更新时间：2024-09-20 23:39
空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置，是热泵的一种形式。这种装置既可用作供热采暖设备，又可用作制冷降温设备，从而达到一机两用的目的。热泵起源于欧洲，1917年德国首次成功制作了热泵设备，日、美、澳等发达国家均投入了大量的资金致力热泵的开发应用。中国的空气源热泵（亦称风冷热泵）的研究、生产、应用在20世纪80年代末开始有了较快的发展，目前的产品有家用热泵空调器、商用单元式热泵空调机组和热泵冷热水机组等。
空气源热泵主要由压缩机、膨胀阀、蒸发器与冷凝器组成。主要分为空气/空气型热泵技术和空气/水型热泵技术。广泛应用于农业、工商业、建筑业等领域。空气源热泵与其他形式热泵系统的耦合是发展的一大趋势。
1852年英国教授汤姆逊(W. THOMSON)首先提出一种热泵设想，称为热量倍增器，该装置用蒸汽机驱动一个吸气缸和一个排气缸，工作介质为空气。装置运行时，外界空气进入吸气缸并在其中膨胀后降低压力与温度；低压、低温的空气从吸气缸排出后进入贮气筒吸收环境的热量后提高温度；温度升高的空气紧接着被排气缸吸人压缩，使其温度进一步升高，最后送至所需采暖的建筑物中。
19世纪70年代，应用这些原理的制冷设备的开发工作得到了迅速发展。在开发制冷设备这一历史时期内，热泵的开发工作却落到了后面，这主要是因为热泵的开发工作主要取决于能源费用和能源有效利用率，同时也取决于各种可能利用其他加热器的使用情况等。当时取暖方式多样化，简单而价廉，因此在技术上对热泵的需求迫切性不大。
20世纪20～30年代，热泵才得到较快的发展。这是因为一方面在这之前工业技术特别是制冷机的发展为热泵的制造奠定了良好的基础；另一方面社会上出现了对热泵的需求。这一期间有代表性的空气源热泵是英国的霍尔丹( Haldane)于1930年在他的著作中报道的，在苏格兰安装了一台可进行试验的家用热泵（1927年），用氨作工质，外界空气为热源，用于采暖及加热水，从运行的热泵装置测得不同输出温度下热泵的性能系数为逆向萨迪·卡诺机理论效率的1/3～1/2。当时霍尔丹已认识到可通过简单的切换用制冷循环来实现冬季供热、夏季制冷的可能性，他还研究了利用废水热量和廉价的低谷电力、带废热回用的柴油机及在低温热源端制冰等问题。在这之后，美国也开始对热泵进行了设计与应用，但能进行试验的装置很少。截至1931年，美国南加利福尼亚爱迪生公司的洛杉矶办公楼将制冷设备用于供热，供热量达1 050kW，制热系数达2.5，这是大容量热泵的最早应用。
20世纪50年代，美国已经批量生产空气源热泵，到20世纪80年代，日本已经大规模生产各种空气源热泵式空调器。
中国是大陆性气候，与全球同纬度国家相比，冬天的温度低，夏天的温度高，需要采用热泵技术应对取暖与制冷问题，以降低能耗。由于经济条件和技术水平的制约，热泵技术在中国发展得比较缓慢。直到20世纪80年代，中原地区还在统计煤电比，认为热泵技术应用节能又节钱的临界点，要达到400：1。在较长的一段时期内，中国的煤价很低，煤电比最多也就是200：1，热泵应用没有经济效益。20世纪90年代，煤价上升得很快，升高到数百元一吨，电价最多涨了一倍多。煤电比差不多是1000：1，所以热泵技术在中国得以发展。
改革开放以后，以引进日本技术和生产线为基础，开始大量生产空气源热泵冷热水机组，热泵的发展十分迅速，热泵技术的研究不断创新，热泵在中国的应用越来越广泛，冷热兼用热泵等新技术和新产品不断问世并得到应用。进入21世纪以来，有热泵功能的房间房间空气调节器在中国市场占约70%的份额。
空气源热泵是指一种利用人工技术，将低温热能转化为高温热能，而达到供热效果的机械装置。空气源热泵由低温热源（如周围环境空气）吸收热能，然后转换为较高温热源释放至所需的空间内。这种装置既可用作供热采暖设备，又可用作制冷降温设备，从而达到一机两用的目的。
