０ 引言

 

  熱泵技術(shù)于１８５４年提出之后，經(jīng)歷了曲折的發(fā)展過程，目前已進(jìn)入了全面高速發(fā)展階段，尤其在能源危機(jī)和全球變暖的環(huán)境壓力下，熱泵技術(shù)成為了各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)，對(duì)各類熱泵技術(shù)的研究、應(yīng)用及推廣也上升到了一個(gè)持續(xù)關(guān)注的高度。由國(guó)際能源組織熱泵中心（ＩＥＡ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｃｅｎｔｒｅ）主辦的國(guó)際能源組織熱泵大會(huì)（簡(jiǎn)稱國(guó)際熱泵大會(huì)）每三年舉行一次，是國(guó)際熱泵界的最高學(xué)術(shù)會(huì)議。

 

  會(huì)議匯集了全球熱泵技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展以及市場(chǎng)的最新信息。參會(huì)各國(guó)普遍關(guān)注的均為當(dāng)前熱泵技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，同時(shí)討論熱泵技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)。第１０屆國(guó)際熱泵大會(huì)在日本舉行，會(huì)議的主題為“Ｔｈｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ Ｌｏｗ Ｃａｒｂｏｎ Ｗｏｒｌｄ”。

 

  筆者對(duì)本次大會(huì)參會(huì)論文進(jìn)行綜述，總結(jié)目前國(guó)際熱泵發(fā)展的熱點(diǎn)，并對(duì)國(guó)際熱泵發(fā)展的趨勢(shì)和研究方向進(jìn)行分析。

 

  １ 熱泵市場(chǎng)發(fā)展分析

 

  回顧熱泵技術(shù)在世界范圍內(nèi)的發(fā)展歷程，每一次熱泵技術(shù)的發(fā)展都與能源緊密關(guān)聯(lián)，因此，在礦物能源匱乏的歐洲和日本，熱泵技術(shù)的研究和發(fā)展一直處于領(lǐng)先地位。圖１為瑞士、德國(guó)和芬蘭近年來的熱泵市場(chǎng)變化情況，圖２為日本的熱泵市場(chǎng)變化情況。可以看出，從２０世紀(jì)９０年代至今，熱泵發(fā)展總體處于上升趨勢(shì)，尤其是進(jìn)入２１世紀(jì)后，更是增速顯著。這與熱泵技術(shù)的發(fā)展和各國(guó)能源環(huán)境的壓力是分不開的，同時(shí)熱泵市場(chǎng)的發(fā)展也與各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平息息相關(guān)。

 

  從圖１可以看出，德國(guó)和芬蘭的熱泵市場(chǎng)發(fā)展在２００８年處于頂峰，之后的兩年均有不同程度的下滑；只有瑞士２０１０年的數(shù)據(jù)勉強(qiáng)與２００９年持平。這是由全球性的經(jīng)濟(jì)衰退影響造成的，由于各國(guó)的能源政策及價(jià)格出現(xiàn)了變動(dòng)，而各類熱泵系統(tǒng)的初投資高于常規(guī)系統(tǒng)，因此經(jīng)濟(jì)的下滑直接影響了熱泵市場(chǎng)走向。

 

  與熱泵市場(chǎng)不斷發(fā)展相對(duì)應(yīng)的是熱泵制造技術(shù)的不斷進(jìn)步和熱泵性能的不斷提升。圖３給出了日本各類熱泵機(jī)組性能系數(shù)ＣＯＰ 的逐年變化曲線，可以看出，當(dāng)前熱泵機(jī)組的性能與十幾年前相比均有了較大幅度的提升，尤其對(duì)于２．２ｋＷ 的房間空調(diào)器來說，提升幅度超過９０％。

 

  熱泵技術(shù)應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，推動(dòng)了熱泵產(chǎn)品能效水平的不斷提升，高能效的熱泵產(chǎn)品由于更具節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢(shì)又作用于市場(chǎng)，使規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，當(dāng)前熱泵技術(shù)已進(jìn)入一個(gè)循環(huán)促進(jìn)、良性發(fā)展的階段。

