空調技術問世已經100多年，空調已逐漸成為日常生活的必需品，空調制冷的同時必然產生大量的熱，如果這部分熱能可以被有效地利用，提供日

空調技術問世已經100多年，空調已逐漸成為日常生活的必需品，空調制冷的同時必然產生大量的熱，如果這部分熱能可以被有效地利用，提供日常生活熱水，不僅可節(jié)約大量的燃料，而且可以減少廢熱污染，緩解城市的熱島效應。但經過無數(shù)專業(yè)人員，幾十年的努力，這個問題一直沒有很好地解決。主要的難點在于熱泵制冷同時要想提高制熱的品質，必須提高冷凝溫度，這就必然增加電耗，同時伴隨著制冷量下降，“能效比”會大大降低，這是熱力學基本規(guī)律決定，與采用哪種機型或工質無關。這就自然形成了一種思維定勢，即熱泵應用一定要追求較高的蒸發(fā)溫度和較低的冷凝溫度，學術界始終把熱泵高溫應用視為禁區(qū)。另外受常規(guī)制冷劑性能和工作壓力的限制，即使降低“能效比”，也很難獲得高于50℃的熱水，熱泵高溫應用的嘗試大都沿用研究特殊工質的技術路線，這方面的研究一直沒有取得實質性的進展，空調行業(yè)的技術、工藝、產品基本上幾經完全同質化。

眾所周知，水往低處流。而欲將水提升或傳輸時，則須依靠某種動力驅動的水泵。同樣道理，熱可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，而欲從低溫物體傳向高溫物體，也必須依靠使用某種動力驅動的裝置—熱泵。這也就是熱力學第二定律所闡述的：熱不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體。當熱泵在將熱由低溫物體傳至高溫物體的過程中，在低溫物體一端，由于熱的失去而產生制冷效應，在高溫物體一端，則由于熱的獲得而產生制熱效應。因此，熱泵工作的過程中，制冷與制熱兩種效應是同時并存的。概括地說，就是一個過程，兩種效應。但在實際應用中，或用其制冷，或用其制熱，或用其輪換制冷制熱，或用其同時制冷及制熱。同時制冷及制熱除外，熱泵單獨用作制冷或制熱時，其相對的另一種效應是不加以利用的。

長期以來，熱泵的制冷功能在空調等領域應用相當廣泛，而其制熱功能的應用則相對推遲和少了許多。原因并不復雜，天然冷源的作用十分有限，正是為了追求人工冷源，人們開發(fā)和逐漸完善了制冷機—應用其制冷功能的熱泵。而熱卻可以通過柴草煤炭以及油氣等的燃燒很容易地獲得。不必要花費過多的金錢去購置熱泵這種精密的設備，和交付昂貴的電費。上世紀七十年代能源危機之后，人們開始對可以利用低品位熱能的熱泵重視起來。國內從九十年代開始。第一、熱泵制造技術的引進，使其性能提高，售價降低；第二、環(huán)保意識日漸提高；第三、電力供應狀況的改善，用電政策發(fā)生轉變等原因，熱泵的制熱功能引起人們的關注。制冷與制熱雙功能的大氣源熱泵應用漸多，地下水水源熱泵也開始在建筑空調甚至采暖系統(tǒng)中使用。正所謂存在決定意識，由于長期以來在空調領域內，熱泵主要用于制冷，理論著述也多以制冷為主線，一般只在末尾單列熱泵章節(jié)，簡略表述其制熱功能。論著也多以空調制冷或空調冷源為名。而在以熱泵為名的專著中，則以其制熱功能為主要內容。對于熱泵，實際上存在狹義和廣義兩種理解。按照狹義理解，只有以制熱或制熱兼制冷為目的時，才稱其為熱泵。并且定義，以空氣或水為低溫熱源的熱泵稱為空氣源熱泵和水源熱泵。裝有四通換向閥、制冷制熱雙功能者，也被稱為“熱泵式”或“帶熱泵的”等等。而廣義的理解，熱泵的功能即包括制冷，也包括制熱，或制冷兼制熱。制冷機實際上是用作制冷的熱泵。也可以說，制冷機即熱泵，或確切地說，制冷機是熱泵的一種類型。因此，在空調領域認識這一概念應該統(tǒng)一為熱能空調，而非空調制冷與熱泵分立。

熱泵的理論循環(huán)

