ChuaKJ,ChouSK,YangWM.Advancesinheatpumpsystems:Areview.AppliedEnergy,2010,87(2):3611-3624.熱泵系統(tǒng)的研究進(jìn)展綜述K.J.Chua,S.K.Chou,W.M.Yang摘要：為了從消耗于各種工業(yè)、商業(yè)、住宅建筑內(nèi)的不同熱源中回收熱量，熱泵系統(tǒng)提供了一種經(jīng)濟(jì)的可選擇的解決方案。隨著能源價(jià)格的持續(xù)上漲，節(jié)能和提高能源效率就變得非常必要。從這點(diǎn)來看，熱泵成為在能量回收系統(tǒng)中具有巨大節(jié)能潛力的一個(gè)關(guān)鍵組件。改進(jìn)熱泵的性能、可靠性及其對(duì)環(huán)境的影響已經(jīng)成為一個(gè)持續(xù)關(guān)注的話題。熱泵系統(tǒng)最近的發(fā)展集中在熱驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)兩個(gè)先進(jìn)循環(huán)的設(shè)計(jì)，改善循環(huán)部件（包括工質(zhì)的選擇），和拓寬其應(yīng)用范圍。對(duì)熱泵來說它是一種經(jīng)濟(jì)命題，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用場(chǎng)合時(shí)需要不斷努力以提高熱泵的性能與可靠性。某些最新的研究成果明顯地提高了熱泵的能源利用效率。例如，一個(gè)熱驅(qū)動(dòng)噴射應(yīng)用到熱泵系統(tǒng)使之效率提高了20%以上。此外，開發(fā)更好的壓縮技術(shù)有使熱泵系統(tǒng)的能量消耗降低高達(dá)80%的潛力。新的混合系統(tǒng)的開發(fā)已經(jīng)使熱泵完成高效廣泛地應(yīng)用。例如，嵌入干燥劑的熱泵循環(huán)實(shí)現(xiàn)了更好的溫濕度控制，且COP高達(dá)6。本文針對(duì)熱泵系統(tǒng)的最近發(fā)展給出總結(jié)，旨在建立一個(gè)實(shí)用熱泵解決方案的“一站式”檔案。本文大致分為三部分，首先回顧改善熱泵性能的各種各樣的方法。接下來描述適合各種熱源應(yīng)用的混合式熱泵系統(tǒng)。最后，本文提出了在選擇的行業(yè)中熱泵系統(tǒng)的新穎應(yīng)用。關(guān)鍵詞：熱泵技術(shù)，蒸汽壓縮循環(huán)，熱量回收，能量效率，混合熱泵系統(tǒng)，用途和解決辦法

使其更節(jié)能，同時(shí)不斷發(fā)展新的混合動(dòng)力系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的整體效率。自從對(duì)各種熱泵機(jī)組和熱力系統(tǒng)熟知后，技術(shù)的優(yōu)化整合仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的研發(fā)任務(wù)。幾個(gè)熱泵系統(tǒng)的存在，一些需要外界的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，而其它的需要外界的熱能驅(qū)動(dòng)。以蒸汽壓縮循環(huán)和吸收循環(huán)為基礎(chǔ)的商業(yè)熱泵已廣泛地應(yīng)用到許多實(shí)際產(chǎn)業(yè)當(dāng)中。新的熱泵技術(shù)例如吸附循環(huán)和化學(xué)反應(yīng)循環(huán)迅速崛起，盡管它們還沒有發(fā)現(xiàn)應(yīng)用在工業(yè)制造中［2］。本文描述了熱泵系統(tǒng)各方面的應(yīng)用和對(duì)能源效率的影響。為了達(dá)到論述主要熱泵的特征和應(yīng)用的目的，本文的重點(diǎn)是對(duì)各種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)類型的論述，而不是熱力驅(qū)動(dòng)類型。表1概述了熱泵在工業(yè)過程中的應(yīng)用［3］。從表中可以看出，相對(duì)于熱力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械蒸汽壓縮式系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用到許多制造工業(yè)中。此表可能不完全全面，但它突出表現(xiàn)的是熱泵最常見的工業(yè)應(yīng)用和類型。表1熱泵在工業(yè)過程中應(yīng)用的代表概述（改編自美國能源部［3］）IndustryMjnufjerurui^JCCivi呼:PTXdliejtpuuiptypelemnreliilIi嗒Dhd]|jLia?o；lpgDdieu.nijuhd.pedtKilMiik-jjSepjjjLk>npiupjirf^'piupyIsie.buLjjbej*Mecluikic-jjvjpcuiCdnipiez^k>ik,optfiijuhd.pr泌叱曰biiyleiHJuki.￡EhdU冏書hy回硬曙住醫(yī)Lig;l陀□仙mkjkh曲妙ilk^Icuhnu.Li<I'iir4iitodixLiii^EllL,C^itot^ikLrjd^ikdlwm聲處tEjuE密luiti^diijC^MeClihiJiii^jjvJp^ur<tiiitpr^^h-ik,d-p^iizKHl.ru.insulplu阻C'jjIkmuc^,tiok:jddliydrjuJic]Oid.onwjb謔LnejDiieitt:DdLiLks曙已eTr^jLiiltiihCdlp世電金dllu￡iii[C^iK：￡iiLrJd^ikwdb[^站Ejmi舌吩tEdm於Me￡luukif：-ddyjpcuinipi^±iid-ik,4jp^iiItydijuJi￡]3dOhwje^陽Lr￡j[]il￡ii[：5dUli&it佬mu由丫C<ai"ipi^ik>ii<rll^vr-pi^sui^jji!<hvjp<ru.rMeC:lkuiii<'jjvJp^ur<tiiitpr^^b-ih,d-p^iiforJbj1i^jLiiiilMriui'iCydeRmjnu^KuLkyLlS'Pt^eesswj￡￡t1也【臼屠Me￡luukif：-ddyjp^urniprs±iid-ik,W?dprMiuCtjPillpjuhufJkrtiLriji$Swt2ti皿dUJKlkliqwd-rMeClkuiiiC'jjvJp^ur<tiiitpr^^b-ih,d-p^iiCydeRiperuujkiirjccuriii^'Pr<K：esswj[er1曲i【li髦MeCluikic-jJconipi^^k>ihRip^ruidUhLdJCCuriiiJFU^Iii-^jjii呻&>v￡ryTIkiiiKXejui円也空恤u|kiiLunib^r1Y1JuiufJCturi11$PKidujCtdjyiik^JUbd.ManuljK-Curi]^Aljk^WlC^ih^^iitrJLi^ik起wm陽li^u.i4biM疲ThiJijCilvjpc)ui薊]eipi卍室詁i町吞餐山￡^debi業(yè):ii唸GMk址ntrJLig&wjhitebetrMefluuiiifdLlyjpc)uiniprs^id-ik,d-penc^delAfelCd-nimiUiihgj'CQni零nipiiuiuIjcCuiiii^CdiK：'￡ii[iJLi4likdrideepwjterJuki,^yrupMecluikic-jLlvjpcMrCdnipre^io-iK<ipeik牛已已Lli^nH€i<'diii円已北杏從cipenSu^irrdijkijh$C<lll￡￡lk[lJLi^lk曲SugQ古也llLkMMe^JUjki^dLlvjp^urCOntpre^k>ii,d-p^n礎(chǔ)已已[he門“心旳uipieujdJk,apeitc^cteEbirypiod.u<rtsC<1k：'￡itLrjd41k<11iniIkjltd.wlbeyM^clujkif-jJvjpcuiCdnipiez^k>ik,optfiiJui世m(xù)jUbufliuii唸Jui世gicmtr占曲“Me^JUjki^dLlvjp^urCOntpre^k>ii,d-p^nG&ihijJkKid-piud-mrCnuiiu-Licriinik^IltijLi[鵡O：l卩iX出壬JUbd.