图3-1 压缩式热泵系统
1－压缩机；2－冷凝器；3－膨胀阀；4－蒸发器
衡量压缩式热泵的性能指标是“致热系数”，即“性能系数”COP（Coefficient of Performance）。它是指热用户得到的热量与消耗外功之比，即
如热泵完全可逆，即按逆卡诺循环1-2-3-4-1进行，如图3-2所示，则此时的致热系数最大，即
实际上由于传热必然存在温差，工质向室内放热时的冷凝温度T1高于TH，从采暖热源吸热时的工质温度T2低于TL。如果按工质实际工作温度范围（T1－T2）计算其最大的致热系数，则为
由上式可知，如果（T1－T2）越小，或T2/T1越大，则越大。将趋于无穷大。这说明热泵所能提供的热量在数量上是超过所消耗的功的。并且，当转移热量的温差越小时，它的效果越大。就这点来说，利用热泵采暖是最合适的。
实际的热泵除有传热不可逆损失外，由于在压缩机及膨胀阀中也存在着不可逆损失，所以实际致热系数将小于理论值，即
＜＜在确定了热泵的工质、热力循环参数及压缩机的效率后，可以利用工质热力学性质图表，计算出实际致热系数值
式中 ——热泵有效系数。
3.2 压缩式热泵的（火用）分析
对热泵的（火用）分析，其（火用）流图如图3-3所示。图中斜线部分表示（火用）流，其余部分为（（火无））流。如果冷源的温度TL高于环境温度T0，则热泵所吸取的热量Q2中，含有少量的（火用），其（火用）值为
Q2＝(Q1－W)热泵提供给室内的热量Q1所具有的（火用）为
Q1图3-3中，A为热泵内的各项（火用）损失之和。B为工质向室内传热时，由温差（T1－TH）造成的（火用）损失。总（火用）损失为∑Ii。（火用）的损失系数为
＝∑i根据前面的（火用）平衡关系式
W＝ExQ,H－ExQ,L＋∑Ii
将前面几个式子的关系代入上式后经整理得
Q1实际致热系数为
＝由上式可知，实际致热系数的。（火用）损失越大，则实际致热系数值越低。
热泵的（火用）效率e,H可表示为
＝1－由上式可知，热泵（火用）效率e,H是包括了传热温差（火用）损失在内的有效系数，e,H将小于热泵有效系数。
4 供暖系统中应用热泵的（火用）分析采用热泵供热是从室外（大气、水和大地等）中取得热量向室内供暖。它能提供的热量大于消耗的电能。相比其它的采暖方式，热泵供热存在着很大的优势。
4.1 节约电能
我们平常的冬季采暖要求室温维持在20℃左右。如果直接用电加热器采暖，在用能上是最大的浪费。因为电加热器虽然能将电能全部转换成热能，1kW·h也只能产生3600kJ的热。如果采用电动热泵，由于其致热系数远大于1，因此可以向室内提供几倍于电量的热量。例如，如果室温TH为20℃，室外气温T0为-5℃，设它们与工质的传热温差为5℃，则
＝11.72 ＝8.51假设热泵有效系数为
＝＝0.6×8.51＝5.1这说明可以提供消耗电力5倍多的热量。换言之，在提供相同热量的情况下，利用热泵采暖可以节约80％的电力。
从能量的合理利用角度来看，消耗的电能W转换成热能后，提供给室内的热量（火用）为ExQ，其（火用）效率e,H为
＝0.085由上式可知，在电加热过程中有91.5％的高级电能转变为（（火无））。而热泵的（火用）效率e,H为
＝0.43为电加热的5.1倍。热泵将环境中的大量（（火无））转移到了室内加以利用，所以减少了（火用）的消耗，合理地利用了能量。
4.2 提高采暖余热的利用率
余热的有效利用程度与它的温度水平有关，大量的余热由于温度水平过低未能被直接加以利用。而热泵可以提高热能的温度水平，如果将余热源作为热泵的采暖热源，热泵从余热源吸热后向外供出更高温度的热能，以满足用户的需要，使采暖热能得到了有效利用。因为采暖余热源的温度高于环境温度，减少了热泵的温升（TH－TL），从而提高了热泵的致热系数，最终节约了电能的消耗。文献[3]也从（火用）和热经济学的角度对此作了详尽阐述。
4.3 其他
除低温余热外，还可利用太阳能、地热能、地下水等作为热泵的低温热源，构成一套总和用能系统，是有效利用自然界的可再生能源、改善人类生活环境的很有前途的措施之一。此外，热泵供热与锅炉供热相比，也可节约燃料，具体可参阅文献[2]的相关内容。
5 结束语由上文可以看出，（火用）分析可以帮助我们找到更好更合理的采暖方式。总体来看，（火用）分析比能量分析更能分析事物的本质，对不同品质的能有了同一的量度标准。（火用）分析的作用主要有三点：①合理评价能量有效利用程度；②科学诊断各项能量损失的大小及比例；③指导正确的节能方向。随着（火用）分析法的发展，目前正在形成一门新的学科——“热经济学”，它为设计整个系统最优提供了一条新途径。
此外，我们可以看到，热泵能够使采暖热能得到有效利用，达到节约能源、提高能源利用率的目的，应该受到我们的高度重视。目前热泵不仅是在采暖方面，而且还在干燥、蒸馏、蒸发等方面得到了广泛应用，并取得很好的经济效益。我国是一个能源并不富裕的国家，有着辽阔的采暖区域，同时也大量存在着可供利用的低位热源。发展热泵技术为解决工业和民用对100℃以下用能的需要，节省高位能量的消耗，将会有广阔的前景[4]。
参考文献[1] 朱明善，林兆庄，刘颖，彭晓峰．工程热力学[M]．北京：清华大学出版社，1995
[2] 汤学忠主编．热能转换与利用（第二版）[M]．北京：冶金工业出版社，2002
[3] 蔡祥兴，杨东华．热泵系统的（火用）分析和热经济学分析[A]．教育部高等学校工程热物理学科协调组编．工程热物理论文集[C]．北京：科学出版社，1988，45-50
[4] 徐邦裕，陆亚俊，马最良编．热泵[M]．北京：中国建筑工业出版社，1988