正卡諾循環(huán)，也稱動力循環(huán)，是把熱能轉換成機械能的循環(huán)。逆卡諾循環(huán)，稱為熱泵循環(huán)，即消耗一定的能量，使熱由低溫熱源流向高溫熱源的循環(huán)。逆卡諾循環(huán)是以熱力學第一、二定律為基礎的理想循環(huán)。理想循環(huán)在于說明原理，實際上不可能實現(xiàn)，也不可能獲得熱泵循環(huán)的狀態(tài)參數(shù)。蒸汽壓縮式熱泵，是利用工質的壓縮、冷凝、節(jié)流和蒸發(fā)的循環(huán)，來實現(xiàn)熱從低溫物體向高溫物體的傳輸?shù)摹Ｔ趯ζ溥M行分析計算時，最具指導意義的是壓焓（p-h）圖所表示的蒸汽壓縮式熱泵的理想循環(huán)（圖1）。

圖1中Pc為工質的冷凝壓力，Pe為工質的蒸發(fā)壓力。1-2為壓縮機內的等熵壓縮過程；2-2’及2’- 3為等壓冷卻及冷凝過程；3-4為絕熱節(jié)流過程；4-1為等壓蒸發(fā)過程。當熱泵循環(huán)的各狀態(tài)參數(shù)確定后，便可在p-h圖上確定各狀態(tài)點及循環(huán)過程，并可進行理論循環(huán)的熱力計算。

①單位質量工質的制冷量（或吸熱量）

qe = h1 – h4 kj/kg (1)

②圖片

單位質量工質的壓縮功

w?= h2 – h1　　kj/kg (2)

③單位質量工質的放熱量（或制熱量）

qc = h2 – h3

=（h1 – h4）+（ h2 – h1 ）

= qe +w 　kj/kg (3)

④熱泵循環(huán)的理論制冷系數(shù)

制冷工況時單位制冷量與單位壓縮功之比，用COPe‘表示，即

　COPe‘＝圖片＝圖片　 (4)

由式（４）與圖1可見，熱泵在制冷時，當制冷工況確定，冷凝溫度（及相對應的冷凝壓力）越高，則單位壓縮功越大，熱泵的制冷系數(shù)越小，反之,冷凝溫度（及相對應的冷凝壓力）越低，則單位壓縮功越小，熱泵的制冷系數(shù)越大。

⑤熱泵循環(huán)的理論制熱系數(shù)；

制熱工況時單位制熱量與單位壓縮功之比，用COPc’表示，即

COPc’==圖片 (5)

或COPc’=圖片= COPe’+1 (6)

由式（5）與圖1可見，熱泵在制熱時，當制熱工況確定，蒸發(fā)溫度（及相對應的蒸發(fā)壓力）越低，則單位壓縮功越大，熱泵的制熱系數(shù)越小。反之，蒸發(fā)溫度（及相對應的蒸發(fā)壓力）越高，則單位壓縮功越小，熱泵的制熱系數(shù)越大。另由式（6）可見，熱泵在制熱工況時，其制熱系數(shù)是永遠大于1的。這是因為，熱泵制熱的實質是基于熱的傳輸。而燃料燃燒或光、電轉化成熱，其效率則不可能超過1。

經過多年的研究與實踐，發(fā)明的空氣熱能制熱技術，基本原理也是經典熱力學中逆卡諾循環(huán)理論，但提出了是嶄新的技術路線、創(chuàng)造性地解決了這一難題。意大利KAYCUND利用特殊的冷凝換熱機理，在不改變工質，不降低“能效比”，不損害壓縮機的前提下，將單極熱泵的出水溫度提高到100℃以上。與傳統(tǒng)的低溫型熱泵比較，產生熱能的數(shù)量雖然沒有增加，但能量價值得到了提升，為熱泵技術在制熱領域的應用開辟了廣闊的前景，超效熱能機組的技術是制熱領域的重大突破。賽瑞KAYCUND公司在此基礎上研發(fā)生產的大型超效熱能機組具有以上的核心技術，在保證原有能效比和正常供冷的情況下應用高端冷凝技術，實現(xiàn)了衛(wèi)生熱水、開水、蒸汽的免費供應，具有顯著的經濟效益和社會效益，減少了城市的熱島效應，為開發(fā)空氣熱能節(jié)約能源開辟了新的廣闊的領域。

