《建筑设备节能技术》第五章-热泵节能技术.pptx

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1、热泵节能技术热泵的定义热泵的定义124热泵的工作原理热泵的工作原理3热泵的起源及发展历程热泵的起源及发展历程热泵的评价热泵的评价5.1 5.1 热泵的基本工作原理与评价热泵的基本工作原理与评价 把水由低处提升到高处。把热量从低温处抽到高温处。把热量从低温处抽到高温处。5.1.15.1.1 热泵的定义热泵的定义高位能与低位能高位能与低位能能源因其所处的状态不同，其价值也不同，能量能源因其所处的状态不同，其价值也不同，能量按其按其质质量可划分为量可划分为高位能高位能和和低位能低位能两种。通常以两种。通常以作作功的本领功的本领来描述能量价值的大小。来描述能量价值的大小。例：室温下的例：室温下的4.1

2、868 kJ的热量和的热量和100下的下的4.1868 kJ的热量相比，数量相等，但其质量却不同的热量相比，数量相等，但其质量却不同。5.1.15.1.1 热泵的定义热泵的定义合理地使用高位能的问题是十分重要的。合理地使用高位能的问题是十分重要的。因因为实际的能量利用过程有两个特性：为实际的能量利用过程有两个特性：量的守恒性量的守恒性和和质的贬值性质的贬值性。任何用能过程实质上也可以说成。任何用能过程实质上也可以说成能的量与质的利用过程。要使热能得到合理利用，能的量与质的利用过程。要使热能得到合理利用，必须合理使用高位能，必须做到必须合理使用高位能，必须做到按质用能按质用能。5.1.15.1.

3、1 热泵的定义热泵的定义节约能量的途径节约能量的途径 ，过去认为，过去认为不用能即节能不用能即节能，实际上应该提高能量的利用率，实际上应该提高能量的利用率，“建筑节能建筑节能”应应更准确地表述为更准确地表述为“建筑合理用能建筑合理用能”。5.1.15.1.1 热泵的定义热泵的定义目前目前,标准、论文、书籍中有关标准、论文、书籍中有关“热泵热泵”的定的定义与内涵却各不相同，常给人们一种模糊不清的义与内涵却各不相同，常给人们一种模糊不清的热泵概念。热泵概念。GB50155-99GB50155-99 “热泵热泵”的解释是的解释是“能实现蒸发器和冷凝器功能实现蒸发器和冷凝器功能转换的制冷机能转换的制冷

4、机”。(New International Dictionary of Refrigeration)“热泵热泵”的定义是的定义是“以冷凝器放出的热量来供以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统热的制冷系统”。徐邦裕、徐邦裕、马最良等编马最良等编“热泵热泵”定义为定义为“靠高位能拖动，迫使热量从低靠高位能拖动，迫使热量从低位热源流向高位热源的装置位热源流向高位热源的装置。热泵的原理与应用（郁永章编）热泵的原理与应用（郁永章编）“热泵热泵”是是把处于低位的热能输送至高位的机械把处于低位的热能输送至高位的机械”。制冷工程技术词典（尉迟斌编）制冷工程技术词典（尉迟斌编）热泵解释为热泵解释为“可连续将热量从温

5、度较低的物体可连续将热量从温度较低的物体（或环境）传递给温度较高物体的机械（或环境）传递给温度较高物体的机械”。5.1.15.1.1 热泵的定义热泵的定义把把“热泵热泵”理解为理解为制冷机制冷机、制冷系统制冷系统、装置与装置与机械机械，各不相同。显然热泵不是制冷机，也不是，各不相同。显然热泵不是制冷机，也不是制冷系统，而应该是一种装置或称为机械。热泵制冷系统，而应该是一种装置或称为机械。热泵概念的引出应从概念的引出应从合理的使用高位能合理的使用高位能的角度引出。的角度引出。制冷机可以作为热泵的工作机制冷机可以作为热泵的工作机。因为制冷循环。因为制冷循环既制造了低于环境温度的物质，并从环境温度下

