變熱泵工質(zhì)的流向來實現(xiàn)。
水-空氣熱泵
熱源為水（制冷運行時為冷源），用作供熱（冷）的介質(zhì)為空氣。
水-水熱泵
利用切換工質(zhì)回路來實現(xiàn)制熱或制冷運行。為了避免污染封閉冷水系統(tǒng)，需要間接地通過一個換熱器來供水，或利用封閉回路的冷凝器水系統(tǒng)。
大地耦合式
利用土壤作為熱源和冷卻物。
熱泵工質(zhì)在埋于地下的盤管中直接膨脹的形式
壓縮式熱泵理論循環(huán)
蒸汽壓縮式熱泵的理論循環(huán)是在具有溫差傳熱的兩相區(qū)的逆卡諾循環(huán)基礎(chǔ)上改造而成。
布雷頓循環(huán)
1844年美國高里(J.Gorrie)制造了利用空氣作工質(zhì)的氣體壓縮式制冷機。最早的空氣制冷機是封閉的布雷頓循環(huán)。
布雷頓熱泵理論循環(huán)應(yīng)具有如下條件：
氣體在壓縮機與膨脹機中的壓縮和膨脹過程都是等熵過程；
氣體與被冷卻物和加熱物體之間必須在無溫差情況下相互傳熱；
不計氣體在高壓熱交換器與低壓熱交換器中流動阻力損失。
斯特林循環(huán)
1816年斯特林提出“外燃機”的專利，最初用于熱機。
斯特林循環(huán)由兩個等溫和兩個等容過程組成。理想的斯特林能夠與同溫范圍內(nèi)的逆卡諾循環(huán)具有同樣的制熱性能系數(shù)。
斯特林理論循環(huán)實現(xiàn)有一定的難度，主要在于：
活塞的運動應(yīng)是間歇的，這是難以實現(xiàn)的；
回?zé)崞鲬?yīng)是無阻力的，其換熱效率應(yīng)是100%;
與外部熱源的熱交換認為是無溫差的理想過程。
吸收式熱泵理論循環(huán)
與蒸汽壓縮式熱泵不同的是，壓縮式熱泵靠消耗機械功，而吸收式以消耗熱能來完成
有溶液熱交換器的吸收式熱泵圖示
蒸汽噴射式熱泵理論循環(huán)
蒸氣噴射式熱泵同吸收式熱泵一樣，是靠消耗熱能來提取低位熱源中的熱量進行供熱的設(shè)備。它具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，操作方便，經(jīng)久耐用等優(yōu)點，但是熱效率低。
熱電式熱泵
溫差電熱泵（又稱熱電熱泵、珀爾帖熱泵）是建立在珀爾帖效應(yīng)的原理上的。當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體（電子型）和一塊型導(dǎo)體（空穴型）聯(lián)結(jié)成電偶，在這個電路中接上一個直流電源，并流過電流時，就發(fā)生能量的轉(zhuǎn)移，在一個接頭上放出熱量，而在另一個接頭上吸收熱量。這種現(xiàn)象叫做珀爾帖效應(yīng)。
化學(xué)熱泵
所謂化學(xué)熱泵，廣義來說是指利用化學(xué)現(xiàn)象的熱泵。狹義來說則是指利用熱化學(xué)反應(yīng)的熱泵。實際的化學(xué)熱泵一般有三種型式。
- 蓄熱型
- 增熱型
- 升溫型
標簽：熱泵機理
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