空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐系列產品利用取之不絕、用之不盡的空氣能源取代不可再生能源（燃油、煤、燃氣、），在沒有任何污染的情況下制取120℃以下的水。將夏季供冷、冬季供熱、全年供生活熱水、可飲用開水、蒸汽等功能集于一體，采用先進的系統(tǒng)設計理念和專利技術，在世界上第一次真正實現(xiàn)了在大中型中央空調系統(tǒng)中，在維持低冷凝壓力水平從而維持冷、熱兩端高效運行的前提下，進行回收全部冷凝熱以制取高溫生活熱水、開水、蒸汽的目的，完美地實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的時代要求，具有開拓性意義的新一代空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐---是新能源的重大發(fā)現(xiàn)。

本技術指標都優(yōu)于現(xiàn)有熱泵機組，具有不燒鍋爐、無污染、運行費用低的優(yōu)點，并且能實現(xiàn)全年都利用收吸空氣中的熱量提供熱水。使主機效率比傳統(tǒng)泵機更高，并能實現(xiàn)冬、夏工作特點。經過實踐證明本技術可以實現(xiàn)節(jié)能、有利于環(huán)保，有利于改善城市的“熱島效應”。

（一）空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐的概念

空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐是一種利用空氣熱能，也稱空氣能。既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調鍋爐系統(tǒng)。通過輸入少量的高品位能源（電能），實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉移。地能分別在冬季作為供暖的熱源和夏季空調的冷源，即在冬季，把空氣能中的熱量“取”出來，提高溫度后，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量取出來，釋放到中去水。機組的能量流動是利用其所消耗的能量（電能）將吸取的全部熱能（即電能加吸收的熱能）一起排輸至高溫熱源。而其所耗能量的作用是使制冷劑氟里昂壓縮至高溫高壓狀態(tài)，從而達到吸收低溫熱源中熱能的作用。請參見圖4-4所示：

圖4-4：空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐能量流程圖

通常熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或3kW以上冷量，所以我們將其稱為節(jié)能型空調鍋爐系統(tǒng)。與鍋爐（電、燃料）供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%－98%的電能或70-90%的燃料內能為熱量，供用戶使用，因此機組要比電鍋爐加熱節(jié)省四分之三以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量；由于空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐的熱源溫度一般為-7~55℃，其制冷、制熱系數(shù)可達3.0-6.4，與傳統(tǒng)的熱泵相比，要高出30%左右 。因此，近年來，空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐系統(tǒng)在北美如美國、加拿大及法國、瑞士、瑞典等國家還未得到發(fā)展，中國的空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐市場屬起步接斷，可以預計，該項技術將會成為21世紀最有效的供熱和供冷空調鍋爐技術。

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（二）空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐的特征

本技術空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐，屬于新型熱能行業(yè)。它是一種利用空氣熱資源來實現(xiàn)制冷制熱的高效節(jié)能系統(tǒng)。機組消耗1KW的能量，用戶可以得到相當于4KW以上的熱量或冷量，其運行費用比傳統(tǒng)產品低60％以上、壽命達10年以上，而且具有節(jié)省投資、獨立計費、自動控制、維護費用較低等特點。采用空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐技術為建筑物供熱或制冷可大大降低燃料消耗，不僅節(jié)能，還可減少燃燒礦物燃料而引起的二氧化碳和其它污染物的排放。

空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐具有以下特征：

1、屬于可再生能源利用技術。地球地表層空氣好像一個巨大的太陽能集熱器，收集了80%的太陽能，比人類每年利用能量的700倍還多。這種近乎無限、不受地域、資源限制的低焓熱能，是人類可以利用的清潔可再生能源。因此說是可再生能源利用技術。

2、環(huán)境效益顯著。既不破壞地球資源，又無任何污染，可以建造在居民區(qū)內，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。無污染物排放，是真正的環(huán)保型系統(tǒng)。

3、空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐屬經濟高效的冷（熱）源，其利用的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱源和冷源，這種穩(wěn)定溫度使得COP值比較高，夏季約為5.6（傳統(tǒng)冷源2.9），冬季3.1（傳統(tǒng)熱泵<1.5< span="">），節(jié)能以及節(jié)約運行費用達50％，另外由于技術穩(wěn)定，這就使機組運行更可靠，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、高效性、經濟性。