 

  ２ 地源熱泵技術(shù)發(fā)展分析

 

  ２０世紀(jì)７０年代之前，地源熱泵受初投資高、當(dāng)時(shí)的能源價(jià)格低等多種因素的影響，一直發(fā)展遲緩，在經(jīng)歷了之后的能源危機(jī)后，才重新受到人們的重視。尤其在進(jìn)入２１世紀(jì)后，經(jīng)十幾年發(fā)展，各國(guó)地源熱泵的應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大。圖４為地源熱泵在美國(guó)、加拿大、法國(guó)和瑞士的應(yīng)用規(guī)模變化情況。由圖４可見，地源熱泵應(yīng)用發(fā)展迅猛，相關(guān)研究工作也十分活躍。總結(jié)本次大會(huì)的論文，發(fā)現(xiàn)地源熱泵技術(shù)研究的焦點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面。

 

  ２．１ 豎直地埋管換熱器的數(shù)值模擬及新型換熱器研究Ｊａｌａｌｕｄｄｉｎ等人利用計(jì)算流體力學(xué)（ＣＦＤ）技術(shù)，對(duì)單Ｕ、雙Ｕ 和多管的豎直地埋管換熱器，在連續(xù)運(yùn)行與間歇運(yùn)行兩種工況下進(jìn)行了模擬分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以較好地吻合，且３種豎直地埋管換熱器在２２ｈ的運(yùn)行周期內(nèi)，間歇運(yùn)行比連續(xù)運(yùn)行的換熱率分別提高了１７．１％，２２．５％和１６．５％［１］。Ｆａｎ Ｒｕｉ等人用模擬方法研究了土壤導(dǎo)熱系數(shù)、地下水流速、豎直鉆孔參數(shù)及運(yùn)行策略對(duì)地埋管換熱量及出水溫度的影響，并進(jìn)行了線性及非線性回歸，為地源熱泵的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)提供了思路［２］。Ａｃｕｎａ等人研發(fā)的新型地埋管換熱器由一個(gè)絕熱中心管和若干個(gè)周圍細(xì)管組成，他們對(duì)沿管深方向的流體溫度分布進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果證明周圍細(xì)管為吸熱主體，且與中心管間無(wú)熱短路發(fā)生［３］。Ｇｒｕｎｉｇｅｒ等人研發(fā)了一種以ＣＯ２為介質(zhì)的虹吸式地埋管換熱器，并對(duì)其流體特性和傳熱特性進(jìn)行了模擬，計(jì)算得出其季節(jié)性能系數(shù)可比傳統(tǒng)地埋管提高１５％～２０％［４］。

 

  ２．２ 復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)研究

 

  Ｏｏｋａ等人將太陽(yáng)能、土壤能和空氣源等多種能源方式結(jié)合作為熱泵的低溫熱源，模擬計(jì)算其與傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)的能耗差別，結(jié)果顯示多源熱泵系統(tǒng)夏季最大可減少電力消耗４４％，冬季可減少３９％［５］。Ｋｕｒｍａｎｎ等人針對(duì)采用太陽(yáng)能、蓄熱與地源熱泵相結(jié)合系統(tǒng)的單體居住建筑采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化模擬設(shè)計(jì)，實(shí)測(cè)結(jié)果顯示熱泵短期效率得到了大幅提升，同時(shí)也驗(yàn)證了不合理的運(yùn)行策略是導(dǎo)致系統(tǒng)能效下降的主要原因［６］。Ｗａｋａｙａｍａ等人基于實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)樁基短期蓄能地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，白天供冷與夜間供生活熱水的運(yùn)行模式可使地源熱泵系統(tǒng)取得更高的效率［７］。潘玉亮等人以北京地區(qū)別墅建筑為例，對(duì)地源熱泵與太陽(yáng)能復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)芈窆軗Q熱器換熱能力不足時(shí)，采用復(fù)合系統(tǒng)可以明顯改善系統(tǒng)性能［８］。

