1.2　热泵原理及基本类型

1.2.1　按热泵的驱动能源分类

（1）电动热泵

以电能为驱动能源的热泵。

（2）燃气热泵

以天然气、煤气、液化石油气、沼气、氢气等气体燃料的化学能为驱动能源的热泵。

（3）燃油热泵

以汽油、柴油、重油等燃料的化学能为驱动能源的热泵。

（4）蒸汽驱动型热泵

以蒸汽热能为驱动能源的热泵。

（5）热水驱动型热泵

以中高温热水热能为驱动能源的热泵。

（6）太阳能热泵

以太阳能产生的热能或电能为驱动能源的热泵。有时把太阳能产生的热能作为低温热源，太阳能与热泵联合制取热能的装置也称为太阳能热泵装置。

此外，还有以地热能、风能、非油类液体燃料、生物质能源、工业中高温废液或有机蒸气等为驱动能源的热泵。

1.2.2　按热泵的低温热源分类

（1）空气源热泵

以环境空气作为低温热源的热泵。

（2）水源热泵

以地下水、海水、河水、湖水、地热尾水、工商业废水、城市污水等为低温热源的热泵。

（3）土壤源热泵

以2～200m深的土壤为低温热源的热泵。

1.2.3　按热泵吸热侧和放热侧载热介质分类

（1）空气-空气热泵

热泵吸热侧和放热侧载热介质均为空气。

（2）空气-水热泵

热泵吸热侧载热介质为空气，放热侧载热介质为水。

（3）水-水热泵

热泵吸热侧和放热侧载热介质均为水。

（4）水-空气热泵

热泵吸热侧载热介质为水，放热侧载热介质为空气。

（5）土壤-水热泵

热泵从土壤中吸热，热泵放热侧载热介质为水。

（6）土壤-空气热泵

热泵从土壤中吸热，热泵放热侧载热介质为空气。

1.2.4　按热泵的工作原理分类

基于热泵的工作原理，热泵可分为蒸气压缩式热泵、气体压缩式热泵、吸收式热泵、吸附式热泵、喷射式热泵、热电式热泵等，其中在工程实际中应用较多的是蒸气压缩式热泵、吸收式热泵和喷射式热泵。

（1）蒸气压缩式热泵

蒸气压缩式热泵的原理示意如图1-4所示。

蒸气压缩式热泵由压缩机（包括驱动装置，如电动机、内燃机等）、冷凝器、节流膨胀部件、蒸发器等基本部件组成封闭回路，在其中充注循环工质，由压缩机驱动工质在其中循环流动。热泵工质在蒸发器中发生液→气相变，从低温热源中吸收热能；在压缩机中由低温低压变为高温高压，并吸收压缩机的驱动能；在冷凝器中发生气→液相变放热，把蒸发、压缩过程中获得的能量供给用户；高压热泵工质液体经节流膨胀部件后又产生低温低压液体，开始下一个循环。

蒸气压缩式热泵的制热性能系数高；热泵工质多样，可满足热用户对不同制热温度的需要；机组规模大、中、小、微型均可，应用最广泛。

（2）气体压缩式热泵

气体压缩式热泵的原理示意如图1-5所示。

气体压缩式热泵由压缩机、气体放热器、膨胀机、气体吸热器等基本部件组成封闭回路，在其中充注气体循环工质，由压缩机驱动工质气体在其中循环流动，其与蒸气压缩式热泵的主要区别是气体工质在循环过程中不发生相变。

低温气体工质在气体吸热器中从低温热源吸热升温；在压缩机中由中温低压变为高温高压，并吸收压缩机的驱动能；在气体放热器中放热降温，把蒸发、压缩过程中获得的能量供给热用户；高压工质气体经膨胀机后又产生低温气体，开始下一个循环。

气体压缩式热泵适于特定场合，工程应用相对较少。

（3）吸收式热泵

吸收式热泵的原理示意如图1-6所示（以水-溴化锂第一类吸收式热泵为例）。

吸收式热泵由热能驱动，发生器、吸收器、溶液泵、溶液阀共同作用，起到蒸气压缩式热泵中压缩机的功能，并和冷凝器、节流膨胀部件、蒸发器等部件组成封闭系统，在其中充注工质对（循环工质和吸收剂）溶液，吸收剂与循环工质的沸点差很大，且吸收剂对循环工质有极强的吸收作用。

