更新时间：2023-04-05 20:21
热泵(热学 pumps)是一种能源利用设备，可以从低温物体抽取热量给高温物体。
热泵一词借鉴于“水泵”，自然界的水从高处流向低处，水泵则可以将水从低处送到高处。根据热力学第二定律，热量总是自发地从高温物体流向低温物体，把具有将热量送到更高温度物体这一功能的设备，形象地称为热泵。
热泵的诞生可以追溯到19世纪20年代，卡诺循环的发现为热泵研究奠定了理论基础。第一个热泵系统在1852年由汤姆逊提出(Thomoson)，经过曲折的发展后，最终在1930年由霍尔丹(Haldane)研制出实用可行的热泵设备。这一装置也被视为现代蒸汽压缩式热泵的原型，它主要由压缩机、冷凝器、节流部件、蒸发器四大件以及辅助部件构成。随着后面的发展，热泵的结构也不断得到丰富和改进，出现了以溶液回路和喷射器等结构来代替压缩机的吸收式热泵和蒸汽喷射式热泵。热泵的应用范围也由早期的采暖供热随之覆盖到工农业产品的干燥，海水淡化，化工蒸发蒸馏等。
1824年卡诺循环的发现，为热泵的诞生奠定了理论基础。1852年汤姆逊(Thomoson)最早提出一种热泵系统的设想，那时称为“热量倍增器”。
热泵的理论虽然在19世纪中叶就被人们提出，但受到能源和技术地限制，热泵的发展并不顺利，直到20世纪20年代之后，热泵才真正地诞生并投入使用。
直到20世纪20年代初期，克劳斯(Krauss)和摩尔利(Morey)对汤姆逊提出设想重新进行论述，并加以完善相关理论。
1927年，霍尔丹(Haldane)在苏格兰利用氨作为工质，安装使用了首台热泵装置——一台可用于室内供暖和给水加热的热泵，这一装置也被视为现代蒸汽压缩式热泵的原型。加上20世纪30年代世界范围的经济困难，给欧洲热泵的发展带来了必要的刺激。
1941年前后，欧洲地区的学校、医院、牧场等场合大量应用各种热泵装置，标志着热泵技术进入快速发展时期。此后的20多年，出现了诸如土地热源热泵，燃气供热源热泵，制热制冷两用的热泵机组等等，热泵也进一步投入大型商业建筑的热回收系统中。
1971年，美国的热泵年产能已经超过8万台，随后的发展中，日本，德国，瑞典，芬兰等在热泵产能、运行数量等方面都得到飞跃式进步，标志着热泵技术进入成熟期。1992-1994年，国际能源机构对25个国家的调查分析显示，全世界安装运行的热泵数量超过5500万台。而随着能源与环境危机，热泵技术的使用对于缓解能源压力和环境问题都不断发挥着积极作用。
热泵一般由压缩机、冷凝器、节流部件、蒸发器以及辅助部件构成。
功能：吸入来自蒸发器的高温低压工质，将其压缩成高温高压工质。
类型：按工作原理分为容积式和离心式；按密封型式分为全封闭式，半封闭式，开启式压缩机。
特点：压缩机只有在压缩式热泵系统中才要求存在，在吸收式热泵和蒸汽喷射式热泵中，可以分别用溶液回路或者喷射器来代替。
功能：通常处于供热端，是热泵向用户传输热量的直接装置。它接收来自压缩机的高温高压工质，利用载热介质释放热量给供热端，并使工质冷凝成液体。
类型：按结构可以分为管壳式冷凝器，套管式冷凝器，板式冷凝器，螺旋板式冷凝器；
特点：冷凝器本质是一个换热器，其载热介质既可以是液体，也可以是气体。液体作为载热介质的冷凝器结构紧凑，但容易结垢；液体作为载热介质的冷凝器安装使用方便，但体积大，占空间，不适合大规模热泵系统。
功能：节流部件在热泵系统中一方面是作为阻力元件，对从冷凝器出来的低温高压工质进行降压；另一方面是充当流量调节元件，使得压缩机吸气量、冷凝器排热量、蒸发器负荷三者相匹配。
特点：毛细管结构简单，价格便宜，但调节能力弱，容易堵塞；热力膨胀阀调节范围大，价格较低，但缺乏对流量的补偿能力；电子膨胀阀最大的优点是优异的调节能力，但价格昂贵。
功能：从低温热源吸收热量，使经过节流部件的低温低压工质蒸发；
类型：按结构可以分为管壳式，套管式，板式，螺旋板式蒸发器；