4、空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐可以一機多用。可以用于供暖、空調、生活熱水、蒸汽。一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統(tǒng)，其適合于賓館、商場、辦公樓、學校、住宅、工礦企業(yè)、游泳池、別墅住宅的采暖、空調及高溫熱水。提高了空調使用的靈活性和舒適性，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ睦?熱)源設備。

（三）空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐的工作原理

空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐是利用空氣進行冷熱交換來作為空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐的冷熱源，冬季把空氣能中的熱量“取”出來，供給室內采暖，此時空氣能為“熱源”；夏季把室內熱量取出來，釋放到水中，此時空氣能為“冷源”。

圖4-5：空氣熱能設備系統(tǒng)工作示意圖

制熱冷系統(tǒng)各部分制劑狀態(tài)分析：

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圖4-5

空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐系統(tǒng)同傳統(tǒng)鍋爐相比，有許多優(yōu)點：

（1）全年制熱水溫度高。制熱可節(jié)能和節(jié)省費用50%左右。節(jié)省了大量的不可再生能源（燃油、燃氣、電能）。

（2）有較好的蓄能作用。

（3）沒有任何污染。且能緩解城市“熱島效應”。

（4）增加了制冷的功能，因此得名：“空調鍋爐”。

（四）空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐系統(tǒng)應用

1、空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐系統(tǒng)

直接利用空氣熱能：其最大優(yōu)點是非常經濟，占地面積小，只要注意必須符合下列條件：；-7℃-55℃空氣溫度。

空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐機組通過換熱器與空氣進行熱交換—吸熱(采暖) 和排熱(制冷) ,經過熱交換的空氣中。即熱空氣和冷空氣提供冷(熱) 源,末端選用風機盤管系統(tǒng)。夏季可供冷(7 ℃－12 ℃冷水) 及供熱(45 ℃－120 ℃熱水)，其它季節(jié)可將冷風排在大氣中，供熱（45 ℃－120 ℃熱水）。

結論：通過以上類型對比分析，空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐是適合地球-7-55℃度的地理環(huán)境。

5、空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐系統(tǒng)與傳統(tǒng)的燃油鍋爐比較

與傳統(tǒng)的燃油鍋爐相比，本專利采用節(jié)能型設計，在節(jié)能方面更優(yōu)于傳統(tǒng)的燃油鍋爐系統(tǒng)。本專利制冷、制熱系數(shù)可達3.1-5.6 ,與傳統(tǒng)的燃油鍋爐相比,要高出50 %以上,其運行費用為普通燃油鍋爐50 %以下。

空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統(tǒng)。特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物有著明顯的優(yōu)點,不僅節(jié)省了大量能源,而且用一套設備可以同時滿足供熱和供冷的要求,減少了設備的初投資。

傳統(tǒng)鍋爐使用煤作為燃料，燃煤鍋爐對環(huán)境的污染嚴重,而燃油及電鍋爐采暖造價及運行費用皆較高,讓人難以承受,也不符合國家長期發(fā)展的“節(jié)能減排”能源政策,而空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐技術是國家重點推廣的項目。因此,空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐市場巨大。

（五）我空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐應用現(xiàn)狀

在我國，空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐的研究起始于2006年，最近該項技術成了國內建筑節(jié)能及暖通空調界熱門的研究課題，并開始應用于工程實踐。在我國的空調市場上沒有國內外企業(yè)加入空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐產品的生產銷售競爭之中。

我國以空氣來源的熱泵應用最多， 1996年至今，在北京、山東、河南、遼寧、河北、江蘇、浙江、湖北、上海、西藏等地都有空氣熱泵工程建成，但空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐相對于普通熱泵來說，其應用范圍廣泛得多。

經過多年發(fā)展與培育，目前我國已經形成了一批可以提供成熟熱泵技術、產品和服務的廠家，還有一批從事熱泵技術推廣的相關單位。但是現(xiàn)有的空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐專利產品將會憑借其高效節(jié)能并取得高溫水的優(yōu)勢得到消費者的認可，從而迅速的占領市場，產生巨大的經濟效益。