6、既制造了低于环境温度的物质，并从环境温度下的物体中吸取热量，又制造了高于环境温度的热的物体中吸取热量，又制造了高于环境温度的热量，而获得供热效果，形成了所谓的热泵作用。量，而获得供热效果，形成了所谓的热泵作用。把把“热泵热泵”理解为一种装置或机械还不够，而理解为一种装置或机械还不够，而应明确是一种节能装置或节能机械。应明确是一种节能装置或节能机械。5.1.15.1.1 热泵的定义热泵的定义5.1.15.1.1 热泵的定义热泵的定义高位能低位能动力机环境温度工作机高于环境温度的热源供给热用户热泵可以把不能直接热泵可以把不能直接利用的利用的低品位热能低品位热能（如空（如空气、土壤、水、太阳能、气、

7、土壤、水、太阳能、工业废热等）转换为工业废热等）转换为可利可利用的高品位能用的高品位能，从而达到，从而达到节约部分高位能（煤、石节约部分高位能（煤、石油、天然气、电能等）的油、天然气、电能等）的目的。目的。热泵热泵：一种利用一种利用高位能高位能使热量从使热量从低位热源低位热源流向流向高高位热源位热源的节能装置。的节能装置。热泵定义内涵的理解：热泵定义内涵的理解：1 1）热泵是一种节能装置）热泵是一种节能装置：虽然消耗一定的高位能，但供给用户的热量是消虽然消耗一定的高位能，但供给用户的热量是消耗的高位热能与吸取的低温热能的综合。用户获得的耗的高位热能与吸取的低温热能的综合。用户获得的热量永远大于

8、消耗的高位能。热量永远大于消耗的高位能。5.1.15.1.1 热泵的定义热泵的定义2 2）由动力机和工作机组成）由动力机和工作机组成热泵机组热泵机组热泵可设想如右图所示的热泵可设想如右图所示的节能装置（或称节能机械），节能装置（或称节能机械），由动力机和工作机组成热泵由动力机和工作机组成热泵机组。利用高位能来推动动机组。利用高位能来推动动力机力机(如汽轮机、燃气机、燃如汽轮机、燃气机、燃油机、电机等油机、电机等)，然后由动力，然后由动力机驱动工作机机驱动工作机(如制冷机、喷如制冷机、喷射器射器)运转，工作机像泵一样，运转，工作机像泵一样，把低位热能送至高品位，以把低位热能送至高品位，以向用户供

9、热。向用户供热。5.1.15.1.1 热泵的定义热泵的定义高位能低位能动力机环境温度工作机高于环境温度的热源供给热用户3 3）热泵既遵循热力学第一定律（）热泵既遵循热力学第一定律（“量量”），），热量在热量在传递和转换过程中的能量守恒；也遵循传递和转换过程中的能量守恒；也遵循第二定律（第二定律（“质质”），热量不可自发的、不付代价的、自动的从低，热量不可自发的、不付代价的、自动的从低温物体转移至高温物体。温物体转移至高温物体。热泵是依靠高位能的拖动，迫使热量有低温物体热泵是依靠高位能的拖动，迫使热量有低温物体传递给高温物体。传递给高温物体。5.1.15.1.1 热泵的定义热泵的定义5.1.25

10、.1.2 热泵的起源及发展热泵的起源及发展“热泵热泵”这个名词最早在欧洲使用约在十九世纪初。这个名词最早在欧洲使用约在十九世纪初。当时，人们对能否可用当时，人们对能否可用“泵泵”将热量从温度较低的介将热量从温度较低的介质送到温度较高的介质中这一问题发生了浓厚的兴趣。质送到温度较高的介质中这一问题发生了浓厚的兴趣。但就压缩式热泵的理论来说，可追溯到但就压缩式热泵的理论来说，可追溯到18241824年法国年法国物理学家物理学家卡诺卡诺发表的著名论文。发表的著名论文。卡诺Sadi Carnot 论证论证“通过改变可压通过改变可压缩流体的压力就能够使缩流体的压力就能够使其温度发生变化其温度发生变化”詹