<?血iiai嶠wj[€rMecluikic-jjvjpcuiCdnipiez^kML,Suit打ifuliufjCCuriii$c^lh^^litrJd^lk?lllu￡lh[Me￡luukif：-ddyjp^urniprs±iid-ik,UdliciesiNiKlejjpowerCdKtiiLrjd4ikcrirJdjOKLivew止抽M?clMJkic-jjvjpouiCdnipis^io-iL,openC^iri'^iiLrJU^ik€ri軸｝lin$【伽疋iU^-wdE>wihM?￡rMJhi^ddYjp^urniprs±iid-ik,d-pen牛住Mci<^lLube心yMjmilJkilurui^Gldiiihkiri^wjteiIteijliiuCkMh&wi[￡rM?clMJkic-jjvjpouiCdnipis^io-iL,openc^deSltijjH弓口*ippiii^dlwj^聲wj[^rorpig凸古ru^lh3i[6dUllJfiCO-lWyTIkihiu^uhip已空Ou.u|kiiEl曲gpLiUii^iihd.u^LriHHujLiih$0：lpig也古占恵■CkkMM疲vjpc)ui薊]eipi卍室詁仏止lb出1.￡^deC^lh^^litrJd^lk削clllu^lhEMefluuiiifdLlyjpc)uiniprs^id-ik,d-penc^deT&^dles'Praetssjridwj^h-wjierImiiigMeCluikic-jLlvjpcMr<tinipre^k>ikSpj^-^1也【ii唸Me￡luukif：-ddyjp^urniprs±iid-ikCdiri:￡ik[iJd^ik由clilil芒述"餐^Li^jjiiMe^JUjki^dLlvjp^urCOntpre^kj-ikGeibeuJiiujiuljci?llt嗨'Pracessjjidwjhh-wjcerlull嶠M^lkuki^JLlvjpcui<tinipieljk>nSpjc-^lbgj[iii^Mecluikic-jjvjpcuiCdnipis^k>nLNjtriCCTip^j[iii$Ljj百芒即皿：1出1111硝Me￡luukif：-ddyjp^urniprs±iid-ikSuiwfiJitjtr^FbeiH^jd"I^dlvtihCIrCrii'idur曲r&ifi古MeC:lkuiii<'jjvJp^ur<tiiitpr^^b-ih,d-p^ii

圖1描述了這篇文章的結(jié)構(gòu)和組成部分。文章的開始部分描述了各種各樣的技術(shù)，這些技術(shù)目前正應(yīng)用于改善熱泵的性能。其次，本文提出了幾種混合式熱泵，這些熱泵有能力從各種各樣的熱源中回收熱量。最后，本文描述了一些熱泵系統(tǒng)在各種能源密集型產(chǎn)業(yè)中的新應(yīng)用。通過本文有關(guān)熱泵的綜述，我們希望傳達(dá)一個(gè)重要信息，那就是，不斷努力改善熱泵的性能將直接優(yōu)化許多能源密集型經(jīng)營(yíng)產(chǎn)業(yè)的能源使用，以及減少碳的排放。

即空氣源熱泵耦合到水源熱泵。對(duì)比下，他們發(fā)現(xiàn)這樣的耦合過程與純粹的空氣源熱泵系統(tǒng)相比，能量效率提高了20%［8］。圖2(a)帶中間冷卻器兩級(jí)循環(huán)，(b)帶封閉節(jié)流裝置的兩級(jí)循環(huán)(c)噴射循環(huán)，和(d)圖例⑷在眾多商用熱泵系統(tǒng)中包含單級(jí)蒸汽壓縮循環(huán)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，只有一個(gè)蒸發(fā)器用于冷卻和除濕，并從單一熱源中回收熱量。由于熱傳遞過程中存在可利用的物理區(qū)域，因此在熱量回收過程中強(qiáng)加了大量的機(jī)械約束。Chua和同事們進(jìn)行了兩級(jí)蒸發(fā)熱泵系統(tǒng)的研究，如圖3所示［9］。在他們的系統(tǒng)中，制冷劑蒸汽在冷凝器出口處分成兩股。一股進(jìn)入膨脹閥中，該股蒸汽具有較高的排流能力，從而達(dá)到較低的蒸發(fā)溫度，而另一股蒸汽進(jìn)入另一個(gè)膨脹閥中將升高到更高的溫度［9］。兩股蒸汽分別在高壓和低壓蒸發(fā)器中發(fā)生蒸發(fā)過程。高壓冷凝器出口處的制冷劑蒸汽與低壓冷凝器出來的制冷劑蒸汽混合前的壓力，由一個(gè)背壓力調(diào)節(jié)閥控制。在測(cè)試一個(gè)兩級(jí)蒸發(fā)熱泵輔助機(jī)械干燥系統(tǒng)中，他們有著重大的發(fā)現(xiàn)：與單一蒸發(fā)器熱泵循環(huán)相比，兩級(jí)蒸發(fā)器熱泵干燥循環(huán)可以多回收35%以上的熱量。通過這個(gè)結(jié)果表明，兩級(jí)蒸發(fā)熱泵系統(tǒng)可以顯著改善熱泵的性能［9］。evaporatorpressureregulatortovapourmixingchamberthen圖3一個(gè)兩級(jí)蒸發(fā)器系統(tǒng)圖［9］2.2.提高壓縮機(jī)性能為了盡量減少蒸汽壓縮循環(huán)過程中能量的消耗，一個(gè)關(guān)鍵的方法是減少壓縮機(jī)所需的壓縮比。換句話說，也就是提高壓縮機(jī)的性能。近年來，發(fā)明的渦旋壓縮機(jī)是壓縮機(jī)技術(shù)中一項(xiàng)重大的技術(shù)突破［10］。渦旋壓縮機(jī)的效率超過標(biāo)準(zhǔn)往復(fù)式壓縮機(jī)效率約10%。這種改進(jìn)有三個(gè)主要原因［11］。第一，與往復(fù)式壓縮機(jī)相比，渦旋壓縮機(jī)的吸氣和排氣過程是獨(dú)立的，這意味著沒有熱量添加到吸入蒸汽中。其次，與往復(fù)式壓縮機(jī)的180度旋轉(zhuǎn)對(duì)比，渦旋壓縮機(jī)壓縮過程進(jìn)行了540度的旋轉(zhuǎn)。因此，渦旋壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)只有往復(fù)式壓縮機(jī)的10%。第三，渦旋壓縮機(jī)可以消除往復(fù)式壓縮機(jī)壓力損失源頭中吸氣和排氣閥的壓力損失。另外，渦旋壓縮機(jī)具有更好的可靠性，因?yàn)樗鼈冇懈俚倪\(yùn)動(dòng)部件，并能在液體猛烈撞擊下運(yùn)行的更好［12,13］。最近，一組研究人員開發(fā)出一種新的制冷壓縮機(jī)，名為“旋轉(zhuǎn)葉片（RV）壓縮機(jī)”［14-17］。據(jù)說，他們創(chuàng)新設(shè)計(jì)的顯著特點(diǎn)涉及到激進(jìn)的使用一種旋轉(zhuǎn)汽缸，這種氣缸與壓縮機(jī)械一起轉(zhuǎn)動(dòng)，以減少能量的損失［14］。因此，摩擦和滲漏損失有效地減少了［14］。與活塞式相比，RV壓縮機(jī)的徑向間隙泄漏損失通常是40%，少于活塞式預(yù)期高達(dá)95%的容積效率。這種綠色和新型的壓縮機(jī)顯著降低了制冷壓縮過程中的輸入能量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，與目前市場(chǎng)上的系統(tǒng)來比，使用這種新型壓縮機(jī)的系統(tǒng)能耗減少了80%［14］。一些不太有效的方法來提高壓縮機(jī)的性能，是為了確保壓縮機(jī)在運(yùn)行中保持低的溫度。Wang等［18］研究了兩種方法來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。第一個(gè)方法用外部手段來冷卻壓縮機(jī)的電機(jī)而不是用吸入氣體來進(jìn)行冷卻。第二種方法通過從壓縮腔中轉(zhuǎn)移熱量，從而迫使壓縮過程為一個(gè)等溫過程。結(jié)果表明，在R22為制冷劑的制冷系統(tǒng)中，與等熵壓縮相比較，等溫壓縮最多可以減少14%的壓縮工作。若運(yùn)行條件良好和流體的選擇正確，這兩種方法組合起來可以節(jié)約高達(dá)16%能源［18］。