 

  ２．３ 地源熱泵系統(tǒng)的ＳＰＦ（系統(tǒng)性能系數(shù)）及能效的研究Ｚｏｔｔｌ等人指出計(jì)算系統(tǒng)邊界直接影響著測(cè)量計(jì)算ＳＰＦ 參數(shù)所需的裝置，提出了測(cè)量指導(dǎo)方法及對(duì)測(cè)試裝置的精度要求，同時(shí)通過對(duì)１０個(gè)實(shí)際地源熱泵項(xiàng)目的測(cè)試驗(yàn)證了指導(dǎo)方法［９］。

 

  Ｅｄｗａｒｄｓ等人建立了地源熱泵的數(shù)學(xué)模型，在循環(huán)水泵均為定流量情況下計(jì)算ＳＰＦ，結(jié)果顯示輔助元件的能耗在總能耗中占很大比例。同時(shí)，在供冷、供熱時(shí)，部分負(fù)荷情況下ＳＰＦ 值均有所下降［１０］。Ｋａｔｓｕｒａ等人對(duì)采用多聯(lián)機(jī)及變流量控制的地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行了３年的實(shí)測(cè)研究，證實(shí)變流量與定流量系統(tǒng)相比可以使循環(huán)水泵的電耗降低約８０％，使ＳＰＦ 值達(dá)到４．５１［１１］。肖龍等人提出了系統(tǒng)化的地源熱泵設(shè)計(jì)方法，強(qiáng)調(diào)在地源熱泵設(shè)計(jì)全過程中合理科學(xué)地應(yīng)用設(shè)計(jì)軟件的必要性，采用系統(tǒng)化的方法可以大大提高地源熱泵設(shè)計(jì)的合理性、可靠性［１２］。

 

  ３ 空氣源熱泵發(fā)展分析

 

  空氣源熱泵的低溫熱源隨處可得，且空氣源熱泵具有安裝使用方便，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，初投資相對(duì)較低等特點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用，尤其在能源危機(jī)之后更是得到了大力推廣。但是隨著室外環(huán)境溫度的降低，空氣源熱泵的性能受到較大影響，在應(yīng)用中也存在著許多問題，因此當(dāng)前空氣源熱泵的研究多集中在以下幾個(gè)方面。

 

  ３．１ 空氣源熱泵在低溫下應(yīng)用的研究

 

  Ｍｉｎｅａ提出了一種采用丙烷鍋爐作為輔助熱源的變速空氣源熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以解決北美地區(qū)傳統(tǒng)空氣源熱泵電輔助加熱造成的高峰用電緊張問題，同時(shí)將低溫環(huán)境下空氣源熱泵的平衡點(diǎn)溫度由－５ ℃降低至－９ ℃［１３］。Ｎｏｇａｗａ等人在標(biāo)準(zhǔn)房間中應(yīng)用變頻雙壓縮機(jī)空氣源熱泵，針對(duì)低溫環(huán)境部分負(fù)荷工況進(jìn)行了模擬和實(shí)測(cè)研究，實(shí)測(cè)結(jié)果表明ＣＯＰ 可達(dá)到２．６［１４］。Ｗａｎｇ Ｗｅｉ等人在北京地區(qū)極端天氣下對(duì)空氣源熱泵進(jìn)行了連續(xù)８０ｈ的監(jiān)測(cè)，以研究其低溫特性，結(jié)果顯示當(dāng)室外氣溫為－１１℃時(shí)機(jī)組ＣＯＰ 可達(dá)到２．２１，供熱量滿足要求；同時(shí)指出誤除霜和頻繁啟停是影響供熱穩(wěn)定性的主要原因［１５］。Ａｂｄｅｌａｚｉｚ等人對(duì)熱泵在美國(guó)的應(yīng)用作了總結(jié)，對(duì)熱泵在低溫地區(qū)應(yīng)用時(shí)可采取的措施進(jìn)行了歸納分析，并針對(duì)美國(guó)市場(chǎng)提出了低溫地區(qū)應(yīng)用高效熱泵機(jī)組的建議［１６］。