11、姆斯普雷斯科特焦耳 5.1.25.1.2 热泵的起源及发展热泵的起源及发展1852年，英国威廉汤姆逊年，英国威廉汤姆逊（后改名（后改名开尔文开尔文）发表论文，）发表论文，提出了提出了热量倍增器热量倍增器（Heat Multiplier）的概念，首次描）的概念，首次描述了热泵的设想。述了热泵的设想。开尔文Lord Kelvin 5.1.25.1.2 热泵的起源及发展热泵的起源及发展室外空气吸入气缸中进行膨胀，降温冷却的空气室外空气吸入气缸中进行膨胀，降温冷却的空气通过室外换热器吸收环境空气中的热，再进入排出通过室外换热器吸收环境空气中的热，再进入排出气缸被压缩到大气压力，使其温度升到高于环境温气

12、缸被压缩到大气压力，使其温度升到高于环境温度，送往用户，以供采暖之用。度，送往用户，以供采暖之用。5.1.25.1.2 热泵的起源及发展热泵的起源及发展TsT2T03412布雷顿（布雷顿（BragtonBragton）循环）循环与制冷机的发展相比，由于取暖的方式多样与制冷机的发展相比，由于取暖的方式多样化，简单而价廉，因此当时在技术上对热泵的迫化，简单而价廉，因此当时在技术上对热泵的迫需性就不大。这就是热泵的发展明显地滞后于制需性就不大。这就是热泵的发展明显地滞后于制冷机的原因。冷机的原因。直至直至20世纪世纪2030年代，热泵有了较快的发展。年代，热泵有了较快的发展。原因：原因：一方面，在这

13、之前工业技术特别是制冷机的一方面，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；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要。另一方面社会上出现了对热泵的需要。5.1.25.1.2 热泵的起源及发展热泵的起源及发展英国的第一台热泵英国的第一台热泵英国霍尔丹（英国霍尔丹（Haldane）于）于1930年在他的著作中报年在他的著作中报导了导了1927年在苏格兰安装试验的一台家用热泵的安年在苏格兰安装试验的一台家用热泵的安装及试验情况。装及试验情况。这台热泵是以空气为热源作热水供应和采暖用的。这台热泵是以空气为热源作热水供应和采暖用的。5.1.25.1.2 热

14、泵的起源及发展热泵的起源及发展最早的大容量热泵应用最早的大容量热泵应用在在19301931年间，美国南加利福尼亚爱迪生公司年间，美国南加利福尼亚爱迪生公司的洛杉矶办事处（的洛杉矶办事处（LosAngeles）利用制冷设备供热。）利用制冷设备供热。供热量达供热量达1050kw，制热系数达，制热系数达2.5。5.1.25.1.2 热泵的起源及发展热泵的起源及发展欧洲第一台较大热泵欧洲第一台较大热泵19381939年间，安装于瑞士苏黎世。年间，安装于瑞士苏黎世。以河水作低温热源，采用离心式压缩机，以河水作低温热源，采用离心式压缩机，R12作工质。作工质。向市政厅供热向市政厅供热175kw，制热系数为

15、，制热系数为2，输出水温，输出水温60。有蓄热系统，高峰负荷时采用电加热作为辅助有蓄热系统，高峰负荷时采用电加热作为辅助加热。加热。5.1.25.1.2 热泵的起源及发展热泵的起源及发展日本的热泵试验及应用日本的热泵试验及应用1930年第一次报导热泵试验年第一次报导热泵试验1937年在大型建筑物内装备热泵空调系统，年在大型建筑物内装备热泵空调系统，采用透平式压缩机，以泉水为低温热源。采用透平式压缩机，以泉水为低温热源。5.1.25.1.2 热泵的起源及发展热泵的起源及发展热泵工业在热泵工业在20世纪世纪40年代到年代到50年代早期获得迅年代早期获得迅速发展。速发展。40年代后期出现许多更加具有

