热泵作为一种高效清洁的采暖装置,在节能减排和治理雾霾中有重要作用。当前,在“京津冀”地区家用供暖设备“煤改电”中更是扮演着重要角色。家用供暖的空气源热泵主要采用两种型式:水循环式和制冷剂直接冷凝式。水循环式空气源热泵系统有两种安装方式,一种将室内换热器置于室内,称为分体式;一种将室内换热器置于室外,称为整体式,分体式安装是主流安装方式。水循环式热泵在实际使用中存在设备辎重大,安装维修不便等问题。特别是水路的防漏防冻一直给热泵用户带来困扰。近几年,市场上出现了利用空气源热泵将制冷剂直接送入室内的供热系统,称之为空气源热泵热风机。空气源热泵热风机的供热末端置于室内地面上,压缩机排出的高温高压制冷剂直接通过翅片式换热器和风机将热量传递给室内。但这种机器不适宜做成一台主机带多个室内机的型式。辐射采暖与常规的以对流散热为主的散热器采暖相比,具有舒适性好、室内温度分布均匀和维护管理方便等优点,目前常用的辐射采暖方式主要有地板辐射采暖和暖气片辐射采暖。特别是对于我国北方地区家庭供热改造工程,暖气片采暖最为便利。为进一步提升传统热泵的能效水平,改善其在推广中遇到的诸如系统复杂、能效水平低等实际问题,本文提出热泵/热管复合式供热装置,采用理论计算和实验的方法研究其循环机理、工作特性和设计方法。具体的研究内容如下:(1)热泵复合热管工作条件下,热管散热末端相变辐射传热及理论。建立热管散热末端的传热过程模型,详细研究其自然对流传热和辐射传热随工况的变化规律。根据计算辐射散热量占总散热量的62%~76%,对流热量占总散热量的24%~38%。(2)结合蒸汽压缩式热泵的工作曲线,研究热泵与热管式散热装置联合工作特性。研究热管散热末端与热泵冷凝器工作特性之间的匹配特性,找到系统的最佳工况点。(3)实验研究了不同工质和不同充注比率下的热管散热器的散热性能。热泵热管复合式辐射供热系统启动后,热管散热器随之启动,热管表面温度与热泵冷凝温度之间的温度梯度在30分钟内逐渐减小并趋于稳定。稳定状态下冷凝温度与热管表面的温差小于1.5℃。系统稳定运行后,散热器表面温度最大和最小值之间温差小于2℃。(4)热管内工质的筛选与充注量的优化。详细研究不同工质充注量对热管的散热特征及整个系统的制热性能影响规律,解析其工质迁移规律,能量传递及转化规律及其相互作用机制,找到最佳的工质匹配和热管内工质的最佳充注比率。实验证明,R32获得最高的制热COP,R134a获得最高的制热量;在室内温度为20℃,室外温度为-20~5℃时,热管散热器充注R32时系统制热COP范围为2.37~4.36。(5)研制热泵/热管复合供热装置原型机。基于普通节流装置和电子膨胀阀节流装置分别建立实验装置,全面实验研究其循环特性和换热规律,用实验结果校验和修正模拟模型,并进一步完善设计理论和方法。在上述研究的基础上,归纳出热泵/热管复合供热装置的设计理论和方法。推广应用热泵型空调器这种高效清洁的采暖设备或方式,替代传统的燃煤(气)采暖,是从根本上治理雾霾的技术措施。研究的成果有望为雾霾天气提供一种有效的治理措施,并践行“依靠技术进步推动治霾”的理念。