 

  ３．２ 空氣源熱泵的除霜研究

 

  Ｋｗａｋ等人通過測(cè)試?yán)咂艿慕Y(jié)霜厚度和結(jié)霜量來分析影響多肋片管結(jié)霜的因素，研究顯示其與空氣流量和肋片表面溫度相關(guān)［１７］。Ｏｌｔｅｒｓｄｏｒｆ等人指出空氣／水熱泵機(jī)組每年的除霜耗電量占熱泵總耗電量的５％，解決這一問題的途徑是采用蓄熱自然循環(huán)除霜來代替電除霜，電能僅作驅(qū)動(dòng)能源。并針對(duì)制冷能力為２ｋＷ 的機(jī)組設(shè)計(jì)了流量分配及除霜方案，使蒸發(fā)器具備同時(shí)利用兩種熱源的能力［１８］。Ｂｙｒｎｅ等人對(duì)空氣源熱泵兩相熱虹吸管除霜技術(shù)進(jìn)行了研究，該空氣源熱泵系統(tǒng)有空氣／制冷劑和水／制冷劑兩個(gè)蒸發(fā)器，在兩個(gè)蒸發(fā)器間設(shè)熱虹吸管，回收制冷循環(huán)過冷熱用于除霜，模擬結(jié)果表明系統(tǒng)ＣＯＰ 可提高１２％［１９］。Ｗａｎｇ Ｗｅｉ等人對(duì)新型光電傳感器在空氣源熱泵除霜控制中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，結(jié)果表明光電傳感器可以顯著延長(zhǎng)除霜時(shí)間間隔，避免誤除霜現(xiàn)象，可使測(cè)試機(jī)組ＣＯＰ 提高８％［２０］。

 

  ３．３ 空氣源熱泵的能效研究

 

  Ｍｏｒｔａｄａ等人研發(fā)了采用迷你流道換熱器的小型熱泵機(jī)組，減少了傳統(tǒng)空氣源熱泵配置高于建筑負(fù)荷需求造成的能源浪費(fèi)，并對(duì)應(yīng)用Ｒ１２３４ｙｆ和Ｒ１３４ａ兩種制冷劑的示范項(xiàng)目進(jìn)行了能效水平研究［２１］。Ｇａｓｓｅｒ等人通過模擬和實(shí)驗(yàn)研究，得出了通用有效的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，通過控制壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)以實(shí)現(xiàn)空氣／水熱泵系統(tǒng)的高效性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

 

  研究結(jié)果表明，采用連續(xù)控制的熱泵機(jī)組其季節(jié)性能系數(shù)比開／關(guān)控制的機(jī)組提高約１０％ ～６０％［２２ ２３］。Ｆａｒｄｏｕｎ等人用ＭＡＴＬＡＢ軟件建立空氣源熱泵熱水器的數(shù)學(xué)模型來研究其能效特性，結(jié)果顯示熱水生產(chǎn)率隨蓄熱水箱容積減小而上升，整體ＣＯＰ 隨室外環(huán)境溫度升高而增大。

 

  ３．４ 空氣源熱泵噪聲影響的研究

 

  Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ等人對(duì)空氣／空氣熱泵機(jī)組的噪聲問題進(jìn)行了研究，通過對(duì)不同噪聲機(jī)組的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)噪聲水平與室外環(huán)境無(wú)關(guān)，與風(fēng)機(jī)的類型和轉(zhuǎn)速有直接關(guān)系。而室外機(jī)組噪聲則隨天氣而變化，有些噪聲是由部分負(fù)荷運(yùn)行產(chǎn)生的。

 

  ４ 系統(tǒng)及組成部分研究

 

