1852年英国物理学家William Thomson (Lord Kelvin)提出热泵原理，不久,奥地利的Peter Ritter von Rittinger pres发明了个全功能型热泵。 1859年法国人Ferdinand Car-ré发明了台氨吸收式制冷机（Laue 2002 ）。由于近年来，热泵技术日趋成熟，因而被广泛应用于住宅域。本文将介绍不同类型的热泵循环和制冷剂及其各自的优势。

热泵循环

基于19世纪热泵的次研发，热泵技术设施有了进一步的发展。其主要区别在于压缩原理和所使用的动力。但是，各种不同类型的热泵技术的工作原理基本都相同，即都是从温度较低的自然源吸收低品位热能，然后通过消耗电能或热能，将热能转移到需要高品位热能的装置。热泵能源效率的性能一般用制热性能系数（COP）来评价。该系数定义为由低温物体传到高温物体的热量与所需的动力之比。根据热力学第二定律，性能系数随着热源和散热器之间温差的增加而减小。根据热泵应用(技术)的不同，不同热泵适用的域也不相同。图1列出了主要的工业热泵类型。

热泵可以由热能驱动，也可以由机械能驱动。驱动方式决定了二氧化碳排放量及热泵的生态效益。与直接燃烧化石燃料相比，为了体现热泵的生态效益，热泵的制热性能系数(COP)必须高于使用一次能源来驱动。即由化石燃料直接驱动的热泵，其性能系数(COP)必须大于1，而电能驱动热泵的性能系数(COP)必须高于2.6。燃煤发电在德国总电力生产中占较高比例，因此德国的一次能源使用系数相对较高。

过去几年，由于可再生能源在能源消费中的比例不断攀升，所以制热性能系数已经从3降至2.6 (BMWi 2010)。由于德国计划到2020年将可再生能源发电比例提升至35％，则德国电力结构中一次能源使用系数会进一步降低至1.78 (BWP 2012)。

闭式循环吸收式热泵（CCA）

闭式循环吸收式热泵使用的是二元混合物，其中一个组分是挥发性物质，另一组分是非挥发性物质。常见的二元混合物组合是水/溴化锂和氨/水。在热泵循环中，挥发性组分吸收蒸发器中的低温热源，进入吸收器，热量被非挥发性组分吸收，然后释放中品位的可用热能，之后两种组分的混合物被泵送到发生器中。挥发性的组分受热蒸发，而所需热量可以通过燃烧化石燃料或利用废热获得。蒸发后的挥发性组分进入冷凝器，在中温下放热冷凝，冷凝后经过膨胀阀，被送回到蒸发器，而非挥发性组分则被直接送回吸收器，并关闭系统环路。由于吸收式热泵只有少数运动部件，因此系统维护要求低。此外，它还可以通过余热驱动，这也是该技术也对于二氧化碳减排有积影响。但是，与闭式循环压缩式热泵相比，吸收式热泵技术更复杂，且需要做更多的工作才能实现在工业过程中的应用，因此所需投资量更多。

热力蒸汽再压缩（TVR）

热力蒸汽再压缩热泵由高压蒸汽和喷射器驱动，因此，通常也简称为喷射式热（Berntsson 1997）。作为动力流体的高压蒸汽通过喷嘴并吸收来自蒸发器的蒸汽，混合蒸汽膨胀，使其速度转化为压力势能。之后，进入冷凝器，部分蒸汽冷凝将热量传给散热器流体。之后，蒸汽和冷凝水分离， 冷凝水排出系统，而蒸汽则进入蒸发器并从热源流体吸收热量。热力蒸汽再压缩式热泵没有运动部件，维护要求低 ，系统工作的必要条件是高压蒸汽和作为动力流体的高温气态热源。系统温升非常小，一般小于20 K。

机械式蒸汽再压缩（MVR）

与热力蒸汽再压缩热泵相同，机械式蒸汽再压缩热泵也直接利用水蒸汽等气体热源。直接将流体通过机械压缩机压缩至较高的温度 ，然后将热流体直接用于工业过程或与热交换器换热将热量传给散热器。使用机械式蒸汽再压缩热泵时，我们假设热源流体已经是气态流体，即这是一个高温热源。其典型工作条件是热源温度超过80℃，温升约为20K （Berntsson 1997）。机械式蒸汽再压缩热泵的压缩机可以由电动机或内燃机驱动。

闭式循环压缩式热泵（CCC）

闭式循环压缩式热泵的工作原理与机械式蒸汽再压缩热泵相似，不同之处是闭式循环压缩式热泵不直接利用热源流体。闭式循环压缩式热泵（CCC）由于运用中介制冷剂循环，所以在使用上比机械式蒸汽再压缩热泵更灵活。此外,CCC也不需要气态热源。制冷剂吸收低温热源的低品位热能，在蒸发器中蒸发，然后在压缩机中压缩到较高的温度和压力，随后，高温的制冷剂进入冷凝器冷凝并将热量释放给散热器，冷凝后的制冷剂通过膨胀阀，压力降低，并再次返回蒸发器，至此完成一个循环。当热源与散热器分离且需要将温度提升至较高水平时，闭式循环压缩式热泵（CCC）将体现它的优势。与机械式蒸汽再压缩热泵相同，闭式循环压缩式热泵的压缩机也可以由电动机或内燃机驱动。这是因为，使用电动机不会带来局部的废气排放，而如果由内燃机驱动，则闭式循环压缩式热泵又可以利用内燃机的余热 ，获得更高的温度。

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