2.3.噴射器系統(tǒng)噴射器是噴射式制冷系統(tǒng)的心臟，CharlesParsons先生大約在1901年發(fā)明了噴射器，用于從一個(gè)蒸汽機(jī)的冷凝器中轉(zhuǎn)移空氣。在1910年，MauriceLeblanc在蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)中使用了一個(gè)噴射器［19］。噴射器是制冷與空調(diào)，海水淡化，石油煉制，化工等行業(yè)的重要組成部分。此外，噴射器是蒸餾塔，冷凝器和其他熱交換過程中不可缺少的一部分。最近發(fā)表的一些文章集中在噴射壓縮系統(tǒng)的各方面的研究，也就是，噴射擴(kuò)張臨界CO2熱泵循環(huán)［21］,兩相噴射循環(huán)［22,23］，多級(jí)蒸發(fā)制冷噴射器和以低品位余熱或太陽能為動(dòng)力的噴射制冷系統(tǒng)的性能［25,26］。以下部分突出描述噴射熱泵系統(tǒng)近期的顯著進(jìn)展。噴射壓縮式熱泵采用低品位的熱能，將提供更多的冷卻和加熱空間［22,23,25］。一個(gè)多功能噴射壓縮增強(qiáng)系統(tǒng)如圖4所示。它采用一個(gè)噴射器來執(zhí)行不同程度的壓縮制冷，該系統(tǒng)依賴于冷凝器出口處制冷劑的質(zhì)量和壓力以及高溫余熱。一個(gè)氣液分離器將制冷劑蒸汽分離擴(kuò)大為氣體和液體，氣態(tài)制冷劑在較高壓力下直接進(jìn)入壓縮機(jī)，而液態(tài)制冷劑流入蒸發(fā)器中與被冷卻的空間交換熱量。噴射器是壓縮負(fù)載的一部分，這顯著降低了壓縮機(jī)的功率需求。當(dāng)高溫余熱可用時(shí)，噴射器能承擔(dān)全部的壓縮職責(zé)，如圖4中的虛線所示的循環(huán)。噴射器是根據(jù)幾何學(xué)，航空動(dòng)力學(xué)來進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。理論研究表明，與標(biāo)準(zhǔn)的蒸汽壓縮循環(huán)相比，噴射壓縮熱泵的COP提高了21%。為了驗(yàn)證噴射壓縮式熱泵的節(jié)能性，ChaiwongsaandWongwises［27］設(shè)計(jì)了一個(gè)擁有三個(gè)不同出口直徑噴嘴的實(shí)驗(yàn)裝置。圖5顯示了噴射熱泵在各種散熱器溫度系數(shù)下的運(yùn)行性能［23］。同時(shí)，他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)熱泵的能源效率與COP的提高值接近為6。圖4一個(gè)新的多變的噴射壓縮增強(qiáng)系統(tǒng)

Dne=2.5mm□T咖曰85C16①Q(mào)UBEJODne=2.5mm□T咖曰85C16①Q(mào)UBEJO七①doZ①oypooMotivgNozzleDiamEtg「:■Lj^--fi———D?=3.0mm=2.0mmHeatSourceTemperature(°C)圖5運(yùn)行在不同噴嘴直徑和各種散熱器溫度下熱泵的性能系數(shù)[23]2.4.新的制冷劑HCFC-22可能是在熱泵空調(diào)中使用最廣泛的制冷劑。它具有相對(duì)較低的臭氧層破壞力，但因?yàn)樗龋虼耍藗冋趯ふ宜奶娲铩で笠粋€(gè)潛在的制冷劑替代物，重要的是這種替代物具有被替換流體類似的熱力性質(zhì)。這種替代物也應(yīng)具備匹配蒸發(fā)焓的理想屬性。只有當(dāng)這些參數(shù)能夠密切地匹配，系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)或重新配置的影響將變得微乎其微。確定具有相似熱力性質(zhì)的替代流體的工作不是特別的成功。這導(dǎo)致研究人員調(diào)查混合氫氟碳化物來取代HCFC-22的可能性[28]。在熱泵空調(diào)中使用混合制冷劑，將不斷地給工程師們帶來新的挑戰(zhàn)。一種純粹單一成分的制冷劑在恒溫下將凝結(jié)或沸騰。相比之下，混合制冷劑在恒壓冷凝或沸騰過程中改變溫度將導(dǎo)致溫度“滑翔”變化。在相變時(shí)，溫度滑翔的產(chǎn)生將帶給傳熱工程師們一些問題，其中不完全凝結(jié)問題是最重要的一個(gè)[29]。研究工作已經(jīng)進(jìn)入到制冷系統(tǒng)組件的設(shè)計(jì)，這些研究中利用到制冷劑相變的特征。除了制冷劑引發(fā)的環(huán)境問題外，提高能源利用效率和熱泵的運(yùn)行性能，在不斷測(cè)試新的混合制冷劑的大量工作中已取得了明顯的進(jìn)展[30]。最近，新的測(cè)試已經(jīng)實(shí)施在一組新的混合制冷劑中，也就是，R404A[31],R407C[32],R410A[33],R433A[34],R32/R134a陽andR170/R290D6]。Chen厲]進(jìn)行了R410A的性能評(píng)價(jià)，并且發(fā)現(xiàn)R410A空調(diào)機(jī)組的效率比R22空調(diào)機(jī)組的性能高大約12%。熱泵系統(tǒng)使用新的化學(xué)物質(zhì)更有效，是因?yàn)閴嚎s機(jī)使用R410A更易冷卻。這意味著壓縮機(jī)消耗更少的能源并更不可能燒壞。此外，R410A吸收和釋放熱量更有效，這意味著系統(tǒng)使用R410A時(shí)將消耗更少的電能，并且運(yùn)行起來更有效[33]。除了產(chǎn)生良好的能源效益，R410A同時(shí)具有減少熱交換器尺寸的潛力，尤其是蒸發(fā)器和冷凝器，因?yàn)樗东@和釋放熱量比R22更好［37］。另一種新的制冷劑R433A在提高熱泵的能源效率中具有巨大潛力。Park等［34］使用一套熱泵工作臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)施進(jìn)行了R433A和R22的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。他們的研究結(jié)果表明，R433A的性能系數(shù)比HCFC-22高4.9-7.6%，同時(shí)排氣溫度明顯降低。在這項(xiàng)研究工作后，他們研究了R170/R290混合物的熱力性能，并作為R22的一個(gè)潛在替代物卩6】。在節(jié)能性能方面，他們證明在典型熱泵系統(tǒng)運(yùn)行下R170/R290混合物的COP比R22的高6%。研究人員，如Atipoang等［38］和GorozabelChataet等［39］已經(jīng)研究了應(yīng)用混合制冷劑的混合式熱泵系統(tǒng)的性能。他們能夠確定使用大規(guī)模混合制冷劑系統(tǒng)的性能。未來成就了熱泵系統(tǒng)制造商眾多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。最值得注意的是需要持續(xù)的努力以開發(fā)新的制冷劑。同時(shí)，通過新技術(shù)，例如燃?xì)鉄岜茫瑏硖岣咝室跃S持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和滿足法律規(guī)定的最低限度的效率，將會(huì)存在很大的壓力。新性能增強(qiáng)制冷劑依賴改良的循環(huán)控制，更高效的電動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)，以及新的循環(huán)才能實(shí)現(xiàn)最佳循環(huán)效率，同時(shí)滿足不同的制冷能力。混合系統(tǒng)混合除濕系統(tǒng)混合熱泵除濕系統(tǒng)是控制空間濕度的一個(gè)有效手段，同時(shí)提供了高效節(jié)能的空氣溫度控制。這種除濕系統(tǒng)使電力蒸汽壓縮循環(huán)與除濕材料結(jié)合起來。在蒸汽壓縮循環(huán)中，冷凝器中釋放的廢熱可以讓除濕材料再生。在HVAC中應(yīng)用的除濕系統(tǒng)，是傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的替代或補(bǔ)充，主要應(yīng)用在潛在負(fù)荷高或溫濕度獨(dú)立控制要求高的地方［40］。