  組成熱泵機(jī)組的關(guān)鍵部件及控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)組能效有著至關(guān)重要的影響，同時(shí)，熱泵主機(jī)能否發(fā)揮其全部節(jié)能潛力與系統(tǒng)又是息息相關(guān)的，因此系統(tǒng)及熱泵組成部件一直受到業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，當(dāng)前的研究工作主要集中在以下幾個(gè)方面。

 

  ４．１ 新型制冷劑在熱泵中的應(yīng)用研究

 

  Ｔａｉｒａ等人指出由于熱泵在各國(guó)應(yīng)用的氣候區(qū)、運(yùn)行工況、使用方式及各國(guó)的法律條例均不同，因此選擇制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)也不同，應(yīng)針對(duì)不同地區(qū)、不同應(yīng)用條件，選取不同的制冷劑替代方案。

 

  Ｍｕｒｐｈｙ等人通過實(shí)驗(yàn)評(píng)估了制冷劑Ｒ１３４ａ和其替代制冷劑Ｒ１２３４ｙｆ在家用電驅(qū)動(dòng)熱泵中的應(yīng)用，測(cè)試結(jié)果顯示采用Ｒ１２３４ｙｆ時(shí)的ＣＯＰ 比采用Ｒ１３４ａ時(shí)約低６％，可采用更換熱力膨脹閥的方法進(jìn)行改善［２８］。Ｗｉｎａｎｄｙ等人對(duì)適用于Ｒ４０７Ｃ和Ｒ４１０Ａ的熱泵機(jī)組進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究以實(shí)際壓縮過程為基礎(chǔ)，結(jié)果表明在最新蒸氣渦旋壓縮技術(shù)下，Ｒ４１０Ａ的性能優(yōu)于Ｒ４０７Ｃ［２９］。Ｐａｌｍ討論了新型制冷劑選擇的標(biāo)準(zhǔn)及關(guān)注的信息，并對(duì)即將上市的新型制冷劑Ｒ１２３４ｙｆ及相近的Ｒ１２３４ｚｅ進(jìn)行了介紹［３０］。Ｋｏｙａｍａ等人對(duì)非共沸二元制冷劑熱泵循環(huán)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明當(dāng)采用Ｒ１２３４ｚｅ和Ｒ３２（質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為２０％∶８０％）的二元制冷劑時(shí)熱泵ＣＯＰ 與采用Ｒ４１０Ａ?xí)r幾乎相同［３１］。

 

  ４．２ 變制冷劑流量熱泵系統(tǒng)理論及實(shí)踐應(yīng)用研究Ｏｈｎｏ等人指出由于變制冷劑流量系統(tǒng)運(yùn)行及控制方式多變，其性能系數(shù)難以估計(jì)，因此建立了實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，對(duì)具有４個(gè)末端裝置的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)下的性能系數(shù)進(jìn)行了測(cè)試研究分析。而后他們又指出僅采用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證系統(tǒng)能效具有一定的局限性，因此對(duì)變制冷劑流量系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)模擬，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性，可以采用該模型預(yù)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況［３２ ３４］。

 

  Ａｋｉｍｏｔｏ等人進(jìn)行了智能能量管理系統(tǒng)研究，以減少變制冷劑流量系統(tǒng)的能耗。即通過監(jiān)測(cè)與控制變制冷劑流量系統(tǒng)的運(yùn)行模式可以使其與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比具有較高的ＣＯＰ，在２個(gè)項(xiàng)目中的應(yīng)用情況表明能效可分別提高３０％和２０％［３５］。Ｋｉｋｕｃｈ等人使用壓縮機(jī)曲線法對(duì)變制冷劑流量系統(tǒng)的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究，該方法可以使用較少的測(cè)量裝置來預(yù)測(cè)制冷劑流量，即采用壓縮機(jī)曲線法建立了變制冷劑流量模型并證明了其有效性［３６］。Ｄｏｃｔｏｒ等人指出在獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)中除熱回收技術(shù)外，應(yīng)用變制冷劑流量技術(shù)可以提高獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)對(duì)不同室外氣候環(huán)境的適應(yīng)性，降低壓縮機(jī)在變制冷劑流量時(shí)的能耗。同時(shí)指出系統(tǒng)的膨脹裝置和空氣盤管需與變流量運(yùn)行的工況相適應(yīng)［３７］。

