熱泵中央空調系統(tǒng)的原理和主要特點：
1. 熱泵原理熱泵(制冷機)是通過作功使熱量從溫度低的介質流向溫度高的介質的裝置。熱泵與制冷機的工作原理和過程是完全相同的，從熱力學的觀點看都是熱機工作過程的反循環(huán)。熱泵與制冷機在名稱上的差別只是反映了在應用的目的上的不同：如果以得到高溫的熱量為主要目的，則一般稱為熱泵，反之則稱為制冷機。
2. 主要特點建筑的空調系統(tǒng)一般應滿足冬季的供熱和夏季制冷兩種相反的要求。傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)通常需分別設置冷源(制冷機)和熱源(鍋爐)。燃煤鍋爐是最主要的大氣污染源，中小型燃煤鍋爐在城市中已被逐步淘汰;燃油和天然氣的鍋爐雖然減輕了對大氣的污染，但排放的溫室效應氣體(CO2)仍造成環(huán)境問題，而且運行費用很高。
3.建筑空調系統(tǒng)由于必須有冷源(制冷機)，如果讓它在冬季以熱泵的模式運行，則可以省去鍋爐和鍋爐房，不但節(jié)省了很大的初投資，而且全年僅采用電力這種清潔能源，徹底解決了大氣污染的問題。此外，采用熱泵空調系統(tǒng)還可以兼顧生活熱水供應，特別在制冷(空調)工況下可利用制冷的廢熱加熱熱水，不需額外消耗能量。采用熱泵為建筑物供熱可以大大降低一次能源的消耗。通常我們通過直接燃燒礦物燃料(煤、石油、天然氣)產(chǎn)生熱量，并通過若干個傳熱環(huán)節(jié)最終為建筑供熱。在鍋爐和供熱管線沒有熱損失的理想情況下，一次能源利用率(即為建筑物供熱的熱量與燃料發(fā)熱量之比)不可能超過100%。如果先利用燃燒燃料產(chǎn)生的高溫熱能發(fā)電，然后利用電能驅動熱泵從周圍環(huán)境中吸收低品位的熱能，適當提高溫度再向建筑供熱，就可以充分利用燃料中的高品位能量，大大降低用于供熱的一次能源消耗。
4.供熱用熱泵的性能系數(shù)，即供熱量與消耗的電能之比，現(xiàn)在可達到3~4;火力發(fā)電站的效率可達35~58%(高值為燃氣聯(lián)合循環(huán)電站)。采用燃料發(fā)電再用熱泵供熱的方式，在現(xiàn)有先進技術條件下一次能源利用率也可以達到200%以上。用電熱設備(例如電暖氣、電鍋爐，電輻射采暖)也可以把電能轉變?yōu)闊崮?，為什么還要用熱泵呢?由于用電阻加熱設備把電能轉化為熱能的性能系數(shù) (COP) 為1，而在火力發(fā)電廠中由燃料的化學能轉化為電能總的效率約為32-50%;因此這種電阻加熱方式總的一次能源利用率很低，是不經(jīng)濟的。
空調熱泵的分類及其優(yōu)缺點以建筑物的空調(包括供熱和制冷)為目的的熱泵系統(tǒng)，其一個熱源就是建筑物內部的環(huán)境，就其另一個熱源的性質來分，現(xiàn)在常用的有空氣源熱泵、地下水源熱泵和地源熱泵等幾大類。在冬季供熱工況下，室外空氣、水或大地中的低品位熱量通過熱泵做功而提高溫度以對建筑物供熱。
1. 空氣源熱泵空氣源熱泵利用室外的空氣作為低溫熱源，系統(tǒng)最為簡單，因而初投資最省，現(xiàn)有的家用冷暖空調器就是這樣的空氣源熱泵?？諝庠礋岜玫娜秉c是室外空氣溫度越低時供熱量越小，特別是當空氣溫度低于 -5℃ 時熱泵就難以正常工作，需要用電或其他輔助熱源對空氣進行加熱，熱泵的效率大大降低。此外，空氣源熱泵的蒸發(fā)器上會結霜，需要定期除霜，也損失相當大一部分能量。
2. 地源熱泵一種熱泵利用大地作為熱泵系統(tǒng)的熱源的技術，可以稱之為“地源熱泵”，或“地埋管地源熱泵”。由于較深的地層中在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，遠高于冬季的室外溫度，又低于夏季的室外溫度。因此地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術障礙，且效率大大提高。此外，冬季通過熱泵把大地中的熱量升高溫度后對建筑供熱，同時使大地中的溫度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用;夏季通過熱泵把建筑物中的熱量傳輸給大地，對建筑物降溫，同時在大地中蓄存熱量以供冬季使用。這樣在地源熱泵系統(tǒng)中大地起到了蓄能器的作用，進一步提高了空調系統(tǒng)全年的能源利用效率。據(jù)測算，采用地源熱泵供熱時在濟南地區(qū)的住宅在一個采暖季節(jié)的供熱費用可在10元/m2以下，約為采用電鍋爐或天然氣鍋爐供熱時的費用的1/3。夏季空調的電耗也大大減少。簡要的說，地源熱泵空調系統(tǒng)主要優(yōu)點是：環(huán)保節(jié)能，可持續(xù)發(fā)展;一機多用，節(jié)省建筑空間，無需冷卻塔和室外風冷部分，對建筑外觀影響小;運行費用低，投資回報快;全年運行，均衡用電負荷。現(xiàn)在在國外得到較為廣泛應用的地源熱泵系統(tǒng)采用介質流經(jīng)埋在地下的管子與大地(土壤、地層、地下水)進行換熱的模式。
3.地源熱泵(Ground-Source Heat Pump)的概念最早出現(xiàn)在1912年瑞士的一份專利文獻中，在20世紀50年代就已在一些北歐國家的供熱中得到實際應用。由于石油危機的影響，地源熱泵在上世紀70年代得到較大的發(fā)展，但此時主要采用水平埋管的方式。水平埋管占地面積大，而且水平埋管的地熱換熱器受地表氣候變化的影響，效率較低。因此這種水平埋管的地源熱泵空調系統(tǒng)不適合中國人多地少的國情。
自上世紀80年代以來在北美也形成了利用地源熱泵對建筑進行冷熱聯(lián)供的研究和工程實踐的新一輪高潮，技術逐漸趨于成熟。這一階段的地源熱泵主要采用豎直埋管的換熱器，埋管的深度通常達60～200米，因此占地面積大大減小，應用范圍也從單獨民居的空調向較大型的公共建筑擴展。國外在開發(fā)豎直埋管換熱器時對保護地下水資源不受污染給予了高度的重視。在鉆孔、下管以后，再用水泥、膨潤土等材料把井筒密封，杜絕了地面污染物進入地下水層或各地下水層之間互相貫通的可能性。