混合除濕熱泵系統(tǒng)中一些重要的因素包括：（1）涉及獨(dú)立的溫濕度控制以提高舒適度和空間條件的控制；（2）在所處的空間內(nèi)產(chǎn)生更低的濕度以提供在空間溫度下等同的舒適度；（3）取除用于除濕過程中的冷卻和再熱設(shè)備以降低生產(chǎn)成本。混合熱泵除濕系統(tǒng)已應(yīng)用到學(xué)校，禮堂，醫(yī)院，低層辦公室，超市，餐館等地方。例如，LazzarinaandCastellotti［4】］研究一家超市應(yīng)用的混合熱泵除濕系統(tǒng)的工作狀況。在該系統(tǒng)中，一個(gè)自我再生的液體除濕冷卻系統(tǒng)集成到一臺(tái)電動(dòng)熱泵中。他們的研究表明，與傳統(tǒng)的機(jī)械除濕相比，混合熱泵除濕系統(tǒng)可能會(huì)節(jié)約能源［41］。在另一項(xiàng)獨(dú)立研究中，他們對(duì)除濕熱泵進(jìn)行了性能測(cè)試［41］。這臺(tái)低能力除濕（4-6g/kg）機(jī)組可達(dá)到的COP為大約5-6。然而，隨著除濕量的升高，系統(tǒng)的COP在逐漸減小。他們通過結(jié)合變制冷劑流量和熱泵除濕系統(tǒng)，從而研究了一種新的熱泵系統(tǒng)，Aynur等［42］在一個(gè)采暖季節(jié)進(jìn)行了實(shí)地性能測(cè)試。結(jié)果表明，這樣的新系統(tǒng)可以顯著節(jié)約能源，同時(shí)提供最佳的室內(nèi)熱舒適性和室內(nèi)空氣品質(zhì)。混合太陽能熱泵與太陽能技術(shù)的集成，產(chǎn)生了一種新的混合系統(tǒng)。該系統(tǒng)從太陽能中提取熱量，從而使熱泵性能得到顯著的提高［43］。太陽能輔助熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用包括水加熱［44-46］，儲(chǔ)熱［47］和干燥［48］。最近這些年，人們構(gòu)想讓太陽能光熱，光伏和熱泵集成，以產(chǎn)生新的混合系統(tǒng)［49-51］。這主要是由于人們對(duì)于應(yīng)用可再生能源來改善熱泵流程，保持著持續(xù)的興趣。Pei等［521已經(jīng)研究了一種新型的光伏太陽能輔助熱泵系統(tǒng)（PV-SAHP）,一個(gè)熱光伏被整合到蒸發(fā)器當(dāng)中來制成蒸發(fā)器集熱板。在該裝置中，部分吸收的太陽能被轉(zhuǎn)化成電能，而其它的太陽能被轉(zhuǎn)化成熱能。制冷劑吸收熱能并轉(zhuǎn)移到

冷凝器中。產(chǎn)生的電能可以為壓縮機(jī)提供能量。由于吸收了太陽能，熱泵的COP也大大的提高了di。結(jié)果表明，PV-SAHP系統(tǒng)相對(duì)于常規(guī)熱泵系統(tǒng)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)更高的光電效率。在SAHP應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品的干燥過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)，熱泵與太陽能集熱器耦合可以提高空氣集熱器的熱效率值范圍為0.7-0.75，同時(shí)蒸發(fā)集熱器效率在0.8-0.86間變化。提高的效率主要是由于減少了集熱器的熱損失［48］。最近研究工作主要致力于調(diào)查用于熱水生產(chǎn)的SAHP的性能［45,46］。在這些工作中，太陽能輔助熱泵在香港被專門用于熱水加熱。研究人員開發(fā)了一個(gè)數(shù)學(xué)系統(tǒng)模型，以研究在不同工作條件下太陽能輔助熱泵的性能。模型的結(jié)果突出了幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):熱泵性能受循環(huán)流速，太陽能集熱面積和太陽能水箱預(yù)熱初始水溫的變化所制約。研究進(jìn)一步證明，SHAP系統(tǒng)在長(zhǎng)達(dá)一年內(nèi)可達(dá)到的平均COP為6.46，這大大高于傳統(tǒng)的熱泵系統(tǒng)［45］。圖6描述了在亞熱帶的香港冬季熱水加熱期間各種冷凝器的熱量增益，壓縮機(jī)輸入功率和系統(tǒng)的COP。研究發(fā)現(xiàn)，夏天產(chǎn)生的熱水量比冬天的兩倍還多。這樣有利的能源指標(biāo)取決于SAHP的熱回收能力，SHAP系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于電加熱和單一的太陽能系統(tǒng)，并且對(duì)常規(guī)高效率的燃料燃燒系統(tǒng)具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。09:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:00圖6在亞熱帶香港冬季期間一臺(tái)直接蒸發(fā)太陽能輔助熱泵加熱過程中的冷凝器吸熱量變

化，壓縮機(jī)輸入功率和系統(tǒng)COP新的應(yīng)用/解決方法新的應(yīng)用/解決方法4.1.海水淡化海水淡化是將海水轉(zhuǎn)化為淡水的過程。HPS在海水淡化工廠中能夠有效地利用熱能。一些工作已經(jīng)致力于研究生產(chǎn)淡水的熱泵系統(tǒng)的部署［53,54］。以機(jī)械蒸汽壓縮(MVC)技術(shù)為基礎(chǔ)的海水淡化工廠在本質(zhì)上是最有效的熱力過程。MVC的熱力學(xué)效率來源于熱泵系統(tǒng)原理的應(yīng)用。在孟買特朗貝部署了一家日產(chǎn)量50m3淡水的海水淡化小型實(shí)驗(yàn)廠，實(shí)驗(yàn)廠配備一臺(tái)雙效機(jī)械蒸汽壓縮熱泵機(jī)組。在高效換熱過程中采用了水平管薄膜噴霧海水淡化蒸發(fā)器。這種裝置直接從海水中生產(chǎn)高品質(zhì)的水，水中幾乎不含任何礦物質(zhì)。Gao等人(2008)已經(jīng)驗(yàn)證了生產(chǎn)淡水的MVC系統(tǒng)的能量效率［56］。他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)臺(tái)每天能夠產(chǎn)生60kg的淡水只消耗500W的功率。海水淡化需要大量的能量。混合動(dòng)力技術(shù)，這種可以潛在地降低能源消耗的是太陽能輔助熱泵，因?yàn)樗ぷ髟诘蜏叵虏⒗锰柲埽饨缒芰亢蛷U熱。Hawlader等人［57］已經(jīng)分析了一種新的太陽能輔助熱泵的性能，并獲得了良好的生產(chǎn)用水。他們的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有能力每小時(shí)生產(chǎn)一公升水。在能源效率方面，混合系統(tǒng)運(yùn)行效率的COP范圍為5-9，并且性能比為0.6-1.38。憑借整合熱泵和太陽能，混合系統(tǒng)可以降低運(yùn)行成本，并伴隨額外的好處是維護(hù)簡(jiǎn)單和方便［57］。4.2.地?zé)岬責(zé)釤岜没虻卦礋岜茫℅SHP）是中央供暖和/或制冷系統(tǒng)，熱泵從土壤中吸取熱量來供暖，制冷，在多數(shù)情況下提供熱水［58］。它們非常適合挖掘隨處可見的淺層地?zé)豳Y源。地源熱泵將加熱/冷卻盤管水平和豎直布置在建筑物和停車場(chǎng)下面，如圖7所示。地源熱泵供暖和制冷系統(tǒng)運(yùn)行如下：在冬季熱泵從土壤轉(zhuǎn)移熱量進(jìn)入建筑物，和在夏季從建筑中抽取熱量排進(jìn)土壤中。研究表明，用于地源熱泵系統(tǒng)中大約70%的能量是來自于土壤中的可再生能源［59］。土壤恒溫是使地源熱泵在當(dāng)今成為一種最高效，舒適，和靜加熱及冷卻技術(shù)的原因°ZamfirescuandDincer［60］和Granowskiiet等人⑹］已經(jīng)開發(fā)了新的機(jī)械壓縮熱泵，使用有機(jī)液體來升級(jí)熱量并使溫度升高到一定程度。在該程度下，可以運(yùn)行一個(gè)熱化學(xué)或混合循環(huán)。研究證明，在溫差大約為50°C下熱泵可以達(dá)到有效的效率，并且恒溫?zé)嵩词强捎玫摹?/p>