 

  ４．３ 新型熱泵換熱器研究

 

  Ｂｒｕｄｅｒｅｒ等人提出在聯(lián)合國(guó)教科文組織的世界文化遺產(chǎn)建筑中，采用地源熱泵和加強(qiáng)保溫都受到嚴(yán)格限制時(shí)，可以采用一種新型屋面瓦集熱器，這種特殊設(shè)計(jì)的屋面瓦集熱器的材質(zhì)為銅，具有良好的集熱能力，可以吸收太陽(yáng)熱、周圍空氣及雨水中的熱量，作為熱泵的低位熱源。通過在瑞士和德國(guó)的應(yīng)用，證明這種新型換熱器是熱泵應(yīng)用的新選擇［３８］。Ｓｏｎｇ等人對(duì)鋸齒形肋片換熱器的特性進(jìn)行了研究，這種新型換熱器設(shè)計(jì)了鋸齒肋片以提高換熱性能，與百葉窗肋片相比在低流速區(qū)具有更高的換熱效率［３９］。Ｓａｌｅｈ等       人采用在線多目標(biāo)優(yōu)化方法來設(shè)計(jì)新型風(fēng)冷換熱器，采用多尺度模擬提高了模型的逼真度，并采用ＣＦＤ技術(shù)與ε－ＮＴＵ 法耦合求解換熱器的性能，在取得更好的優(yōu)化結(jié)果的同時(shí)，大大降低了計(jì)算成本［４０］。

 

  ４．４ 吸附式、吸收式熱泵研究

 

  ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｌ等人研發(fā)了一種壓縮／吸收混合式熱泵機(jī)組，將低于１００℃的工業(yè)廢熱進(jìn)行提升，對(duì)混合式熱泵建立模擬計(jì)算模型并進(jìn)行實(shí)測(cè)驗(yàn)證，結(jié)果顯示當(dāng)壓縮機(jī)位于蒸發(fā)器和吸附反應(yīng)器之間時(shí)，其對(duì)機(jī)組能效的影響顯著大于壓縮機(jī)位于吸附反應(yīng)器和冷凝器之間時(shí)，后者與純粹熱驅(qū)動(dòng)機(jī)組相比能效幾乎相同，充分證明了研究系統(tǒng)內(nèi)各部件之間相互影響的重要性［４１］。Ｍｉｙａｚａｋｉ等人提出了一種雙蒸發(fā)器吸收式制冷機(jī)，這一新型制冷機(jī)由２個(gè)蒸發(fā)器、１個(gè)冷凝器和３個(gè)吸收器組成，蒸發(fā)和吸收同時(shí)在２個(gè)不同的壓力下進(jìn)行，可以擴(kuò)大濃縮和稀釋過程中吸附質(zhì)的濃度變化范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在給定條件下雙蒸發(fā)器吸收式機(jī)組的ＣＯＰ 是普通機(jī)組的３．４倍［４２］。Ｈｕ等人對(duì)３種雙效吸收式制冷機(jī)組分別建模，并在相同初始條件及供冷量情況下進(jìn)行模擬計(jì)算。通過詳細(xì)的分析可知，機(jī)組的發(fā)生器、吸收器和換熱器處的損失顯著高于蒸發(fā)器、冷凝器和膨脹閥處。低溫發(fā)生器優(yōu)先串聯(lián)式機(jī)組比高溫發(fā)生器優(yōu)先串聯(lián)式機(jī)組和并聯(lián)式機(jī)組有更高的ＣＯＰ 和效率，但是也最容易結(jié)晶，而并聯(lián)式機(jī)組則在能效和避免結(jié)晶兩方面都有不錯(cuò)的表現(xiàn)［４３］。

 

  ５ 熱泵技術(shù)應(yīng)用發(fā)展研究

 

