簡介
熱泵機組結合能源梯級利用、低品位能源復合高品位能源利用的理念，基于壓縮制冷、吸收制冷、擴散制冷同屬相變制冷的理論基礎，采用一種壓縮—吸收—擴散復合制冷的模式；并配比有氨—醋酸鈉/醋酸—氦新型工質對，較好的適應壓縮制冷、吸收制冷、擴散制冷復合循環的運行；設計有制冷劑濃度調節結構和自熱式過熱器，保證壓縮—吸收—擴散制冷系統的高效運行；同時設計有纖維管束式熱虹吸泵，用以代替機械式溶液泵，減少了設備運動部件。
雙源熱泵是熱泵創新的一種高級應用，其主要是針對建筑暖通空調系統中多種能源協調使用問題而開發的新一代供熱系統產品。既可利用空氣，又可利用水做為低溫熱源。通過電能驅動，不斷從低溫熱源中吸收熱量并釋放到高溫熱水中的熱泵設備。例如，雙熱源機組擁有水源熱泵能效比高，又擁有空氣源熱泵適用范圍廣的雙重優點。
整體能源供應系統嚴格遵從熱能品位梯級利用原則，在雙熱源供熱制冷發展方向上可以分布整合，規劃成三代換代產品，即雙熱源單獨供熱型；雙熱源梯級供熱型，雙熱源梯級供熱制冷型。
壓縮式熱泵、吸收式熱泵、擴散式熱泵……同為蒸發器、冷凝器等，不同的應用場景，就可以發揮出不同的功能：蒸發器與冷凝器換熱面積的比例1∶1或1∶n或n∶1；可以用做制冷機；可以用做熱泵；可以用做發電機；可以用做透平機……即可以熱—熱交換，又可以熱—電轉換，甚至可以熱—電—熱輸出……既可固定使用，又可移動應用……因何如此神奇？思想！所以，思想是世上最珍貴、最稀缺的商品??！
同類研究水平概述
按熱泵的驅動方式，目前分為4種：機械壓縮式——通過消耗機械能驅動壓縮機完成熱力循環達到熱能的轉移；蒸氣噴射式——蒸氣在噴射器中消耗熱能并取低溫熱源熱量供熱；吸收式——通過吸收器消耗熱能完成熱能轉移；溫差電熱式，又稱為熱電勢泵或珀爾帖熱泵——基于珀爾帖效應原理，PN結電偶消耗電能完成熱能轉移。
熱泵可回收100℃以下的廢熱，是高效利用低溫熱能的節能設備，現已應用在采暖、空調、烘干、除濕、干燥等方面。近年來正開發研制一種新型節能熱泵——化學熱泵，它是利用化學現象(如化學反應、吸附濃度差等)的熱泵，利用可逆熱化學反應向用戶供熱，是很有發展前途的節能型產品。更值得關注的，還有“激波熱泵”等。
隨能源消耗日益加劇，針對低品位熱能的利用成為一個研究熱點，其中利用低品位熱源制冷是利用低品位熱源的有效途徑。目前研究較多的是集中在兩個方向上：一是固體吸附制冷；二是液體吸收制冷。
在吸附式制冷方面的研究主要集中在吸附工質對選擇、吸附床效率以及吸附周期等幾個方面，且取得了一定的進展。對于吸附制冷而言，其有諸多優勢，如無運動部件、結構相對簡單、運行安全、可以利用較低品位的熱能等等因素，但其尚有許多問題需要解決：
1、效率低，從目前文獻提供的數據看，吸附式制冷效率較吸收式制冷低，效率僅有吸收式效率的10%～50%；
2、吸附劑大多采用微孔結構、導熱系數低、傳熱效果差的固體吸附劑，導致吸附和解吸周期長；
3、單位質量吸附劑的制冷功率小，設備體積大，系統的熱利用率不高. 而對吸收制冷而言：目前大型吸收制冷設備基本成熟，在較高熱源下工作時，有不錯的效率，但隨其熱源溫度下降時，其效率也會急劇下降。兩級吸收式制冷可有效的降低了對熱源溫度的要求，但其效率遠低于一級吸收式制冷，而且體積大，設備復雜。對于溴化鋰制冷其主要缺陷在于，溶液易結晶、放氣范圍小、對金屬腐蝕性強，且其最低制冷溫度無法達到0℃以下、設備長時間在負壓下運行容易滲入空氣，影響效率，需配備真空泵等幾個方面。氨水吸收制冷系統中，其氨蒸汽汽化潛熱較大，有較寬的制冷溫度范圍，有不錯的適用前景，但系統需要一個容積式高壓電動溶液泵，而目前小型高壓泵(功率小于30KW)的效率低、體積大且容易出現氣蝕，導致氨水吸收無法應用于小型制冷，另外相對于溴化鋰制冷，它對余熱溫度要求較高，無法回收品位較低的余熱。