圖7(a)地源熱泵垂直布局示意圖，(b)地源熱泵水平布局示意圖地源熱泵作為一種可再生能源技術(shù)，以及高能源效率和低環(huán)境影響的特征，已經(jīng)引起了像中國這樣的巨大能源消耗國家的關(guān)注[62]。地源熱泵可以利用土壤和埋在地下的水作為潛在的熱源/匯，如圖8所示。低于地面的水可以是來自于電廠的廢水(如化學(xué)品，化石燃料等)和污水處理廠[63]。地源熱泵技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是土壤和水流在熱傳遞過程中會(huì)提供一個(gè)相對(duì)恒定的溫度。因此，相對(duì)于傳統(tǒng)的空氣系統(tǒng)，地源熱泵提高了能源效率(COP)。研究證實(shí)，可以用一個(gè)流體冷卻器，一個(gè)冷卻塔或建筑物中以冷卻為主的表面散熱器來整合土壤耦合熱泵系統(tǒng)。含有冷卻塔的土壤耦合熱泵系統(tǒng)的工作原理，是將冷卻塔與地面熱交換回路串聯(lián)，并用一個(gè)板式換熱器隔離建筑物和地面熱交換回路。地面熱交換回路按大小進(jìn)行分了，以滿足建筑物的熱負(fù)荷和冷負(fù)荷，超出熱負(fù)荷時(shí)將補(bǔ)充散熱量[64]。

PumpHeatexchangerEarth=2CompressorEvaporatorWastewaterValveOperationalPumpHeatexchangerEarth=2CompressorEvaporatorWastewaterValveOperationalBuildingHeatingNeedsCondenser圖8采用土壤和地下水作為潛在熱源/匯的混合地源熱泵示意圖最近的研究集中在評(píng)估建筑中土壤耦合熱泵加熱/冷卻的效率，以及解決相關(guān)的技術(shù)問題［65,66］。一項(xiàng)研究利用低溫地?zé)豳Y源模擬和評(píng)估熱泵系統(tǒng)［66］。在土耳其尼代設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)，隨后進(jìn)行建造和測(cè)試，自2005年來該系統(tǒng)一直在運(yùn)作。在評(píng)估系統(tǒng)的性能時(shí)依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來進(jìn)行能量分析和火用分析。數(shù)據(jù)分析表明，能源效率值范圍為73.9%到73.3%，火用效率值范圍為63.3%到51.7%［66］。最近，工作也一直致力于研究影響土壤耦合熱泵性能的關(guān)鍵參數(shù)［67-70］。一項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了土壤源熱泵系統(tǒng)地上鑿洞設(shè)計(jì)的軸向效果的重要性［69］。另一項(xiàng)研究已經(jīng)確定了運(yùn)行時(shí)間，徑間距，鑿洞深度，管道流速，漿液的導(dǎo)熱系數(shù)，入口溫度和土壤類型，熱敏電阻和熱交換率，是影響土壤耦合熱泵效果的關(guān)鍵參數(shù)［67］。最近幾年，誕生了高質(zhì)量的土壤耦合熱泵系統(tǒng)裝置。如今的系統(tǒng)，通常由至少有50年壽命的熱融合聚乙烯或聚丁烯管道組成［71］。工程師，建筑師，制造商，和安裝工已經(jīng)提供了標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)方法和和安裝技術(shù)，這種技術(shù)使用水平坑道和垂直鉆孔［64］。因此，地源熱泵的性能及可靠性得到了大大改善。地源熱泵是耐用的和幾乎不用維護(hù)的。與其他系統(tǒng)相比，地源熱泵擁有更少的機(jī)械部件，并且這些組件大部分都在地下，容易躲避風(fēng)雨。系統(tǒng)中使用的地下管道，往往能保證將近25-50年沒有后顧之憂。人們熟知地源熱泵的經(jīng)濟(jì)性，它在運(yùn)行時(shí)可以降低成本［70,72］。地源熱泵為住宅供熱和制冷時(shí)，將使環(huán)境受益。日本實(shí)施的CO?溫室氣體研究中發(fā)現(xiàn)，采用地源熱泵的一所典型住宅每年只產(chǎn)生2038kgCO［73］。地源熱泵的CO排放量比傳統(tǒng)燃油鍋爐系統(tǒng)的一半還少。值得注意22的是，地源2熱泵并不像火爐燃2燒一樣創(chuàng)造熱量。相反，它收集土壤中的自然熱量用于各種加熱應(yīng)用。地源熱泵從自然熱源或水槽中轉(zhuǎn)移熱量，是最清潔的技術(shù)之一。到目前為止，地源熱泵仍是一種有待使用的技術(shù)，主要是由于人們對(duì)它的潛力認(rèn)識(shí)有限。因此，要使人們充分認(rèn)識(shí)到地源熱泵的好處，并增強(qiáng)用戶用它進(jìn)行制熱/制冷時(shí)的信心，這需要進(jìn)行不斷的研究和宣傳工作。4.3.干燥熱泵與干燥操作結(jié)合使用時(shí)是高效節(jié)能的手段［9］。熱泵干燥器的主要優(yōu)勢(shì)是熱泵從廢氣中吸取能量的能力很強(qiáng)，并能很好地控制干燥氣體的溫度和濕度［74,75］。研究人員已經(jīng)證實(shí)，創(chuàng)造各種精密的干燥條件來干燥種類繁多的產(chǎn)品，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量是十分重要的［2,76,77］。用對(duì)流作為主要的熱量輸入方式進(jìn)行干燥的干燥器（有或沒有其他的熱傳遞來補(bǔ)充熱量的輸入）可以配備一臺(tái)合理設(shè)計(jì)的熱泵。雖然批貨架或托盤機(jī)或窯爐（對(duì)木材）是最常見的用于與熱泵結(jié)合使用的裝置，但其他類型的裝置也是可以使用的，例如流體床，回轉(zhuǎn)烘干機(jī)等。熱泵干燥器將熱回流冷凝器中的潛熱轉(zhuǎn)換成顯熱，使之成為干燥應(yīng)用中獨(dú)一無二的熱回收裝置。熱泵干燥器的能源效率可以通過高的SMER值和干燥效率來反映，與其它干燥器的比較如表2所示［78］。同時(shí)，熱泵具有更高SMER值可以降低運(yùn)營(yíng)成本，并使初投資的回收期大大縮短。表2熱泵干燥與其它干燥相比（改編自PereraandRahman［78）］P^ramet^rHotair-tlryiQgVacuumdryingHeatpumpdryingSMER(kgwater/kWh]012-1280.72-1,21.070Dryingefficiency(%〕35-40G95Operaliiygtemperalure40-9030-6010-S5rarxgeOperaliQg%RHraogeVariableLow10-S5CapitalcostLowHighModerateRunningcostHighVeryhtghLow熱泵干燥器的主要優(yōu)點(diǎn)［2］是:（1）熱泵干燥提供最高的水分萃取率，通常在1.0-4.0范圍內(nèi)，那是因?yàn)槟軓某錆M水蒸氣的空氣中恢復(fù)熱量；（2）熱泵干燥器可以顯著提高產(chǎn)品在低溫下干燥德爾質(zhì)量。在低溫下，隨著空氣濕度的降低，空氣的干燥潛力可以進(jìn)一步保持；（3）干燥條件溫度一般為20到100°C（帶輔助加熱）和相對(duì)濕度為15-80%（帶除濕系統(tǒng)）；和（4）干燥高價(jià)值產(chǎn)品時(shí)可以很好的控制干燥條件以及干燥低價(jià)值產(chǎn)品可以減少電能消耗。Chua和同事們已經(jīng)證明了，熱泵干燥器對(duì)干燥生物產(chǎn)品具有巨大潛力［79］。除節(jié)能外，熱泵干燥器還提供了封閉的干燥溫度、濕度和流速。熱泵干燥器在干燥過程中不是不變地提供恒定的干燥條件，而是變時(shí)地、步進(jìn)地、間歇地調(diào)節(jié)溫度和流速來產(chǎn)出高質(zhì)量的生物制品［79］。