1引言

在我國制造業的能源利用率低于世界的平均水平，工業生產中的高溫余熱應用于發電，以廢氣和廢水等形式存在的低品味余熱較多，但回收效率低，這是造成在我國能源利用率低的主要原因，同時也反映出在我國回收低品位余熱的發展潛力比較大。伴隨著全球經濟的快速發展，造成能源問題和環境問題日趨嚴重，及其國內可持續發展戰略、節能降耗和綠色理念的日趨推廣，導致人類更加傾向于回收利用低品位余熱。對于在我國能源方面所面臨的能源利用率低及其所造成的經濟性差和環境污染嚴重等，應將節能降耗、提高能源利用率放在優先發展的戰略位置，合理的解決在我國能源問題面臨的現狀。熱泵技術因安全環保、高效無污染等特點能夠回收低溫余熱并且能夠降低化石燃料燃燒，過去的低溫余熱回收主要借助有機朗肯循環（Or-ganicRankineCycle）技術，熱泵技術回收低溫余熱是在較近幾年發展起來的。空氣能熱泵較早出現歐洲，而在我國在空氣能熱泵行業的研究較早在天津大學，在較近20年的研究中，家用空氣能熱泵的節能研究能夠滿足一部分地方的供暖需求，但空氣能熱泵在回收低溫制造業余熱方面的研究非常少，已經有研究表明，將熱泵技術應用于回收低溫制造業余熱，可降低溫室氣體的釋放,有益于保護環境。近幾年來，由于政府紅利政策和煤改電工程的出現，導致空氣能熱泵獲得了突破式的發展。

2008年12月17日，歐盟議會決定，將空氣能認定是可再生資源，因熱泵技術能夠高效的借助空氣能。在日本該技術早已是可再生資源范圍，且政府的支持和補助對空氣能熱泵的發展推動非常大。2015年，任建部發表了《空氣能列入可再生資源范圍的指導手冊》建議將空氣能熱水器能列入可再生資源范圍，在我國一部分地方以將其歸入可再生資源范圍。空氣能熱泵的主要動力是可再生資源空氣，而熱泵技術被認定是較有效的借助可再生低溫熱的一種方式。

伴隨著在我國老百姓生活條件的提升，對生活熱水的需求量快速增漲，及其節能、環保意識的增強,推動了空氣能熱泵熱水器的發展，同時空氣源在干燥及供暖和制冷方面的研究也在增多。這篇文章對于空氣能熱泵工作原理，分析了其優缺點。

2工作原理及優點

2.1工作原理

空氣能熱泵技術是一種節能、環保的技術，其原理是逆卡諾循環。空氣能熱泵系統在空氣中獲得超低溫熱源，經系統高效轉化后變成高溫熱源，用于取暖或供應熱水及干燥藥品，系統在采暖或供應熱水及干燥的原理相同，只不過在冷凝器末端的換熱連接方式不一樣。空氣能熱泵熱水器工作時，蒸發器從空氣中吸取大量超低溫熱源來蒸發傳熱冷媒，蒸發后的超低溫低壓傳熱冷媒蒸氣經壓縮機壓縮后變成高溫高壓的氣體，高溫高壓的氣體經過冷凝器上方內管冷凝換熱，換熱后的冷凝液從冷凝器內管下方流出，而冷卻水從下方進入套管冷凝器管間空腔，經逆流換熱后從冷凝器上方流出進入保溫水箱，溫度升高的冷卻水可以用于生活用水等，冷凝后的傳熱冷媒經過膨脹閥回到蒸發器中，再被蒸發，這樣的反復循環下去。

2.2空氣能熱泵的理論循環

空氣能熱泵系統在運行時有各種不可避免的損失，而卡諾循環是理想的循環過程，實際上的循環與理想循環有一定的差距。在空氣能熱泵系統的循環計算和分析中，對實際上的循環作合理的簡單化、假設，將會使實際上的循環處理起來比較方便，也可以表示實際上循環的理論特征。

在空氣能熱泵系統中的假設如下：

（1）根據某一特定的循環冷媒，冷媒在壓縮機中進行等熵過程；

（2）在冷凝器中進行等壓等溫冷凝；

（3）在節流閥中進行絕熱節流，等焓不變；

（4）從節流閥出來進入蒸發器中進行等壓等溫的蒸發，來完成一次理論循環。

所謂基本理論循環是指制冷劑冷媒在蒸發器出口為飽和氣體，在冷凝器出口為過冷液體的循環，基本理論循環在壓焓圖和溫熵圖上的表示如下。

其中，1-2過程為冷媒在壓縮機中的等熵壓縮，2-2′-3過程為冷凝過程，3-4過程為節流過程，圖中用虛線畫出，4-1過程為蒸發器吸取空氣中的超低溫熱源而進行的等溫等壓吸熱，機組完成過程1-2-2′-3-4-1來循環運行。

空氣能熱泵熱水器原理圖

基本理論壓焓圖

2.3空氣能熱泵的優點

（1）節能省錢：節能效果非常的好使得投資回報期短，與燃氣、電熱水器相比，全年度成本較低。

（2）環保安全：無污染物排出，對身體沒有危害的，有著良好的環保、社會效益。沒有電熱水器加熱元件與水直接接觸的漏電危險，沒有燃氣熱水器的漏氣、中毒危險。

（3）減輕用電高峰：多組機組安裝建立中央熱水系統，可在晚上工作產生熱水供白天用電高峰使用，發揮減輕用電高峰的作用。

（4）裝方便，工作年限長：占地面積小、安裝方便，對大中城市的高層建筑是個非常好的選擇；

工作年限長達10年以上，不會受到夜晚、陰天的影響，設備自動、穩定運行。

空氣能熱水器的優缺點分析

1)優點。空氣能熱水器是通過介質換熱進行工作的，它可以克服其他取暖設施上述大部分缺陷和不足，它的電加熱元件與水是隔離的，可以有效避免漏電現象，也可以防止泄漏有害氣體的中毒和爆炸危險，非常安全，消除了鍋爐帶來的風險，而且還可以有效地避免燃煤、燃氣鍋爐對空氣和環境的污染;空氣能熱水器是以空氣為主體，其較大的優點就是節能，和電熱水器相比，使用成本只有電熱水器的1/4，和傳統的燃氣熱水器相比，無須耗用任何燃料，使用成本只是燃氣熱水器的1/3;空氣能熱水器不需要煤炭、不需要燃氣、也不需要陽光，僅僅需要很少的電能，安放位置也沒有非常嚴格的要求，放在戶內戶外都可以，可以非常方便地根據需要進行集中布置和零散布置，它還不需要專門的廠房，而且使用非常方便，可就地取材，就地產生熱量，只要有空氣，就可以不受天氣陰晴雨雪的的影響而正常工作;空氣能熱水器的使用壽命可以達到15～20a，日常維護簡單，勿須專人值守，依靠日常巡檢即可，可以大大減少人工投入，降低成本。

2)缺點。空氣能熱水器受環境溫度的影響比較大，當今市場上大部分的空氣能熱水器設計正常工作溫度在0～40℃，因此在環境溫度比較高的南方，使用效果會很好;而在冬季氣溫只有－10℃的北方地區，很難達到設計效果;當氣溫為－20℃及其以下時，機組甚至無法啟動。