  地源熱泵技術(shù)、空氣源熱泵技術(shù)及熱泵部件和

 

  系統(tǒng)的不斷發(fā)展，推動(dòng)了熱泵技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，近年來熱泵技術(shù)應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面。

 

  ５．１ 熱泵在低能耗建筑中的應(yīng)用研究

 

  Ｒｕｕｄ等人對(duì)瑞典不同氣候區(qū)內(nèi)不同圍護(hù)結(jié)

 

  構(gòu)的建筑應(yīng)用不同供能系統(tǒng)時(shí)的能耗量和價(jià)格進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果顯示地源熱泵具有較低的年能耗量，但是初投資仍高于其他可選方式［４４］。Ｋｏｓｔｅｒ等人對(duì)荷蘭的低能耗建筑進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)熱泵是有效實(shí)現(xiàn)低能耗的可行手段，適用于大規(guī)模住宅項(xiàng)目，且監(jiān)測(cè)裝置的使用可以降低維護(hù)費(fèi)用，提升用戶滿意度［４５］。Ｎａｇａｎｏ等人設(shè)計(jì)了與地源熱泵集成的被動(dòng)式低能耗建筑，通過測(cè)量其全年能耗，自動(dòng)控制通風(fēng)系統(tǒng)的溫度和濕度，改變地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行方式，并開發(fā)了適用的模擬軟件，最終得出了保證舒適性和低能耗的高效控制方式［４６］。Ｉｔｏｈ等人采用熱泵和蓄熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)低碳建筑設(shè)計(jì)，將地源熱泵與空氣源熱泵相結(jié)合，同時(shí)采用潛熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)，與建筑能源管理系統(tǒng)結(jié)合，有效降低建筑能耗［４７］。Ｔａｎａｂｅ指出了高效空氣源熱泵對(duì)實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排任務(wù)的重要性，并探討了空氣源熱泵在減少不同國(guó)家不同類型建筑能耗方面可能扮演的角色［４８］。

 

  ５．２ 熱泵工業(yè)中的應(yīng)用研究

 

  Ｓａｋａｓｈｉｔａ介紹了工業(yè)熱泵在過去３０年對(duì)節(jié)能和阻止全球變暖所作的貢獻(xiàn)，同時(shí)指出了其應(yīng)用仍然局限于小部分區(qū)域的原因，分析了阻礙其發(fā)展的壁壘以及現(xiàn)實(shí)可行的解決措施，尤其是ＣＤＭ（清潔發(fā)展機(jī)制）項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)其未來的發(fā)展起到了重要推動(dòng)作用［４９］。Ｓａｋａｍｏｔｏ等人對(duì)１１個(gè)國(guó)家的食品和飲料行業(yè)應(yīng)用熱泵技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的ＣＯ２減排潛力進(jìn)行了估算，假設(shè)采用電驅(qū)動(dòng)熱泵取代供熱溫度在１００℃以下的蒸汽鍋爐，估算結(jié)果顯示每年的ＣＯ２減排量可達(dá)到４ ７００萬(wàn)ｔ，達(dá)到參與調(diào)查國(guó)家工業(yè)燃料燃燒產(chǎn)生的ＣＯ２總量的１．４％［５０］。

 

  Ｋａｄｏｗａｋｉ等人開發(fā)了一種具有溫濕度調(diào)節(jié)功能的烘干木材熱泵系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的礦物燃料鍋爐相比可以顯著降低ＣＯ２排放量，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還可以提高木材烘干的質(zhì)量［５１］。Ｎｏｒｄｔｖｅｄｔ等人對(duì)安裝在挪威屠宰場(chǎng)的混合式余熱回收熱泵的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了分析，這種壓縮和吸收式混合熱泵采用氨水作為工作介質(zhì)，可以回收制冷過程中溫度約為５０℃的介質(zhì)中的冷凝熱，將熱水側(cè)溫度提升至１００℃［５２］。

 