（六）國內外空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐的發(fā)展前景及其趨勢

在中國傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)概念中,在過去相當長的時期,南方以水冷機組解決夏季制冷問題,中、北方以燃煤鍋爐解決冬季取暖問題。20 世紀80 年代以后,出現(xiàn)了溴化鋰機組、風冷機組,90年代以后,從原有的煤、石油取暖過渡到以天然氣及電等清潔能源。但是,替代能源雖然可以部分解決大氣污染的問題,可是天然氣和石油等都屬于不可再生的能源,且采暖造價及運行費用皆較高,因此必須尋找可以再生的能源,從而提出了空氣熱能新技術。

隨著城市化進程的加快和人民生活水平的提高，近幾年來城市建筑面積急劇增加。目前，我國現(xiàn)有建筑的總面積約400億平方米，預計到2020年還將新增建筑面積約300億平方米，大約每年以18億—20億平方米的數(shù)量增加。

建筑面積的劇增預示著建筑對供熱與制冷能源的需求存在巨大的增長空間。如果按照人均概念來講，目前我國的需求水平還處在一個比較低的位置。未來，我國建筑能源的需求將增加4倍左右，建筑用能的比重在整體能源需求中將從目前的17％增加到26％。

另外，能源環(huán)境的日趨緊缺已引起人們的重視，目前中國還是以煤為主要燃料，城市能源結構不合理，天然氣等優(yōu)質能源和太陽能、地熱、風能等清潔可再生能源在建筑中利用率還很低。中國現(xiàn)有建筑中95％達不到節(jié)能標準，新增建筑中節(jié)能不達標的仍超過80%，單位建筑面積能耗是發(fā)達國家的2至3倍，對社會造成了沉重的能源負擔和嚴重的環(huán)境污染，已成為制約中國環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的突出問題。

伴隨《可再生能源法》的實施，建筑節(jié)能成為整個社會關注的熱點。面對我國日趨緊張的能源市場，商家和政府都在積極尋找一種高效節(jié)能的制冷供熱方式，越來越多的房地產開發(fā)商在國家政策引導與自身觀念更新的情況下，或多或少地在所開發(fā)的項目中使用了節(jié)能技術。這無異為空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐提供了廣闊的發(fā)展空間。采用該技術為建筑物供熱或制冷可大大降低燃料消耗，不僅節(jié)能，還可減少燃燒礦物燃料而引起的二氧化碳和其它污染物的排放。這些特點成為地源熱泵取代傳統(tǒng)建筑能源的優(yōu)勢。同時，最新實施的《公共建筑節(jié)能設計標準》，要求提高建筑隔熱保溫性能，降低建筑制冷采暖能耗，達到大幅度地降低建筑物制冷采暖的年運行費用，這正好增加了空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐與集中供熱采暖方式的市場競爭能力。

我國熱泵技術的發(fā)展必須依附于整個社會體系，影響其發(fā)展的因素除去自身的技術性以外，與我國的政策、社會觀念、社會整體的經濟消費水平緊緊相連。隨著能源日趨緊張，空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐的大規(guī)模應用已經初具條件，但是讓空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐真正深入到千家萬戶，還需要政府的扶持、開發(fā)商的接納及老百姓的認知。

中國最早在20 世紀50 年代,就嘗試夏取冬灌的方式抽取地下水制冷,天津大學熱能研究所開展了我國熱泵的最早研究,1965年研制成功國內第一臺水冷式熱泵空調機。美國能源部和中國科技部于1997 年11 月簽署了中美能源效率及可再生能源合作議定書,其中主要內容之一是“熱泵”,推廣運用這種綠色技術,緩解中國對煤炭和石油的依賴程度,從而達到能源資源多元化的目的。

在未來的幾年中,中國面臨著巨大的能源壓力。一方面,中國的經濟要保持較高速度的增長,另一方面,又必須考慮環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展問題。所以要求提高能源利用效率和進行能源結構調整。為了適應市場要求和參加國際競爭,必須加快中國品牌的熱泵的產業(yè)化研究開發(fā)。

通過上述綜合分析，我國空氣熱能熱泵式蒸汽鍋爐行業(yè)發(fā)展將呈現(xiàn)如下新趨勢：

1、需求將進一步發(fā)展、擴大；

2、新城鎮(zhèn)大中型建筑將成為進一步競爭的重點市場；

3、更加注重環(huán)保；

4、應用新資源、新技術和高效、節(jié)能型成為主流；

5、功能更加多樣化，樣式影響需求不大；

6、總體價格將下降；

7、個性化需求與服務，親情化售后服務將成為新的需求；