1、原理  

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(jī)相比：

相同點：都是按熱機(jī)逆循環(huán)工作

不同點：工作溫度范圍不同

T_A為環(huán)境溫度，T₀為低溫物體溫度，T_h為高溫物體溫度。

根據(jù)熱力學(xué)第二定律，當(dāng)以高位能作補(bǔ)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。

2、蒸汽壓縮式熱泵的工作原理圖

3、蒸汽壓縮

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。

1、布雷頓（Bragton）熱泵循環(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(jī)。

最早的空氣制冷機(jī)時封閉的布雷頓循環(huán)。

2、布雷頓循環(huán)

3、布雷頓熱泵理論循環(huán)應(yīng)具有如下條件：

氣體在壓縮機(jī)與膨脹機(jī)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1816年提出“外燃機(jī)”的專利，最初用于熱機(jī)。

外燃機(jī)，又稱斯特林發(fā)動機(jī)

斯特林循環(huán)由兩個等溫和兩個等容過程組成。

斯特林循環(huán)是很有意義的一種循環(huán)。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)。

實際上實現(xiàn)理論斯特林循環(huán)有一定困難，主要表現(xiàn)在：

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(rèn)為是無溫差的理想過程。

與蒸汽壓縮式熱泵不同的是，壓縮式熱泵靠消耗機(jī)械功，而吸收式以消耗熱能來完成。

1、壓縮式和吸收式制冷熱泵性能系數(shù)比較

2、有溶液熱交換器的吸收式熱泵圖示

3、有無溶液熱交換器的吸收式熱泵工作熱力性能的比較

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(jìn)行供熱的設(shè)備。它具有結(jié)構(gòu)簡單，幾乎沒有機(jī)械運動部件，價格低廉，操作方便，經(jīng)久耐用等優(yōu)點，因此，盡管噴射式熱泵熱效率低，仍引起了人們的興趣。

1、蒸汽噴射式熱泵系統(tǒng)

2、噴射式熱泵理論循環(huán)壓焓圖

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)。

1、熱電式熱泵示意圖

1、定義

化學(xué)熱泵是一種新型熱泵。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

2、蓄熱型熱泵的工作狀態(tài)圖

3、增熱型化學(xué)熱泵

4、升溫型化學(xué)熱泵工作原理圖

1、按工作原理分

（1）蒸汽壓縮式

通常在由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置及蒸發(fā)器等部件組成的系統(tǒng)中進(jìn)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(jìn)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(jī)械壓縮機(jī)，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。

第一類（增熱型）：供熱的溫度低于驅(qū)動熱源，以增大制熱量為目的。

第二類（升溫型）：供熱的溫度高于驅(qū)動熱源，以升高溫度為目的。

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。

優(yōu)點：無運動件、工作可靠、壽命長、控制調(diào)節(jié)方便、振動小、噪聲低、無環(huán)境污染。

缺點：熱電堆元件成本高、效率較低

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。

2、按熱源分

熱泵的熱源（Heat Source）往往是低品位的，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）

3、按用途分

• 住宅用，制熱量為1~70kw

• 商業(yè)及農(nóng)業(yè)用，制熱量為2~120kw

• 工業(yè)用，制熱量為0.1~10MW

（工業(yè)用還可以進(jìn)一步劃分為干燥用，工藝過程濃縮，蒸餾等用）

4、按供熱溫度分

• 低溫?zé)岜?，供熱溫?lt;100℃

• 高溫?zé)岜?，供熱溫?gt; 100℃

 5、按驅(qū)動方式分

• 電動機(jī)驅(qū)動

• 熱驅(qū)動

• 如吸收式、蒸汽噴射式熱泵

• 發(fā)動機(jī)驅(qū)動

• 如內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)驅(qū)動

 6、按熱源與供熱介質(zhì)的組合方式分

• 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

 7、按熱泵的功能分

• 單純制熱

• 交替制冷與制熱

• 同時制冷與制熱

8、按壓縮機(jī)類型分

• 往復(fù)活塞式

• 渦旋式

• 滾動轉(zhuǎn)子式

• 螺桿式

• 離心式

9、按熱泵機(jī)組的安裝形式分

• 單元式熱泵機(jī)組

• 分體式熱泵機(jī)組

• 現(xiàn)場安裝式熱泵機(jī)組

 10、按熱量的提升分

• 初級熱泵（Primary heat pump）

• 利用天然能源和室外空氣、地表水、地下水或土壤等為熱源

• 次級熱泵（Secondary heat pump）

• 以排出的廢水、廢氣、廢熱等為熱源

• 第三級熱泵（Tertiary heat pump）

• 與初級或次級熱泵聯(lián)合使用，將前一級熱泵制取的熱量再升溫。

1、熱泵基本循環(huán)

• 閉式蒸汽壓縮循環(huán)

• 帶有換熱器的機(jī)械蒸汽再壓縮循環(huán)

• 開式蒸汽再壓縮循環(huán)

• 熱驅(qū)動郎肯循環(huán)

2、閉式蒸汽壓縮循環(huán)

在暖通及工業(yè)過程中最普遍，使用一種常規(guī)的獨立制冷循環(huán)。

3、帶有換熱器的機(jī)械蒸汽再壓縮循環(huán)

工藝蒸氣被壓縮至溫度與壓力達(dá)到足以在工藝過程中直接使用。該循環(huán)的典型應(yīng)用如蒸發(fā)器（濃縮器）和蒸餾塔。

4、開式蒸汽再壓縮循環(huán)

該循環(huán)的典型應(yīng)用是在工業(yè)裝置中將一些多余的較低壓力的蒸氣泵送至所需較高的壓力值。

 5、熱驅(qū)動朗肯循環(huán)

適用于大量廢熱而能量較昂貴的場合。通常是閉式的。

1、空氣—空氣熱泵

2、空氣—空氣熱泵

最普通的熱泵型式，特別適用于由工廠制造的單元式熱泵。也被極廣泛地用于住宅和商業(yè)中。

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?？赏ㄟ^電機(jī)驅(qū)動和手動操作的換向閥來進(jìn)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。

 3、空氣—水熱泵

熱泵型冷水機(jī)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)。

4、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。

5、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)。

6、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

• 大地耦合式熱泵供熱介質(zhì)為空氣，熱交換效果與砂土類型、含濕量、成分、密度和是否均勻地緊貼換熱面有關(guān)。

• 管子材料和當(dāng)?shù)厣巴良暗叵滤母g作用會影響傳熱和使用壽命。