特点：本质也是一个冷却器。因此与冷凝器特点相近，但由于处在低温端，所以需要一定的防冻措施。
四通换向阀：在压缩机、冷凝器、蒸发器的管道之间切换，使热泵同时具备空调制冷的功能。
干燥过滤器：由除去热泵中水分的干燥器和除去杂质的过滤器组合在一起。
气液分离器：从蒸发器出来的工质不一定是“干气”，可能混有液滴，对压缩机会有较大影响。通常设置在蒸发器和压缩机之间。
油分离器：压缩机的润滑油可能混入工质蒸汽中。通常安装在压缩机后面或者冷凝器前面。
储液器：通常设置在冷凝器之后，储存冷凝器出来的液体工质，用以适应工况变化。
电磁阀：设置在节流部件前面，防止停机时，大量液态工质进入蒸发器，导致压气机启动时吸入液体产生液击。
高低压控制器：串联在压缩机控制电路中，防止压缩机工况压力过低或者过高产生安全隐患。
热泵装置和制冷装置的工作原理没有本质的区别，实质都是逆向工作的热机，遵从基本的热力学定律。根据热力学第二定律，向热泵输入一定的驱动能量W，热泵就可以通过热力循环从低温物体抽取一部分热量，传给高温物体更高的热量。这三者又满足能量守恒定律，即。热泵的热力热力学循环常用逆向卡诺循环和亨德里克·洛伦兹循环表示。
热泵的性能系数(coefficient of performance，COP)是评价热泵节能性能最重要的指标之一。
定义：在评价热泵效能的时候，采用高温处得到的有用热量同它所消耗的外W的比值( )来评价，一般把这一比值称为热泵的性能系数，术语常用符号COP表示。用如下公式表示：。
特点：无论得大小，COP都是大于0的，而COP越大，表示消耗的一定的功W，产生的有用热量越多，热泵的性能越好。
热泵的制热季节性能系数（heating seasonal performance factor，HSPF）是用来评价热泵用于某一地区在整个采暖季节运行时的热力经济性的参数。
定义：HSPF定义为整个供热季节热泵供热量与整个供热季节总输入能量之比。公式表示为。
特点：热泵的制热季节新能系数除了与不仅与热泵本身的设计和制造情况有关，还与热泵的热源、供热负荷系数、热泵的运行特性等有关。
热泵能源利用系数E是指热泵对于能源的利用效率。
定义：能源利用系数E定义为供热量与热泵运行时消耗的一次能源的总量之比。公式表示为。
特点：能源利用系数E不仅与热泵的种类和型号有关，而且不同的能源(电能，油气等)驱动同一台热泵时，热泵对能源的利用效率也有有所出入。使用能源利用系数E可以进一步对热泵的节能效果来评估。
热泵进行的热力过程时不可逆过程，将过程的不可逆损失称为损失，引入㶲效率可以反应㶲损失的大小。
定义：热泵的㶲效率定义为收益㶲和输入热泵消耗的能量㶲的比值。用公式表示为。
特点：㶲效率越大，说明系统的㶲损失越小，热力过程的不可逆损失也越小。
构成：压缩式热泵一般由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器四部分构成。
驱动方式：压缩式热泵的驱动方式主要为压缩机，它利用压缩机实现对蒸汽的加压驱动。具体工作过程为：蒸发器吸收低温端热量产生高温低压蒸汽，被压缩机压缩形成高温高压蒸汽，进一步在冷凝器中释放热量给供热端，产生的低温高压乏气在通过节流部件后回到蒸发器，工质在系统中不断循环，实现连续工作。
特点：压缩式热泵依据工质又可以分为蒸汽压缩式和空气压缩式，二者的区别在于有蒸汽压缩式利用冷凝过程来交换热量，可以实现更大的功率。
构成：吸收式热泵与压缩式热泵相近，它使用一个溶液回路代替压缩机，溶液回路由吸收器，溶液泵、发生器及溶液节流阀等部件所组成。
驱动方式：它通过在溶液回路中消耗热能来实现对蒸汽的压缩，具体过程为：溶液回路的蒸发器吸收来自蒸发器的高温蒸汽，由溶液泵送到发生器，发生器吸收外界热量使工质蒸汽沸腾，形成高温高压蒸汽。余下的热力过程和压缩式热泵一致。
