一、熱泵的定義與基本原理
熱泵是一種在高位能（一般為電能、熱能）的驅動下，將低位熱源(通常是空氣、水或土壤）的熱能轉移到高位熱源的節(jié)能裝置，從而為住宅、商業(yè)和工農業(yè)供暖、供冷及提供熱水等服務。
以室內供暖為例說明熱泵節(jié)能的效果，下圖給出了3種供暖方案。若向室內供應10kW熱量維持室溫20℃，采用燃煤供暖需要提供14.286kW的化學能（燃煤效率取70%），并排放大量污染物;采用電阻加熱器，直接加熱室內空氣，至少需要供給電能10kW;而采用電能驅動熱泵向室內供暖，僅消耗2.857kW的電能（COP取3.5)。可見，熱泵供暖減少了大量高位能源消耗。
二、常見的三種熱泵機組特點
1、空氣源熱泵機組
以室外空氣為熱源的熱泵機組，稱為空氣源熱泵機組。空氣源熱泵是最具有普適性的熱泵形式1。根據(jù)冷卻介質的不同，又可分為空氣/空氣熱泵（如分體柜式熱泵空調器、熱泵型窗式空調器等）和空氣/水熱泵（如空氣源熱泵熱水器、空氣源熱泵冷熱水機組等）。下圖是空氣源熱泵的原理示意圖。
空氣源熱泵機組的安裝和使用都比較簡單和方便，機組運行有一定噪聲。一方面，空氣源熱泵機組一般不需要圍護結構，布置在室外;一方面，空氣的熱容量比水小，在同樣的換熱量要求下，空氣源熱泵機組所需要空氣量比水大很多，這樣所選用的風機也較大，導致空氣源熱泵機組的噪聲增大。
室外空氣側換熱器表面溫度低于周圍空氣的露點溫度且低于0℃時，換熱器表面就會結霜，機組結霜將會降低室外側換熱器的傳熱系數(shù)，增加空氣側的流動阻力，導致機組的COP及供熱能力下降。
2、土壤源熱泵
以地下常溫土壤或增溫巖土體為熱源的熱泵機組，稱為土壤源熱泵機組。如下圖所示，土壤源熱泵通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)，冬季從土壤中取熱，向建筑物供暖;夏季向土壤排熱，為建筑物制冷。
相對于地表水和空氣，土壤的溫度全年波動較小，可以分別在夏冬季提供相對較低的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度，使得熱泵機組運行更加高效、穩(wěn)定、可靠。通常土壤源熱泵消耗1kWh的能量，用戶可以得到4kWh以上的熱量/冷量。
相比空氣源熱泵，土壤源熱泵不存在除霜問題，熱泵機組一般布置在室內，有較好的隔音效果和降噪措施。
土壤的傳熱性能欠佳，通常需要較大的傳熱面積，導致埋管占地面積較大或埋深較深，長遠看還需要考慮埋管對未來土地開發(fā)的影響。另外在地下埋設管道成本較高，運行中若產(chǎn)生故障也不易檢修。
土壤源熱泵冬季從地下取熱，夏季向地下排熱，當冬夏取熱和排熱負荷不平衡或熱量補充和消納不充分時，長期使用易造成地溫升高或降低，使得熱泵的換熱效果下降。所以設計時應進行熱平衡計算，必要時可采用輔助冷卻和加熱的方法控制土壤長期溫度波動在允許范圍內。
3、水源熱泵
以地表或地下水源為熱源（或熱匯）的熱泵機組，稱為水源熱泵機組。水源熱泵的水源主要來自地下水、地表水、污水和廢水等。下圖是其原理示意圖。
同其他型式熱泵相比，水源熱泵機組水體的溫度相對穩(wěn)定，其波動范圍小于空氣，可利用的水體溫度能在夏冬季提供相對較低的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度。因此水源熱泵機組運行穩(wěn)定可靠，也不存在空氣源熱泵的冬季除霜等問題。
取水構筑物復雜，較適用于中大規(guī)模工程。大型水源熱泵機組供熱能力通常在1000~3000kW左右2，供大型熱泵站用的水源熱泵機組供熱能力可達到15MW、20MW、25MW、30MWV。
水源熱泵的應用，應先了解當?shù)厮辞闆r，對水源狀況進行充分調查，確定用水方案。若利用地下水，必須考慮回灌問題，且應結合當?shù)氐牡刭|情況考慮回灌方式。回灌困難是目前大多數(shù)工程遇到的問題，地下水地源熱泵的應用應慎重。
三、熱泵制運行能力與節(jié)能參數(shù)衡量
為衡量熱泵機組和系統(tǒng)的制熱/制冷能力、效率和節(jié)能效果，通常采用以下參數(shù)對熱泵機組和系統(tǒng)進行評價:
(1）制熱量(Qh）
熱泵按制熱工況運行時，單位時間內向熱用戶（熱匯）供給的熱量，即制熱工況熱泵機組中冷凝器所供給的熱量。制熱量用來度量熱泵機組的制熱能力的大小。
(2）制冷量(Qc)
熱泵按制冷工況運行時，單位時間內從被冷卻物體中提取的熱量，即制冷工況熱泵機組的蒸發(fā)器所吸取的熱量。制冷量用來度量熱泵機組的制冷能力的大小。
(3）性能系數(shù)（COP)
定義為熱泵機組的制熱量（或制冷量）與其消耗功率之比，其值用W表示，無因次量。COP值是同運行工況有關的量，在熱泵性能評價中，通常用其額定工況的COP值，其值反映了熱泵額定工況性能。
(4）制熱季節(jié)能效比（HSPF)
在制熱季節(jié)中，熱泵進行制熱運行時向室內送入的熱量總和與消耗的高位能總和之比，其值用kWh/kWh表示，簡稱HSPF。
(5）全年性能參數(shù)（APF)
由于熱泵一般是全年冬、夏兩季運行（制熱和制冷工況），APF為考核其綜合性能，其定義為:以一年為計算周期，同一臺熱泵在制冷季節(jié)從室內除去的熱量及制熱季節(jié)向室內送入的熱量總和與同一期間內消耗的高位能總和之比，其值用kWh/kWh表示，簡稱APF。在熱泵性能評價中引入APF將會使用戶了解更接近實際使用狀態(tài)的熱泵能耗和年消耗電能的多少。
(6）能源利用系數(shù)（E)
定義為熱泵機組的制熱量（制冷量）與消耗的初級能源之比。通常用E來評價熱泵的節(jié)能效果。
本文來源于：熱泵助力碳中和白皮書
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