压缩机将回流的低压冷媒压缩后，变成高温高压的气体排出，高温高压的冷媒气体流经缠绕在水箱外面的铜管，热量经铜管传导到水箱内，冷却下来的冷媒在压力的持续作用下变成液态，经膨胀阀后进入蒸发器，在蒸发器内液态冷媒迅速蒸发成其气态并吸收大量的热。同时，在风扇的作用下，大量的空气流过蒸发器外表面，空气中的能量被蒸发器吸收，空气温度迅速降低，变成冷气排进空调房间。随后吸收了一定能量的冷媒回流到压缩机，进入下一个循环。
空气源热泵使空气侧温度降低，将其热量转送至另一侧的空气或水巾．使其温度升至采暖所要求的温度。由于此时电用来实现热量从低温向高温的提升，因此，当外温为0℃时，一度电可产生约3.5 kW/h的热量，其效率为350%。考虑发电的热电效率为33%，空气源热泵的总体效率为110%，高于直接燃煤或燃气的效率。该技术目前已经很成熟，实际上现在的窗式和分体式房间空气调节器中相当一部分（即通常的冷暖空调器）都已具有此功能。
按机组容量大小分为小型机组、中型机组、大型机组等。
按机组组合形式分为整体式机组和模块化机组。整体式机组是指由一台或几台压缩机共用一台水侧换热器的机组，模块化机组是指由几个独立模块组成的机组。
空气源热泵分类根据不同的载热介质，空气源热泵分为空气/空气型热泵技术和空气/水型热泵技术。
空气/空气型热泵是在单冷型的房间空气调节器基础上发展而来的，一般来说，其作为夏季空调器的功能较好，热泵功能是辅助型的。通常是用四通阀转换夏季空调工况和冬季供热工况，四通阀也可兼用于冬季除霜工况。在该种热泵中，流经室内、室外换热器的介质均为空气。在制热循环时，室外空气流过蒸发器而室内空气流过冷凝器；在制冷循环时，室外空气流过冷凝器而室内空气流过蒸发器。
空气型热泵的优点十分显著，它不仅在结构设计方面十分简单，而且其安装也十分简便。此外，空气/空气型热泵在运行的过程中通常采用空气来作为运行的载热介质，因而人们在运用空气/空气型热泵时不需要投入大量的资金，降低了运行成本。
在气温比较低的时候如在寒冷的冬季，有一些空气/空气型热泵在运行的过程中会突然停机，热泵也就停止工作。还有一些时候虽然从表面上看这些空气/空气型热泵仍在工作，但是它们吹出来的风却不热，甚至是凉风。此外，空气/空气型热泵的吹风感比较强烈，往往难以带给人们舒适感，热泵的供热温度一般都比较高，这就会使房间的空气变得很干燥，也会给人一种很不舒服的感觉，并且会使室内和室外的湿度相差较大。空气/空气型热泵在具体的运行过程中还需要进行除霜，其在除霜时会发出较大的声音，这也会严重影响人们的生活品质，尤其是人们的休息。
与空气/空气型热泵相同，空气/水型热泵一般也是用四通阀转换夏季空调工况和冬季供热工况，四通阀也可兼用于除霜工况。它与空气/空气型热泵的主要区别在于其室内冷却器不是风冷式而是循环水式。循环水式以水为传热介质，冷凝器可在40龙的冷凝温度下产生35龙的热水，提供给地板采暖，形成从下到上的自然对流，有较好的采暖舒适度，同时也提高了热泵的制热系数。到夏季，将冷水送入室内风机盘管，冷风从上至下，也有较好的舒适度。
空气/水型热泵能够在低温的环境中工作，它主要通过加快压缩机的转速来增加热量；空气/水型热泵采用地板进行散热，所以在运行的过程中人们不会感受到强烈的吹风感，而且房间也不会非常干燥；主要采用水作为载冷剂，因而更加安全可靠。
空气/水型热泵需要在运行中增加工质-水冷却器，这容易使换热器出现结垢等现象；同时空气/水型热泵需要在运行中安装水泵，这就需要用户定期对水泵以及水泵中的水质进行处理，这对用户而言不仅浪费时间还需要花费一定的费用。
中原地区寒冷地区冬季气温较低，而气候干燥。会导致空气源热泵制热量不足、可靠性差甚至机组无法运行，为解决上述问题，出现了双级耦合热泵系统，用空气源热泵冷热水机组制备10~ 20C低温水，通过水环路送至室内各个水/空气热泵机组中，水/空气热泵再从水中汲取热量，直接加热室内空气，以达到供暖目的。为了提高该系统的节能和环保效益，又提出单、双级混合式热泵供暖系统。该系统克服了双级耦合热泵系统在整个采暖期内，不管室外气温多高，都按双级运行的问题。在采暖期内，只有室外气温低，无法单级运行时，再按双级运行。技术特点如下：