由燃料燃烧或其他高温热能加热发生器中的工质对溶液，产生温度和压力均较高的循环工质蒸气，进入冷凝器并在冷凝器中放热变为液态，再经节流膨胀部件降压降温后进入蒸发器，在蒸发器中吸取低温热源热能并变为低温低压蒸气，最后被吸收器吸收（同时放出吸收热）。与此同时，吸收器、发生器中的稀溶液和浓溶液间，也不断通过溶液泵和溶液阀进行质量和热量交换，维持其中溶液浓度及液位的稳定，使系统连续运行。

吸收式热泵可构建第二类热泵。

吸收式热泵在工程实际中应用也较广泛，机组规模大、中、小型均可，但大中型机组的技术经济性较好。

（4）吸附式热泵

吸附式热泵的原理示意如图1-7所示（以单床间歇工作的吸附式热泵为例）。

吸附/解吸床填充了固体吸附剂（如分子筛、硅胶等），吸附剂在低温下可吸附热泵工质且放热，在被加热到高温时又可解吸热泵工质。

高温驱动热源加热吸附/解吸床时，吸附剂中的热泵工质解吸，产生高温高压热泵工质气体，通过冷凝器前的单向阀进入冷凝器凝结放热给热用户，工质液体进入储液器。当吸附剂所吸附的工质解吸完毕后，驱动热源停止加热，待吸附剂冷却到一定温度时，储液器中的高压液态工质开始经膨胀阀产生低温低压工质液体，进入蒸发器并从低温热源吸收热量并变为低温低压气体，经单向阀进入吸附/解吸床被吸附剂吸附并放热给热用户，吸附剂达到吸附饱和后，再开始下一个循环。

吸附式热泵可构建第二类热泵；简单吸附式热泵的供热有周期性波动；吸附剂传热传质强度相对低，机组规模宜为中、小型。

（5）喷射式热泵

喷射式热泵的原理示意如图1-8所示。

驱动热源加热高压工质液体，产生高压工质蒸气，进入喷射器形成高速低压气流，与来自蒸发器的低温低压工质蒸气混合后，速度降低，压力升高，在喷射器出口处形成中压工质气体，进入冷凝器凝结放热给热用户，在冷凝器出口成为中压热泵工质液体；出冷凝器的中压工质液体分为两路：一路经膨胀阀节流，产生低温低压工质液体，进入蒸发器，从低温热源吸热并变为低温低压工质蒸气，再进入喷射器开始下一个循环；另一路经工质泵升压后，进入加热器，被驱动热源加热为高压工质蒸气后，再进入喷射器开始下一个循环。

喷射式热泵的装置简单，运行可靠；机组规模大、中、小、微型均可；但制热性能系数略低于其他热驱动式热泵（如吸收式热泵）。

（6）热电式热泵

热电式热泵的原理示意如图1-9所示。

热电式热泵是基于异种导电材料连接并通直流电后，在两个连接端处一端吸热、一端放热的原理制成的，因半导体材料的热电效应较显著，故热电式热泵通常用半导体材料制成，也称为半导体热泵。

热电式热泵装置简单可靠，调控性好（调节电流即可调整制热量，电流方向切换即可实现吸热、放热端切换，半导体模块串联即可提高冷热端温差，半导体模块并联即可扩大制热容量等）；制热性能系数较低，需配置直流电源等，适于小、微型装置。

（7）化学热泵

基于氨与氯化亚铁之间反应的化学热泵的原理示意如图1-10所示。

图1-10中四个反应器中进行的反应分别如下。

反应器A：FeCl₂·6NH₃（固） FeCl₂·2NH₃（固） + 4NH₃（气）-Q_H

反应器C：        FeCl₂·4NH₃（固）+ 4NH₃（气） FeCl₂·8NH₃（固）+ Q_M

反应器B：        FeCl₂·2NH₃（固）+ 4NH₃（气） FeCl₂·6NH₃（固） + Q_M

反应器D：        FeCl₂·8NH₃（固） FeCl₂·4NH₃（固） + 4NH₃（气）-Q_L

其工作过程为：反应器A中，驱动热源提供热能使FeCl₂·6NH₃吸热分解，分解出的NH₃气进入反应器C，与FeCl₂·4NH₃反应生成FeCl₂·8NH₃，并放出中温热能给热用户，上述反应是在较高压力（0.15MPa）下进行的；上述反应完成后，改变系统压力，使压力降到0.0015MPa，此时低温反应器D可从环境中吸取低温热能，并使FeCl₂·8NH₃分解，放出的氨气进入反应器B，与其中的FeCl₂·2NH₃反应，放出中温热能给热用户。

此外，还有基于储氢材料型化学热泵、磁热泵等，但目前在工程中应用还相对较少。