  ５．３ 熱泵系統(tǒng)在各類不同建筑中的應(yīng)用研究Ｒｏｇｎｏｎ等人介紹了瑞士聯(lián)邦能源辦公室于１９９４年啟動(dòng)的供熱現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，截至２００３年有２５０個(gè)低于２５ｋＷ 的熱泵系統(tǒng)納入監(jiān)測(cè)范圍，其中１５０個(gè)為長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，１００個(gè)已經(jīng)監(jiān)測(cè)超過１０年。監(jiān)測(cè)的目標(biāo)是通過長(zhǎng)期測(cè)試得到熱泵系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)的可靠性、穩(wěn)定性及ＳＰＦ 變化特點(diǎn)［５３］。Ｉｂａ等人對(duì)日本山梨縣大型商業(yè)設(shè)施中應(yīng)用的高效模塊熱泵機(jī)組進(jìn)行了連續(xù)７個(gè)月的實(shí)測(cè)研究，結(jié)果表明應(yīng)用大型模塊熱泵機(jī)組運(yùn)行效率高于傳統(tǒng)吸收式熱泵，在部分負(fù)荷情況下優(yōu)勢(shì)更加明顯［５４］。Ｙａｎａｇｉｈａｒａ等人對(duì)應(yīng)用在大型實(shí)驗(yàn)室建筑中的蓄能型暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)測(cè)研究，分析了１５年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有良好的節(jié)能特性［５５］。Ｌｉｕ基于能耗狀況及不同天氣、地理位置差異，分析了改造美國(guó)單戶地源熱泵系統(tǒng)的收益。收益包括節(jié)能、降低夏季電力峰值以及減少使用者費(fèi)用等幾個(gè)方面［５６］。

 

  ６ 熱泵技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

 

  ６．１ 熱泵應(yīng)用仍將處于高速發(fā)展的上升階段作為節(jié)能減排的技術(shù)，熱泵技術(shù)前景廣闊，會(huì)有越來越多的國(guó)家及政府、企業(yè)意識(shí)到熱泵可以帶來的節(jié)能及環(huán)保效益，市場(chǎng)數(shù)據(jù)也表明未來發(fā)展趨勢(shì)良好。

 

  ６．２ 地源熱泵、空氣源熱泵的高效化研究仍然存在較大提升空間各個(gè)國(guó)家及地區(qū)的實(shí)際情況不同，因此關(guān)注的熱泵技術(shù)不同，在換熱器、熱泵機(jī)組、系統(tǒng)控制優(yōu)化及低溫環(huán)境應(yīng)用等各方面都有研究。總體來說地源熱泵和空氣源熱泵的高效應(yīng)用仍是各國(guó)關(guān)注的目標(biāo)，也是未來熱泵技術(shù)研究的重要方向之一。

 

  ６．３ 新型高效環(huán)保制冷劑在熱泵機(jī)組中的應(yīng)用是廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)受氣候公約的限制，隨著現(xiàn)有制冷劑的禁用，新型高效環(huán)保制冷劑的探索及其在熱泵中的應(yīng)用成為一個(gè)緊迫的課題，目前世界各國(guó)均在不斷的探索當(dāng)中。

 

  ６．４ 復(fù)合式熱泵系統(tǒng)研究活躍

 

  可再生能源作為低位熱源使熱泵系統(tǒng)受其變化影響較大，根據(jù)各個(gè)國(guó)家及地區(qū)的實(shí)際情況，采用復(fù)合熱泵技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更好的節(jié)能環(huán)保效果，因此復(fù)合熱泵系統(tǒng)研究仍然具有很大的空間。

 

  ６．５ 各種熱泵形式在不同建筑中的應(yīng)用及優(yōu)化研究也是熱泵技術(shù)應(yīng)用研究重點(diǎn)之一研究熱泵技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，使熱泵的節(jié)能環(huán)保作用在實(shí)際中得以更好地發(fā)揮，是推廣熱泵技術(shù)的重要基礎(chǔ)，因此實(shí)際工程應(yīng)用及優(yōu)化研究工作十分重要。