回顧最近熱泵干燥技術(shù)的進(jìn)展，熱泵干燥器和熱泵混合系統(tǒng)已經(jīng)清楚地證明了，在為不同產(chǎn)品去除相似的水分時(shí)可以提高能源效率［80］。在干燥中，與常規(guī)干燥系統(tǒng)相比，研究人員發(fā)現(xiàn)熱泵干燥器更能有效地利用能源［2］。Hepbasli等［81］利用一種天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的熱泵（GEHP）首次為食品進(jìn)行干燥。系統(tǒng)包括四個(gè)關(guān)鍵部分，也就是：（1）18KW的GEHP機(jī)組，（2）具有壓縮滾動(dòng)修正及增強(qiáng)蒸汽噴射機(jī)組，（3）一個(gè)空氣太陽能集熱器，和（4）一個(gè)帶式輸送干燥器。初步研究表明，回?zé)嵩黾拥臒崃靠蔀闊岜孟到y(tǒng)提供30%的供熱量。用熱泵干燥器干燥各種熱敏性的藥草已保持一種上升的趨勢(shì)［82］。與各種傳統(tǒng)干燥器相比，熱泵干燥的藥草具有更好的顏色和香味（如香菜，迷迭香，甜茴香）。與商業(yè)干燥藥草相比，熱泵干燥器干燥的藥草感覺起來價(jià)值是雙倍的［2］。由于干燥中大量的潛熱可以回收利用，因此藥草干燥消耗的能量是非常低的，尤其是對(duì)于滿水分的藥草［2］。熱泵干燥器用氣調(diào)技術(shù)干燥像食品這樣的敏感性物質(zhì)，是它應(yīng)用的另一個(gè)重要方面［83］。用空氣干燥氧敏感性物質(zhì)例如可以進(jìn)行氧化的香味化合物和脂肪酸，會(huì)導(dǎo)致這些物質(zhì)香味變淡，顏色變質(zhì)以及會(huì)再吸水。使用氣調(diào)來代替空氣進(jìn)行干燥，將會(huì)生產(chǎn)出不發(fā)生氧化的干燥產(chǎn)品［83］。4.4.加熱/冷卻熱泵的主要應(yīng)用之一是為一個(gè)特定的空間提供加熱和冷卻。這個(gè)空間可以從像機(jī)動(dòng)車一般大變化到小鎮(zhèn)那么大，在空間中熱量可以從一個(gè)部門輸送到另一個(gè)部門。盡管熱泵用于制冷/加熱的技術(shù)不是最新的，但人們還在不斷開發(fā)新的應(yīng)用。例如，空間加熱和制冷及建筑物熱水供應(yīng)可以同時(shí)進(jìn)行［84］。最近，一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)設(shè)計(jì)了大規(guī)模的、新的區(qū)域供熱/制冷系統(tǒng)。使用改進(jìn)的熱泵制熱/制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，區(qū)域供熱/制冷的能源效率顯著增強(qiáng)，并使碳的排放量顯著減少。根據(jù)熱泵的運(yùn)行功能和需要，熱泵用于建筑物的制熱/制冷可以分為四個(gè)主要類別。這些類別包括：（1）只加熱熱泵，提供空間加熱和/或水加熱；（2）加熱和冷卻熱泵，同時(shí)提供空間加熱和制冷；（3）綜合熱泵系統(tǒng)，提供空間加熱，冷卻，水加熱并伴隨廢氣熱回收；和（4）熱泵熱水器，主要提供熱水［84］。熱泵既是單價(jià)又是雙價(jià)的［85］.一個(gè)單價(jià)的熱泵系統(tǒng)是憑借熱泵在采暖季節(jié)單獨(dú)的提供熱量。在雙價(jià)熱泵供熱系統(tǒng)中，熱泵熱容量可輔以其它加熱設(shè)備在異常寒冷來滿足或幫助供熱需求。換句話說，混合加熱系統(tǒng)包括熱泵和其他加熱系統(tǒng)，如燃?xì)饣蛉加湾仩t。通常情況下，單價(jià)熱泵是按照滿足全年的供熱和制冷需求的尺寸來制造的，而雙價(jià)熱泵是按照最大供熱負(fù)荷的20-60%及滿足大約全年供熱需求的50-95%的來制造的［85］。區(qū)域的供熱和制冷系統(tǒng)有望成為能源型密集城市中一種很有前途的節(jié)能措施，并且熱泵系統(tǒng)在大規(guī)模的熱傳遞操作中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用［86,87］。例如，沿海地區(qū)是海水源熱泵技術(shù)（SWHP）應(yīng)用的理想?yún)^(qū)域，用來提供制冷和供熱。最近，Zhen等固1在中國大連進(jìn)行了研究，他們采用熱泵將海水中的熱能轉(zhuǎn)移到小區(qū)中去。這個(gè)小區(qū)設(shè)備容量估計(jì)需要68MW的熱負(fù)荷和76MW冷負(fù)荷。在研究中，他們對(duì)海水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)能性和環(huán)境影響進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，大連具有應(yīng)用海水源熱泵的潛力。由于大連擁有有力的地理位置和城市環(huán)保設(shè)置，海水源熱泵在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都是可行的［89］。在經(jīng)濟(jì)上，區(qū)域熱泵供熱系統(tǒng)已經(jīng)證明了，熱泵系統(tǒng)可以減少每年的能源消耗費(fèi)用。對(duì)汽車熱泵性能已經(jīng)進(jìn)行了一些研究工作［90-92］。AntonijevicandHeckt［92］開發(fā)了原型熱泵系統(tǒng)用來對(duì)汽車熱泵性能進(jìn)行評(píng)估。在測(cè)試中，對(duì)汽車熱泵供暖系統(tǒng)及目前其它的輔助汽車供暖系統(tǒng)進(jìn)行了分析和比較。汽車熱泵供暖系統(tǒng)與其它汽車輔助供暖系統(tǒng)相比，表現(xiàn)出更高的性能參數(shù)，更低的油耗和更穩(wěn)定的運(yùn)行性能。在調(diào)查用R134a作制冷劑的汽車空調(diào)系統(tǒng)的性能特征時(shí)，HosozandDirek［90］發(fā)現(xiàn)，空氣對(duì)空氣熱泵使用外界大氣作為熱源，僅在溫和的環(huán)境下提供充足的熱量，并且制熱量隨著室外溫度的下降急劇下降。此外，熱泵與純粹的空調(diào)系

統(tǒng)相比，具有更高的使用系數(shù)，同時(shí)具有更低的單位容量能量消耗率。提高汽車熱泵能源效率的一個(gè)簡(jiǎn)單的方法是從更好的熱源，如發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液，尾氣或則甚至燃料電池汽車的燃料電池堆中回收熱量［91］。4.5.熱電聯(lián)產(chǎn)在能源成本飆升的時(shí)代，熱電聯(lián)產(chǎn)是降低生產(chǎn)成本的一種方式。發(fā)電廠傾倒于空氣或水中的余熱，它的價(jià)值是生成和售出電的兩倍。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)節(jié)能具有很大的潛力，尤其是同時(shí)產(chǎn)出熱，冷和有價(jià)值的電能輸出。由于能從任何熱源中回收熱量，熱泵在熱電聯(lián)產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用。通常情況下，熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常采用吸收式熱泵，以達(dá)到熱，冷和電能的產(chǎn)出。但是隨著壓縮式熱泵變得更加節(jié)能，最近人們的注意力集中在應(yīng)用它們到熱電聯(lián)產(chǎn)中去。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮式熱泵，是熱泵應(yīng)用的一個(gè)例子［93］。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)合燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的熱泵擁有更高的能源效率。最近的研究一個(gè)表明，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)熱泵應(yīng)用到一個(gè)具體的熱電聯(lián)產(chǎn)建筑中，具有更有效的能源使用效率。