1引言

在我国制造业的能源利用率低于世界的平均水平，工业生产中的高温余热应用于发电，以废气和废水等形式存在的低品味余热较多，但回收效率低，这是造成在我国能源利用率低的主要原因，同时也反映出在我国回收低品位余热的发展潜力比较大。伴随着全球经济的快速发展，造成 能源问题和环境问题日趋严重，及其国家可持续发展战略、节能降耗和绿色理念的日趋推广，导致人类更加倾向于回收利用低品位余热。对于在我国能源方面所面临的能源利用率低及其所造成的经济性差和环境污染严重等，应将节能降耗、提高能源利用率放在优先发展的战略位置，合理的解决在我国能源问题面临的现状。热泵技术因安全环保、高效无污染等特点能够回收低温余热并且能够降低化石燃料燃烧，过去的低温余热回收主要借助有机朗肯循环（Or-ganicRankineCycle）技术，热泵技术回收低温余热是在最近几年发展起来的。空气能热泵较早出现欧洲，而在我国在空气能热泵行业的研究较早在天津大学，在最近20年的研究中，家用空气能热泵的节能研究能够满足一部分地方的供暖需求，但空气能热泵在回收低温制造业余热方面的研究非常少，已经有研究表明，将热泵技术应用于回收低温制造业余热，可降低温室气体的释放,有益于保护环境。近几年来，由于政府红利政策和煤改电工程的出现，导致空气能热泵获得了突破式的发展。

2008年12月17日，欧盟议会决定，将空气能认定是可再生资源，因热泵技术能够高效的借助空气能。在日本该技术早已是可再生资源范围，且政府的支持和补助对空气能热泵的发展推动非常大。2015年，任建部发表了《空气能列入可再生资源范围的指导手册》建议将空气能热水器能列入可再生资源范围，在我国一部分地方以将其归入可再生资源范围。空气能热泵的主要动力是可再生资源空气，而热泵技术被认定是最有效的借助可再生低温热的一种方式。

伴随着在我国老百姓生活条件的提升，对生活热水的需求量快速增涨，及其节能、环保意识的增强,推动了空气能热泵热水器的发展，同时空气源在干燥及供暖和制冷方面的研究也在增多。这篇文章对于空气能热泵工作原理，分析了其优缺点。

2工作原理及优点

2.1工作原理

空气能热泵技术是一种节能、环保的技术，其原理是逆卡诺循环。空气能热泵系统在空气中获得超低温热源，经系统高效转化后变成高温热源，用于取暖或供应热水及干燥药品，系统在采暖或供应热水及干燥的原理相同，只不过在冷凝器末端的换热连接方式不一样。空气能热泵热水器工作时，蒸发器从空气中吸取大量超低温热源来蒸发传热冷媒，蒸发后的超低温低压传热冷媒蒸气经压缩机压缩后变成高温高压的气体，高温高压的气体经过冷凝器上方内管冷凝换热，换热后的冷凝液从冷凝器内管下方流出，而冷却水从下方进入套管冷凝器管间空腔，经逆流换热后从冷凝器上方流出进入保温水箱，温度升高的冷却水可以用于生活用水等，冷凝后的传热冷媒经过膨胀阀回到蒸发器中，再被蒸发，这样的反复循环下去。

2.2空气能热泵的理论循环

空气能热泵系统在运行时有各种不可避免的损失，而卡诺循环是理想的循环过程，实际上的循环与理想循环有一定的差距。在空气能热泵系统的循环计算和分析中，对实际上的循环作合理的简单化、假设，将会使实际上的循环处理起来比较方便，也可以表示实际上循环的理论特征。

在空气能热泵系统中的假设如下：

（1）根据某一特定的循环冷媒，冷媒在压缩机中进行等熵过程；

（2）在冷凝器中进行等压等温冷凝；

（3）在节流阀中进行绝热节流，等焓不变；

（4）从节流阀出来进入蒸发器中进行等压等温的蒸发，来完成一次理论循环。

所谓基本理论循环是指制冷剂冷媒在蒸发器出口为饱和气体，在冷凝器出口为过冷液体的循环，基本理论循环在压焓图和温熵图上的表示如下。

其中，1-2过程为冷媒在压缩机中的等熵压缩，2-2′-3过程为冷凝过程，3-4过程为节流过程，图中用虚线画出，4-1过程为蒸发器吸取空气中的超低温热源而进行的等温等压吸热，机组完成过程1-2-2′-3-4-1来循环运行。

空气能热泵热水器原理图

基本理论压焓图

2.3空气能热泵的优点

（1）节能省钱：节能效果非常的好使得投资回报期短，与燃气、电热水器相比，全年度成本最低。

（2）环保安全：无污染物排出，对身体没有危害的，有着良好的环保、社会效益。没有电热水器加热元件与水直接接触的漏电危险，没有燃气热水器的漏气、中毒危险。

（3）减轻用电高峰：多组机组安装建立中央热水系统，可在晚上工作产生热水供白天用电高峰使用，发挥减轻用电高峰的作用。

（4）装方便，工作年限长：占地面积小、安装方便，对大中城市的高层建筑是个非常好的选择；

工作年限长达10年以上，不会受到夜晚、阴天的影响，设备自动、稳定运行。

空气能热水器的优缺点分析

1)优点。空气能热水器是通过介质换热进行工作的，它可以克服其他取暖设施上述大部分缺陷和不足，它的电加热元件与水是隔离的，可以有效避免漏电现象，也可以防止泄漏有害气体的中毒和爆炸危险，非常安全，消除了锅炉带来的风险，而且还可以有效地避免燃煤、燃气锅炉对空气和环境的污染;空气能热水器是以空气为主体，其最大的优点就是节能，和电热水器相比，使用成本只有电热水器的1/4，和传统的燃气热水器相比，无须耗用任何燃料，使用成本只是燃气热水器的1/3;空气能热水器不需要煤炭、不需要燃气、也不需要阳光，仅仅需要很少的电能，安放位置也没有非常严格的要求，放在户内户外都可以，可以非常方便地根据需要进行集中布置和零散布置，它还不需要专门的厂房，而且使用非常方便，可就地取材，就地产生热量，只要有空气，就可以不受天气阴晴雨雪的的影响而正常工作;空气能热水器的使用寿命可以达到15～20a，日常维护简单，勿须专人值守，依靠日常巡检即可，可以大大减少人工投入，降低成本。

2)缺点。空气能热水器受环境温度的影响比较大，当今市场上大部分的空气能热水器设计正常工作温度在0～40℃，因此在环境温度比较高的南方，使用效果会很好;而在冬季气温只有－10℃的北方地区，很难达到设计效果;当气温为－20℃及其以下时，机组甚至无法启动。