東南大學杜塏教授提出了一種氨壓縮制冷與氨吸收制冷復合的模式，即利用余熱驅動吸收式制冷完成一級升壓、電能驅動的壓縮制冷完成二次升壓，一方面實現了余熱的利用，另一方面保證了設備的效率，有不錯的前景。吸收部分采用的仍是氨水吸收式制冷，所以系統仍需采用高壓溶液泵，較適合應用于大型制冷系統，而且由于吸收制冷循環中的氨水往往會含有部分水蒸氣，進入二級升壓時，會出現濕壓縮，影響了二級壓縮的效率。
浙江大學陳光明教授還曾提出了一種擴散制冷與壓縮制冷復合的模式，但其是靠兩套獨立的系統完成，即用擴散制冷為壓縮制冷的冷凝器提供冷量，設備體積和初投資均較大。
到目前為止，尚未見到可以利用較低品位熱能驅動的小型熱泵設備。
詳細介紹
空調設備、制冷設備逐漸普及，一方面其提升了人們生活品質，而另一方面其帶來的能耗問題日益影響社會的可持續發展。從能源的角度講，常規能源日益短缺，而目前一些低品位的能源卻得不到有效利用，如汽車余熱、太陽能集熱器生產的中低溫熱能(雖目前太陽能向高溫轉化的技術已經成熟，但其成本遠高于普通集熱器，不具備商業開發價值)。
熱泵機組的思路就是：研發可以利用較低溫度余熱或較低溫度熱源(如非聚光太陽能集熱器產生的中溫熱水)驅動的單戶型熱泵機組，夏季供冷，而冬季可以供熱。為此，熱泵機組從四個方面進行了改進和創新：
1、制冷機理方面：設計了一級壓縮—吸收—擴散聯合運行的制冷模式，其一級驅動可以利用低品位余熱，二級驅動靠電力供應，實現能源的梯級聯合運用。既保證了電能的節約、又使得制冷機的高效運行。經中科院文獻情報中心的查新鑒定在國內屬于首次提出(編號2008-181)；
2、控制調節方面：系統設計有濃度調節系統，打破傳統吸收式制冷系統濃度恒定的運行方式，設計了制冷劑與吸收劑相互置換調節的模式。當循環適合在高濃度工況下進行時，有制冷劑進入循環、有等體積吸收劑離開循環，使得循環溶液濃度提升。當溶液適合在低濃度下運行時，調節過程相反，始終保證系統的最優化運行；
3、循環工質方面：配比了氨—醋酸鈉/醋酸—氦新型工質對，工質對保證了三種制冷方式復合的工質要求，且屬于環境友好型工質；
4、設計纖維管束型熱虹吸泵，提高了虹吸提升高度、增加了溶液循環量、降低了驅動溫度，冬季供熱時系統運行無需任何運動部件，完全熱驅動。
設計、發明的目的和基本思路、創新點、技術關鍵和主要技術指標
1、發明目的： 研發可以利用較低溫度余熱或較低溫度熱源(如非聚光太陽能集熱器產生的中溫熱水)驅動的戶用小型熱泵，用于夏季供冷、冬季供熱。
2、基本思路： 壓縮制冷、吸收制冷、擴散制冷同屬于相變制冷的范疇，其本質為：形成一相對高壓和一相對低壓，使氣態工質在相對高壓下液化，而此時液態工質在相對低壓下汽化制冷?；谶@一基礎結合能量梯級利用的理念，設計了壓縮—吸收—擴散復合制冷系統，其可融合壓縮制冷效率高、吸收制冷易于回收余熱、擴散制冷體積較小的特點。
3、創新點：
1)設計了壓縮—吸收—擴散聯合運行的制冷模式，其一級驅動可以利用低品位余熱，二級驅動靠電力功能，降低了驅動溫度，實現能源的梯級聯合運用。經中科院文獻情報中心的查新鑒定在國內屬于首次提出(編號2008-181)；
2)系統設計了變濃度調節器，實現了運行濃度的自我調節，始終保證系統的最優化運行。
3)配比了氨—醋酸鈉/醋酸—氦新型工質對，工質對保證了三種制冷方式復合的工質要求，且屬于環境友好型工質。
4)設計纖維管束型熱虹吸泵，用以代替機械式溶液泵，減少了運動部件，簡化了結構。
4、技術關鍵： 壓縮、吸收、擴散制冷的有機復合以及運行的控制。
5、技術指標： 實現了熱驅動制冷小型化：制冷量2.5KW(驅動熱源溫度85℃、制冷系數0.37、制冷溫度-10℃）
科學性、先進性
熱泵機組有效融合了壓縮制冷效率高、吸收制冷可以利用余熱驅動、擴散制冷體積小的特點。