特点：可以利用低温热源，如工厂的废汽和废热作热源，转动部件少，耗电量少，无噪声；但热效率低。
构成：使用喷射器代替压缩机来驱动系统工作，喷射泵由喷嘴、混合室、扩压管组成。
驱动方式：热泵工作时，来自锅炉等蒸汽发生器的高压蒸汽，经喷嘴降低压力而获得很高的速度，高速蒸汽抽吸蒸发器中的工质蒸汽使其高速流动，从而实现对工质的压缩。其余过程也与压缩式热泵相同。
特点：靠消耗热能来提取低位热源中的热量，结构简单、几乎没有机械运动部件、价格低廉、操作方便、经久耐用，但热泵性能系数低。
热电式热泵：它利用帕尔帖效应——即在两种不同导体联成的回路中通以直流电，则在一个结点处变冷，另一结点处变热；用电流驱动热能从低位热源转移到高位热源。
化学热泵：它利用一些化学效应能吸收和释放热量的原理，先将低位热能转化为化学能储存，再将储存的化学能转移到高位热能。
优点：空气，可以取之不尽，用之不竭，而且空气热源热泵装置的安装和使用也都比较方便。
缺点：不稳定——受室外气温影响较大，而且室外温度低的时候，热泵产生的热量越少；
制热性能和可靠性差——当室外温度过低的时候，冷却器表面可能会结霜，从而影响热泵的可靠性和制热能力；装置规模大，噪声大——空气的比热小，需要较大规模的风机提供足量的空气，因而装置规模和噪声较大。
优点：水的热容量大，传热性能好，所以换热设备较紧凑；水温较稳定，因而使热泵的运行工况较稳定。
缺点：热泵装置必须靠近水源，或设有一定的蓄水装置；其次，对水质也有一定的要求，应进行水质分析后采用合适的冷却器材质，以防止出现腐蚀问题。
优点：土壤的温度变化不大，并有一定的蓄热作用，换热器基本上不用除霜，而且以土壤作热源的热泵装置可不用风机，以减少噪声。土壤热源热泵的工作状况与土壤的性质有关，而土壤的性质随着地区的不同以及季节的变化而变化。全年地温波动较小，冬季土壤温度比空气温度高，因此热泵的制热性能系数较高。
由于土壤的温度波动较小，并且具有一定的储热功能，因此该热泵具有很高的制热性能系数。另外，在使用土壤作为热源时，可以不使用风扇，几乎不产生噪音。
缺点：①由于土壤传热系数小，所以需要消耗大量金属，来增加换热面积，来提高与土壤的传热。②泥土会侵蚀金属换热管，所以需要额外进行防锈处理。
优点：太阳能具有取之不尽用之不竭、无污染、清洁的优点；并且太阳能热泵系统不需要除霜装置，结构简便，具有很高的收集率。
缺点：投资大。
按设备的集中程度：集中式系统——由热泵站集中向区域供热的热泵；分散式系统——为单独的房间或者楼层专门供热的热泵，其机组通常安置在房间内。
按用途分类：热泵可分为民用热泵、工业用热泵、农业用热泵等。
按供热温度分类：热泵可分为低温热泵与高温热泵。
按能源品位分类：热泵可分为第一类热泵、第二类热泵。
按功能分类：热泵可分为单纯制热的热泵、交替制冷与制热式热泵、同时制冷与制热热泵。
按压缩机分类：热泵可分为活塞式、涡旋式、滚动转子式、螺杆式、离心式热泵。
热泵最常用的一项应用就是为居民、商业楼宇提供热泵，并且为了提高热泵的运行经济性，通常是使用兼备制热和制冷功能的热泵系统。
农业生产中，往往有许多湿物料（如木材，纸张、谷物、茶叶、鱼类）需要干燥，通常在生产过程中，采用加热空气和强制通风来加速干燥过程，而干燥工艺的耗能是巨大的。采用热泵干燥系统可以节省大量能耗，并且还可以实行低温干燥。
在缺少或者没有天然淡水的地方，海水淡化技术显得非常重要，海水淡化不仅需要消耗大量的热量用于水的加热蒸发，而且还需要冻结过程来分离盐水和冰。使用开式热泵循环，一方面可以维持冷冻室的负压，用于形成盐水和冰，另一方面还可以提供热量热化并形成水蒸气。
制盐、制糖、牛奶浓缩、化学母液蒸发等工艺，都是以加热使水蒸发为基础，所消耗的能量是非常巨大的。这些工艺过程可以非常好得与热泵循环结合，发挥出非常高的性能和优越的经济性。