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。由國際能源組織熱泵中心（ＩＥＡ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｃｅｎｔｒｅ）主辦的國際能源組織熱泵大會(huì)（簡(jiǎn)稱國際熱泵大會(huì)）每三年舉行一次，是國際熱泵界的最高學(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)目前國際熱泵發(fā)展的熱點(diǎn)，并對(duì)國際熱泵發(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?？梢钥闯?，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)展也與各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平息息相關(guān)。

 

  從圖１可以看出，德國和芬蘭的熱泵市場(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、加拿大、法國和瑞士的應(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?？偨Y(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應(yīng)用的氣候區(qū)、運(yùn)行工況、使用方式及各國的法律條例均不同，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ｔ，達(dá)到參與調(diào)查國家工業(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。