1、對熱源品位(溫度)要求低、且效率高；與普通的余熱驅動的制冷機相比，由于其兩級升壓的結構，降低了對一級升壓的要求，從而保證在較低溫度的余熱下達到較理想的放氣范圍，保證了制冷效果；配比的氨—醋酸鈉/醋酸—氦的工作安全性相對于氨制冷而言，節流損失有較大降低，提高了效率；且其可根據工況變化將吸收劑與制冷劑進行置換調節，達到調整系統溶液濃度的目的，保證了系統在最優工況下運行。
2、體積小，適合單戶使用；系統引入了擴散輔助平衡氣體，克服了小型氨吸收制冷過程中，需要高壓溶液泵的缺陷，使得系統得以小型化。
3、制冷工質屬于友好型工質，可以減少氟利昂的排放。
4、運行簡單，冬季運行時，系統無需任何運動部件，使用方便。
使用說明,技術特點和優勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
研制的熱泵機組主要四方面特點：
1)對驅動溫度要求低；
2)實現了熱驅動制冷的小型化；
3)運行效率高；
4)結構簡單，運動部件少。
熱泵機組推廣有兩個方向：
1)余熱利用方向：即回收生產、生活中的余熱為生產、生活提供冷量。熱泵機組實現了熱驅動制冷的小型化，使其在汽車余熱空調、漁船尾氣制冷方面有較大技術優勢。
2)新能源利用方向，如目前太陽能向中低溫熱能轉化技術已經成熟、成本較低，而這類熱能驅動由于溫度太低，無法驅動普通吸收式空調，而其可以滿足熱泵機組運行需求。
“煙氣余熱深度回收”兼“消白降氮”熱泵技術選型預案：
有‘電’的項目——專用型壓縮式熱泵；
少‘電’有‘氣’的大噸位燃氣鍋爐項目——專用型吸收式熱泵；
少‘電’有‘氣’的小噸位燃氣鍋爐項目——擴散式熱泵(或稱擴散—吸收式熱泵)；
室內空間有限的燃氣鍋爐項目——擴散式熱泵(或稱擴散—吸收式熱泵)；
既要‘余熱回收’，同時‘消白降氮’的項目——擴散式熱泵(或專用型吸收式熱泵)+壓縮式熱泵；
……
壓縮—吸收—擴散復合制冷的模式：配比有氨—醋酸鈉/醋酸—氦新型工質對，較好地適應壓縮制冷、吸收制冷、擴散制冷復合循環的運行；設計有制冷劑濃度調節結構和過熱器/過冷器，保證壓縮—吸收—擴散制冷系統的高效運行；同時設計有纖維管束式熱虹吸泵，用以代替機械式溶液泵，減少了熱泵運動部件。其具有可融合壓縮制冷效率高、吸收制冷易于回收余熱、擴散制冷體積較小的特點。
煙氣余熱回收專用型熱泵調試體會：
一、板換式蒸發器效果較好；
二、板換式冷凝器過流量變差，原因評估，R22側壓力伴隨一次側回水溫度的升高而升高，致使板換氟側與水側壓差高達17公斤，導致板片些微變形，水的過流量從118減至88；
三、隨著一次側水溫升至50℃以上是，致使壓縮機排氣溫度高達105℃左右，冷凝器換熱能力不足，導致R22液化欠佳，造成R22汽液混合。故，熱泵優化完善時，可采用液體過冷。單位制冷量和制冷系數增大的程度，是同過冷度成正比的，在變負荷供熱運行的煙氣余熱回收的實際應用中，可以根據具體條件，選用盡可能大的過冷度。同時，采用液體過冷還可以防止R22在膨脹閥前汽化，保障膨脹閥運行穩定。實現方法：1)選用殼管式冷凝器，并適當增大冷凝器面積；2)冷凝器后，加裝過冷器。
四、蒸發器與冷凝器換熱面積的比例1∶1或1∶n或n∶1。在變工況運行時，熱泵的蒸發器換熱面積是不同于冷凝器換熱面積的。
現代暖通特色——變負荷運行。煙熱深度回收必須與之相匹配：
一、水噴淋是當下，與煙氣換熱最直接、效率最高的；
二、水熱‘梯級利用’；
三、煙冷后端約60多℃的水熱，直接通過板換回歸供熱系統；
四、約40多℃的水熱，通過吸收式熱泵回收熱量的同時，水溫降至28℃左右；
五、約25℃的水熱，通過壓縮式熱泵回收熱量的同時，水溫降至12℃左右；
六、約10℃的水溫，正是‘消白降氮’的較佳噴淋溫度；
七、壓縮式熱泵以較低鍋爐負荷為調節基點。較高鍋爐負荷時，經由冷凝器的R22不能完全‘液化’，進而引發了一系列的弊端。所以，加裝‘過冷器’是必要的。尤其可以在保持熱泵運行穩定性的基礎上，提高COP……
未來發展展望