能源消耗結(jié)果表明，這樣的系統(tǒng)一次能源利用率為1.49，性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)獨(dú)立的生產(chǎn)系統(tǒng)［93］。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與熱泵系統(tǒng)相結(jié)合，可以產(chǎn)生令人印象深刻的碳節(jié)約。微型熱電聯(lián)產(chǎn)，也被稱為微小的結(jié)合熱和電或住宅的熱電聯(lián)產(chǎn)，是一個(gè)新興的技術(shù)，它通過減少一次能源消耗和相關(guān)溫室氣體排放量，來提供能源效益和環(huán)境效益［94］。DorerandWeber［95］比較了幾種微型熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，也就是，固體氧化燃料電池，斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，燃?xì)忮仩t和土壤耦合熱泵。以燃?xì)忮仩t為標(biāo)準(zhǔn)，他們發(fā)現(xiàn)隨著熱泵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了29%的價(jià)值，CO的排放是最值得注意的因素°Mancarella2［96］提出了一種新的方法，用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)耦合到電力熱泵中來模仿能源和CO的釋放。研究發(fā)現(xiàn)，配置小規(guī)模分布式應(yīng)用熱泵的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)可以減少50%的2能源消耗。熱電聯(lián)產(chǎn)可以大大提高能源效率，減少CO排放量，以及節(jié)約成本。熱泵給提高能源效率帶來更多的機(jī)會(huì)。在設(shè)計(jì)熱電聯(lián)產(chǎn)2系統(tǒng)中，減少基本燃料輸入情況下，熱泵可以提供許多可再生能源技術(shù)來生產(chǎn)所需的熱量和電能。因此，結(jié)合清潔技術(shù)的熱泵是減少碳排放的有利工具。這是以后能源工程穩(wěn)定發(fā)展的方向。表3不同熱泵系統(tǒng)能量性能綜述#Yearlnvestigator(s)TypeofsystemApplication20102009Cl>owetaL|45]ParkandJung(36|TypeofstudyTheoretical#Yearlnvestigator(s)TypeofsystemApplication20102009Cl>owetaL|45]ParkandJung(36|TypeofstudyTheoreticalExperimentalHeatingCoolingWaterA/C*Other(simulation)heatingyy7Results)2W8200820072005ChaiwongsaandWongwises(231Aynuretal.[42]YariandSirousazar【27]ChuaandChou(9]SAHPsystem-meanachievableCOPof6.46ImprovedCOPabout6%withtheuseofnewrefrigerantmixtureHPwithejector-COPapproachingashighavalueas6HPwithdehumidifier-COPapproaches5to6HPwithejector-improvedCOPof21%ImprovedHPenergyefficiencyapproaching(drying)35%viamuki-stagingJA/C:airconditioning.5.結(jié)語熱泵技術(shù)廣泛用于從可持續(xù)能源中升級(jí)環(huán)境熱來進(jìn)行加熱，例如空氣，水，土壤和余熱。熱泵可以用于住宅和商業(yè)建筑的加熱、冷卻，以及眾多工業(yè)工程中的熱水加熱和制冷。在生產(chǎn)熱量過程中，熱泵與化石燃料鍋爐和電加熱直接產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。本文描述了熱泵作為一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，對(duì)促進(jìn)各種能源密集型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有巨大的潛力。表3總結(jié)了本文提出的幾種熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵性能值。通過各種文

獻(xiàn)資源我們已經(jīng)證實(shí)，通過多級(jí)系統(tǒng)熱泵的能源效率可以提高35%，以及通過噴射系統(tǒng)熱泵的COP可以增強(qiáng)20%。此外，最近研發(fā)的各種混合熱泵系統(tǒng)，已經(jīng)進(jìn)一步提高了熱量的使用效率，增強(qiáng)了熱泵的應(yīng)用以及顯著減少了碳的排放。隨著熱泵大量利用豐富的各種自然資源和工業(yè)過程中產(chǎn)生的廢熱，熱泵已成為在營(yíng)造更清潔環(huán)境中不可缺少的一項(xiàng)技術(shù)。更重要的是，我們?cè)谧非笮碌沫h(huán)保技術(shù)來來適應(yīng)氣候的變化時(shí)，千萬不要忽視可利用的常規(guī)技術(shù)，如熱泵。我們已經(jīng)做了很多工作，但更多的工作仍需用在整合熱泵創(chuàng)新系統(tǒng)中。我們希望這篇文章有助于提高人們對(duì)熱泵的認(rèn)識(shí)，并激勵(lì)人們努力探索，從而最大地挖掘熱泵的潛力，從而實(shí)現(xiàn)更大的能源效率。參考文獻(xiàn)LaueHJ[Heatpumps].In:HeinlothK,editor.Landolt-Bornstein—GroupVIIIadvancedmaterialsandtechnologies.Renewableenergy,vol.3C.Berlin,Heidelberg:Springer;2006.p.605-26.ChouSK,ChuaKJ.Heatpumpdryingsystems.In:MujumdarAS,editor.Handbookofindustrialdrying.Florida:CRCPress;2006.p.1103-32[3rded.].USDOE(DepartmentofEnergy).Industrialheatpumpsforsteamandfuelsavings.In:Energyefficiencyandrenewableenergytechnicalreport;2009.