第五节 热泵机组
热泵按照《新国际制冷辞典（New International Dictionary of Refrigeration）》的定义，热泵（Heat Pump）就是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统，因此就其工作原理来讲，与蒸气压缩式制冷循环相同，只是根据使用的目的（即工作温度范围）不同而称呼不同。
按照冷热源的不同，热泵可以分为空气源热泵（即风冷热泵）和地源热泵（水源热泵、地表水热泵、土壤源热泵）两类。
一、空气源热泵
以国产LSBLGRF350双螺杆式空气源热泵机组为例，其制冷剂循环流程如图2-31所示，对工作流程简述如下。
图2-31 LSBLGRF350双螺杆式空气源热泵机组系统流程
注：虚线方框内为液喷射系统
1—半封闭双螺杆制冷压缩机 2—四通换向阀 3—空气热交换器 4—液体分配器 5—单向阀 6—热力膨胀阀 7—电磁阀 8—视镜 9—截止阀 10—干燥过滤器 11—高压贮液器 12—气液分离器 13—干式壳管式换热器 14—轴流风机 15—干燥过滤器 16—电磁阀 17—视镜 18—热力膨胀阀
（1）夏季供冷时制冷剂（R22）循环路线
半封闭双螺杆制冷压缩机1→四通换向阀2→空气热交换器3→液体分配器4→单向阀5→高压贮液器11→截止阀9→干燥过滤器10→截止阀9→视镜8→电磁阀7→热力膨胀阀6→干式壳管式换热器13→四通换向阀2→气液分离器12→半封闭双螺杆制冷压缩机1。
（2）冬季供热时制冷剂（R22）循环路线
半封闭双螺杆制冷压缩机1→四通换向阀2→干式壳管式换热器13→单向阀5→高压贮液器11→截止阀9→干燥过滤器10→截止阀9→视镜8→电磁阀7→热力膨胀阀6→液体分配器4→空气热交换器3→四通换向阀2→气液分离器12→半封闭双螺杆制冷压缩机1。
与一般的压缩式冷水机组比较，空气源热泵只是在制冷系统管路上多装了一个四通阀。在冬季，系统运行时通过四通阀的转换作用，使夏季运行时的蒸发器变成了冷凝器。相应地，夏季运行时的冷凝器变成了蒸发器，如图2-31所示。在冬季，循环水通过换热器13不断吸收制冷剂放出的冷凝潜热，获得一定的温升，从而可以向系统末端提供空调热量，而达到冬季送暖的目的。
考虑到冬季运行时，蒸发器（冬季）如果用水冷则可能结冻，一般空气源热泵机组都设计成风冷式。由于冬季运行时蒸发器（冬季）的表面温度可能至0℃以下，空气通过时表面结霜，将降低热交换效率，并使翅片间空气阻力增大，故需对蒸发器（冬季）施以除霜处理。目前多采用热气除霜法，也有的采用热气旁通法、电加热法、热源喷淋法等除霜。热气除霜时，蒸发器（冬季）风扇停止运转，系统恢复制冷循环，起动压缩机，制冷剂高温、高压蒸气进入蒸发器（冬季）管排内，待管排表面温度降至8℃时即停止除霜，恢复制热循环，继续供热。
空气源热泵机组常采用往复式或螺杆式压缩机，较少采用离心式压缩机。目前，采用往复式压缩机的装机容量一般为3～30kW（中小型）和17～80kW（大型）两类；而螺杆式压缩机的容量可达85～1000kW。
室外气温高于-5℃时，一般可以选用往复式热泵机组；当室外气温低至-15～-10℃时，则应选用螺杆式热泵机组。
二、地源热泵
地源热泵根据利用地热源的种类和方式不同，可分为以下三类：土壤源热泵（GCHP）、地下水热泵（GWHP）、地表水热泵（SWHP）。
地源热泵供暖空调系统是一种利用地表以下百米范围内的浅层地热资源，通过吸收大地的能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源，通过热泵的作用，冬季从大地或水体中吸收热量，夏季向大地或水体中放出热量，由热泵机组向建筑物供冷、供热。
地源热泵系统解决了空气源热泵供暖时受冬季室外空气温度条件的限制，拓展了热泵机组的应用领域，减少了能源浪费。
大多数地源热泵机组同普通冷水机组的制冷剂流程相同，只不过是冬季时，机组通过蒸发器向地热源吸收热量，通过机组冷凝器供给建筑物热量；夏季时，机组将冷凝器产生的冷凝热放热的地热源，通过机组蒸发器向建筑物供给冷量。
土壤源热泵以大地作为热源和热汇，热泵的换热器埋于地下，与大地进行冷热交换。根据地下热交换器的布置形式可分为垂直埋管、水平埋管和蛇形埋管三类。
地下水热泵通常采用水-水板式换热器，一侧走地下水，一侧走热泵机组冷却水。早期地下水系统采用单井系统，即将地下水经过板式换热器后直接排放；现多采用双井系统，一个抽水井，一个回灌井。地下水热泵系统的造价低于土壤源热泵系统，且水井紧凑、占地小，技术也比较成熟，但可供使用的地下水资源有限，而且要注意水处理。
地表水系统可分为开路系统和闭路系统，寒冷地区只能使用闭路系统。地表水系统有造价低廉、能耗小、维修率低、运行费用低等优势，但设备容易损坏。
三、热泵机组的优点
用热泵机组供暖，其供热性能系数（供热量与输入功的比值）可达到3～4。也就是说，用热泵得到的热量是消耗电能热量的3～4倍。提供同样数量的热，热泵远比电热器经济。热泵机组供暖，不但热效率高，而且能避免锅炉供热和其他燃料燃烧供热对环境的污染。
此外，热泵能实现一机两用，对简化空调系统、节省投资和运行费用、方便运行管理和减少设备保养工作量都大有裨益。