自2017年入冬以來，北方空氣質量指數與上一年同期相比明顯得到了改善，霧霾天數明顯減少?？梢钥闯?，國家近年來大力推動的“煤改電”、“煤改氣”等政策和措施取得了明顯的成效。所采取的清潔供暖方式，包括了天然氣供熱、電暖器、熱泵等多種方式；按照相關專業人士的分析，以及諸多應用實例表明，熱泵的能源利用率比較高，減排效果突出，為國家的環境污染治理發揮了極其重要的作用。
根據《京津冀及周邊地區2017—2018年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案》，2017年10月底前，在北方“2+26”城市完成以電代煤、以氣代煤超過300萬戶，由于成本等原因，絕大部分仍然不是采用熱泵產品來替代，而是采用以氣代煤，進一步加重了天燃氣的緊缺，造成了今冬嚴重的氣荒，嚴重影響了人民的生活質量；另外，由于我國天然氣大部分進口，價格與國際市場聯動密切，價格較高，這不論是對政府還是居民，高昂的成本都是需要謹慎考慮的；而且燃氣壁掛爐和小型燃氣鍋爐燃燒過程中會產生大量氮氧化物，再加上低空排放，它對大氣污染也有很大的影響，對改善空氣質量效果還有待商榷。電鍋爐供熱和電暖氣供熱，相當于熱效率只有30%左右的燃煤鍋爐供熱，能效較低，還導致了電網負荷的大幅度增加。而熱泵每消耗1份能量，可以獲得2～3倍甚至更多的熱量，極大提高了能源的利用效率，相較于前述的幾種供熱方式而言，無疑是一種高效節能的模式，值得大力推廣。
我國是全球最大的制冷空調設備制造國和消費國，我國制冷空調行業的整體技術和制造水平近年來也在快速向國際先進水平靠攏。熱泵作為制冷空調行業一個新興的產品類別，通過最近幾年的國家和地方政府的大力支持和激勵，在替代傳統燃煤供熱等場合的應用越來越多。根據目前熱泵應用的經驗來看，根據用戶的供暖、供熱水和制冷空調的各種需求，結合建筑特征、氣候環境變化以及熱泵的節能環保優勢，配合系統、末端進行綜合改造治理，提供合適的綜合技術解決方案具有極大的節能價值和潛力。而未來清潔供熱之路，更需要統籌進行規劃管理，因地制宜地選擇可再生能源作為熱泵的熱源，重視和推廣各種能源的綜合利用，把空氣源、污水源、海水源、江湖水源、余熱和廢熱、太陽能等適當的組合利用，克服熱源單一的缺點，從而充分提高供熱供冷的綜合集成效率，取得最佳的節能效益。
從發展趨勢分析，我們相信熱泵在未來將具有更大的應用空間。在我國1.6億農戶中，分散燃煤采暖超過6000萬戶。根據《北方地區冬季清潔取暖規劃(2017—2021年)》，截至2016年底，我國北方地區城鄉建筑采暖總面積約206億平方米。其中，城鎮建筑采暖面積141億平方米，農村建筑采暖面積65億平方米。我國北方地區采暖使用能源仍以燃煤為主，燃煤采暖面積約占總取暖面積的83%，采暖用煤年消耗約4億噸標煤，其中散燒煤（含低效小鍋爐用煤）約2億噸標煤。按照該規劃，到2019年北方地區清潔采暖率達到50%，替代散燒煤7400萬噸；到2021年北方地區清潔采暖率達到70%，替代散燒煤1.5億噸。
而在我國長江流域等非傳統集中供暖區域，絕大部分建筑物內并無供暖設施，隨著人民生活水平的提高，這些區域的供熱也已開始提上議事日程。而這些地區人口非常密集，未來大范圍的供熱需求的解決必定帶來巨大的能源消耗需求及污染排放的壓力。因此如何利用熱泵這一環保高效的采暖技術，使其在未來的清潔供熱推廣方面做出積極貢獻，是當前行業內外需要共同關注和研究解決的大課題。黨的“十九大”的報告指出，綠水青山就是金山銀山，要抓住人民最關心最直接最現實的利益問題，保障群眾基本生活，不斷滿足人民日益增長的美好生活需要。這一核心思想為我們今后的工作直接指明了方向。我們相信，在國家政策指引和相關引導措施的激勵和扶植下，在行業同仁的共同努力下，未來熱泵技術一定能在國民經濟建設的各個領域發揮更加突出的作用，熱泵產業也將會迎來更加廣闊的發展前景和美好未來。