(1)与传统的供暖模式相比，它是一种仿效自然生态过程物质循环模式的部分热量循环的供暖模式。
(2)建筑热损失散失到室外大气中，又作为空气源热泵的低温热源使用。可以使建筑供暖节约了部分高位能，同时也不会使城市中的室外大气温度降低得比市郊区的温度还低，从而减轻建筑物排热对环境的影响。
(3)系统通过一个水循环系统将两套单级压缩热泵系统有机耦合在一起，构成一个新型的双级耦合热泵系统。通常可由空气/水热泵+水/空气热泵或空气/水热泵+水/水热泵组成。若前者系统中水/空气热泵还兼有回收建筑物内余热的作用时，又可将前者称为双级耦合水环热泵空调系统。
(4)水/空气热泵直接加热室内空气与水/水热泵间接加热室内空气相比，可以减少热量在输送与转换过程中的损失，同时还可以省掉用户的供暖设备（如风机盘管或地板辐射采暖等）。
在农业领域，传统粮食烘干机的热源大部分为煤和稻壳，燃烧后污染很大。若改用天然气或商品蒸汽作为烘干热源，则会增加粮食烘干的成本，且很多发展农业的地区不具备这种条件，局限性很大，而空气源热泵能够很好地解决以上问题。在烘干领域中，空气源热泵机组具有运行成本低、能源清洁、可设计增加预热回收装置、烘干效果好、效率高和安装简单等特点，但是，空气源热泵设备前期投入较大，而且粮食烘干粉尘较多，还容易受到结霜问题的影响。
在工商业领域中，空气源热泵已经从实验室逐渐走向市场，研究人员设计出了太阳能辅助空气源热泵( Solar Assisted Heat Pump，SAHP）系统。SAHP系统能够将太阳能集热器与空气源热泵耦合成一个集成系统，但是夏季制冷效率较低，多用于冬季制热。因此，研究人员针对夏季制冷不足的问题，提出了正压均流太阳能辅助空气源热泵系统来实现夏季高效制冷。除此之外，空气源热泵还是代替燃油加热炉，是改进油田燃油加热炉技术的有效措施之一。使用空气源热泵可以很好地解决排放问题。
在建筑领域，相变储能双源热泵源耦合系统主要用来为建筑供暖。此系统主要由土壤源热泵、空气源热泵、光伏热(Photo Voltaic Thermal，PVT)空腔和相变储能系统组成。该系统能够通过相变储能水箱及控制系统切换工作模式。当空腔温度适宜时，开启热泵空气源模式，将热量储存在相变储能水箱中:当空腔温度不足时，将能量释放。能源的组合储存利用有效提高了能源使用率，改善了时间上的不连续性，为机组与供暖用户之间起到了很好地缓冲作用，而且可以通过储热缓解寒冷天气供热不足的情况。
随着空气源热泵的发展，越来越多的热泵被应用到日常生活中，如为居民取暖和制成热水器。由于影响空气源热泵性能的主要因素为冷凝温度，冷凝温度越低越机组的运行效率更高，而冷凝温度和采暖末端相关，因此热泵取暖系统的理想末端为地暖等低温末端。目前，空气源热泵在供暖方面联合地板辐射进行供暖已经在青岛市某在建公建项目实现，同时有研究人员对气候补偿技术进行研究。除了供暖，空气源热泵还被应用到了热水器上。
空气源热泵技术大多数的研究和空气源热泵机组样机还都是将热泵的低温适应性及结、除霜问题分开考虑，然而寒冷地区使用的空气源热泵机组也会面临-6～5℃和相对湿度65%以上的气象条件，室外暖气热水器表面结霜也是一个亟待解决的问题。因此将来空气源热泵技术将两者同时加以考虑，研究既能适应寒冷地区气候，又能有适当措施防止或延缓室外冷却器结霜的空气源热泵机组，使空气源热泵机组在全天候条件下高效运行。
除了上述空气源热泵具体技术的发展趋势外，将空气源热泵与其他形式热泵系统的耦合也是目前发展的一大趋势，特别是多能源互补相结合，发挥各种能源的时间、空间优势，做到能量的梯级利用，按需按质用能，将热泵系统与分布式能源系统相结合从而提升整体能源利用率。