<>.BertschSS,GrollEA.Two-stageair-sourceheatpumpforresidentialheatingandcoolingapplicationsinnorthernUSclimates.IntJRefrig2008;31(7):1282-92.ChenL,LiJ,SunF,WuC.Performanceoptimizationforatwo-stagethermoelectricheat-pumpwithinternalandexternalirreversibilities.ApplEnergy2008;85(7):641-9.AgrawalN,BhattacharyyaS.Studiesonatwo-stagetranscriticalcarbondioxideheatpumpcyclewithflashintercooling.ApplThermEng2007;27(2-3):299-305.TanakaN,KotohS.Thecurrentstatusofandfuturetrendsinheatpumptechnologieswithnaturalrefrigerants.MitsubishiElectrAdv2007;120(2):1-4.WangW,MaZ,JiangY,YangY,XuS,YangZ.Fieldtestinvestigationofadouble-stagecoupledheatpumpsheatingsystemforcoldregions.IntJRefrig2005;28(5):672-9.ChuaKJ,ChouSK.Amodularapproachtostudytheperformanceofatwo-stageheatpumpsystemfordrying.ApplThermEng2005;25(8-9):1363-79.WangX,HwangY,RadermacherR.Two-stageheatpumpsystemwithvapor-injectedscrollcompressorusingR410Aasarefrigerant.IntJRefrig2009;32(6):1442-51.WinandyEL,LebrunJ.Scrollcompressorsusinggasandliquidinjection:experimentalanalysisandmodelling.IntJRefrig2002;25(8):1143-56.MaG,LiX.Exergeticoptimizationofakeydesignparameterinheatpumpsystemswitheconomizercoupledwithscrollcompressor.EnergyConversManage2007;48(4):1150-9.MaGY,ZhaoHX.Experimentalstudyofaheatpumpsystemwithflash-tankcoupledwithscrollcompressor.EnergyBuildings2008;40(5):697-701.TehYL,OoiKT.Experimentalstudyoftherevolvingvane(RV)compressor.ApplThermEng2009;29(14-15):3235-45.TehYL,OoiKT.Theoreticalstudyofanovelrefrigerationcompressor-PartI:Designoftherevolvingvane(RV)compressoranditsfrictionallosses.IntJRefrig2009;32(5):1092-102.TehYL,OoiKT.Theoreticalstudyofanovelrefrigerationcompressor-PartII:Performanceofarotatingdischargevalveintherevolvingvane(RV)compressor.IntJRefrig2009;32(5):1103-11.TehYL,OoiKT.Theoreticalstudyofanovelrefrigerationcompressor-PartIII:Leakagelossoftherevolvingvane(RV)compressorandacomparisonwiththatoftherollingpistontype.IntJRefrig2009;32(5):945-52.WangX,HwangY,RadermacherR.Investigationofpotentialbenefitsofcompressorcooling.ApplThermEng2008;28(14-15):1791-7.AlexisGK.Estimationofejector抯maincrosssectionsinsteam-ejectorrefrigerationsystem.ApplThermEng2004;24:2657-63.AbdulateefJM,SopianK,AlghoulMA,SulaimanMY.Reviewonsolar-drivenejectorrefrigerationtechnologies.RenewSustEnergyRev2009;13(6-7):1338-49.SarkarJ.Optimizationofejector-expansiontranscriticalCO2heatpumpcycle.Energy2008;33(9):1399-406.WongwisesS,DisawasS.Performanceofthetwo-phaseejectorexpansionrefrigerationcycle.IntJHeatMassTrans2005;48(19-20):4282-6.ChaiwongsaP,WongwisesS.ExperimentalstudyonR-134arefrigerationsystemusingatwo-phaseejectorasanexpansiondevice.ApplThermEng2008;28(5-6):467-77.KairouaniL,ElakhdarM,NehdiE,BouazizN.Useofejectorsinamulti-evaporatorrefrigerationsystemforperformanceenhancement.IntJRefrig2009;32(6):1173-85.YapiciR,YetisenCC.Experimentalstudyonejectorrefrigerationsystempoweredbylowgradeheat.EnergyConversManage2007;48(5):1560-8.MeyerAJ,HarmsTM,DobsonRT.Steamjetejectorcoolingpoweredbywasteorsolarheat.RenewEnergy2009;34(1):297-306.YariM,SirousazarM[Performanceanalysisoftheejector-vapourcompressionrefrigerationcycle].ProcInstMechEng,PartA:JPowerEnergy2007;221(8):1089-98.LiuN,LinS,HanL,ZhuM.Moderatelyhightemperaturewatersourceheatpumpsusinganear-azeotropicrefrigerantmixture.ApplEnergy2005;80(4):435-47.PanG,LiZ.Investigationonincompletecondensationofnon-azeotropicworkingfluidsinhightemperatureheatpumps.EnergyConversManage2006;47(13-14):1884-93.RajapakshaL.Influenceofspecialattributesofzeotropicrefrigerantmixturesondesignandoperationofvapourcompressionrefrigerationandheatpumpsystems.EnergyConversManage2007;48(2):539-45.ComakliK,SimsekF,ComakliO,SahinB.DeterminationofoptimumworkingconditionsR22andR404Arefrigerantmixturesinheat-pumpsusingTaguchimethod.ApplEnergy2009;86(11):2451-8.LiuZ,LiX,WangH,PengW.PerformancecomparisonofairsourceheatpumpwithR407CandR22underfrostinganddefrosting.EnergyConversManage2008;49(2):232-9.HanDH,LeeKJ,KimYH.ExperimentsonthecharacteristicsofevaporationofR410Ainbrazedplateheatexchangerswithdifferentgeometricconfigurations.ApplThermEng2003;23(10):1209-25.Park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