高温热泵效率
热泵的供热系数是跟工作工况密切相关的,仅提热泵的热泵系数有多高而不考虑工况是没有任何意义的,而在相同工况条件下热泵的极限热泵系数是逆卡诺循环的热泵系数, 我们参照制冷中热力完善度的概念, 将热泵的热泵系数与相同条件下逆卡诺循环的热泵系数之比称为热泵的卡诺效率,简称热泵效率。

热泵的卡诺效率主要与两个因素有关,一是热泵循环的内部损失的大小,即压缩机机械损失、工质流动损失和散热损失等,而另一项为在高温端和低温端换热器中的不可逆传热损失。

传热损失除跟热泵换热器(蒸发器和冷凝器) 的设计和制做水平有关外,主要跟载热介质有关,如以水为载热介质的冷凝器和蒸发器的传热温差一般仅为5 ℃左右,而空气冷凝器和蒸发器的传热温差要高达10～15 ℃。

故以水为载热介质的热泵其热泵效率一般要大于相同温度范围工作的空气热泵, 大型热泵系统由于压缩机效率较高和流程损失相对较少其热泵效率一般要大于小型热泵,图1 表示了在一定供热温度条件下,热泵高低位热源的温度差与热泵系数的关系。

图中分别作出了理想逆卡诺循环热泵及热泵效率为30 %、40 %、50 %和60 %热泵的热泵系数随温差的变化曲线。

可以看出,随着高低位热源的温差加大,热泵系数总是降低的。

图1 热泵系数( COP) 与高低位热源温差的关系目前常规小型的空气源2空气热泵的效率一般仅为30 %～40 % , 较大型的空气源2水热泵的热泵效率约为50 %左右, 而高效的水2水热泵系统甚至可达60 %以上的热泵效率[8 ] 。

从图1 可见,常规小型空气源- 空气热泵在温升达100 ℃时其热泵系数仅1. 2～1. 6 ,且其压比高达15 以上,是不能适用于高温升的高温热泵的。

而对较大型的系统可采用多级压缩、回热等各种措施减少不可逆损失,从而提高热泵效率。

随着大型全封闭和半封闭式压缩机技术的成熟及高温热泵工质研究的进展,开发和生产供
热温度为100 ℃～150 ℃的地源、水源或空气源高温热泵装置并不困难,其关键是如何降低热泵装置成本和提高它的效率。

从图1 中还可以看出,当高温热泵效率提高到50 %以上其热泵系数在100 ℃的温升条件下就可达到2 以上。