16、代表性的热泵装年代后期出现许多更加具有代表性的热泵装置。置。5.1.25.1.2 热泵的起源及发展热泵的起源及发展1948年小型热泵有了很大的进展，家用热泵和工业年小型热泵有了很大的进展，家用热泵和工业建筑用的热泵大批投放市场。建筑用的热泵大批投放市场。在英国在英国50年代也产生了许多小型民用热泵。年代也产生了许多小型民用热泵。热泵工业在热泵工业在20世纪世纪50年代到年代到60年代初得到了迅速的年代初得到了迅速的成长，而成长，而60年代和年代和70初期的美国热泵工业又因可靠性初期的美国热泵工业又因可靠性低及设备费用高的问题一度受到抑制。低及设备费用高的问题一度受到抑制。60年代因电价年代因电

17、价的持续下降，人们更青睐使用电加热器。的持续下降，人们更青睐使用电加热器。1973年年“能源危机能源危机”的出现，热泵又以其回收低温的出现，热泵又以其回收低温废热，节约能源的特点，在产品经改进后，重新登上废热，节约能源的特点，在产品经改进后，重新登上历史舞台。历史舞台。5.1.25.1.2 热泵的起源及发展热泵的起源及发展5.1.25.1.2 热泵的起源及发展热泵的起源及发展我国热泵空调发展我国热泵空调发展热泵空调在我国的应用与发展始终很缓慢。热泵空调在我国的应用与发展始终很缓慢。20世纪世纪70年代末期，世界范围的能源危机，为热年代末期，世界范围的能源危机，为热泵空调的发展与应用提供了机遇。

18、泵空调的发展与应用提供了机遇。20世纪世纪80-90年代末，我国暖通空调领域掀起一股年代末，我国暖通空调领域掀起一股“热泵热热泵热”。1980年年上上海海工工业业局局设设计计室室与与上上海海冷冷气气机机厂厂为为上上海海某某商商场场设设计计了了国国内内第第一一套套空空气气水水热热泵泵空空调调系统，运行效果良好。系统，运行效果良好。90年年代代开开始始，热热泵泵空空调调器器开开始始步步入入百百姓姓家家庭庭。在在北北京京、上上海海、广广州州、深深圳圳四四城城市市普普及及率率达达42.8%。90年年代代，水水环环热热泵泵空空调调系系统统在在我我国国得得到到广广泛泛应应用。据统计，用。据统计，1997年

19、工程共年工程共52项。项。5.1.25.1.2 热泵的起源及发展热泵的起源及发展我国热泵空调发展我国热泵空调发展5.1.35.1.3 热泵的工作原理热泵的工作原理与制冷机工作原理比较：与制冷机工作原理比较：1 1）相同：热力学原理）相同：热力学原理-热机的逆循环；热机的逆循环；2 2）不同：使用的）不同：使用的目的目的；工作温度范围工作温度范围。制冷机利用吸收热量而使对象变冷，达到制冷的目的；制冷机利用吸收热量而使对象变冷，达到制冷的目的；而热泵则是利用排放热量，向对象供热，达到制热的目的。而热泵则是利用排放热量，向对象供热，达到制热的目的。5.1.35.1.3 热泵的工作原理热泵的工作原理制

20、冷机与热泵的基本能量转换关系制冷机与热泵的基本能量转换关系热泵装置：热泵装置：从环境中吸取从环境中吸取热量，传递给高温物体，热量，传递给高温物体，实现供热目的；实现供热目的；制冷机：制冷机：从低温物体吸取从低温物体吸取热量传递给环境中去，实热量传递给环境中去，实现制冷目的；现制冷目的；联合循环机：联合循环机：从低温物从低温物体吸热，实现制冷，同时体吸热，实现制冷，同时又把热量传递给被加热的又把热量传递给被加热的对象，实现供热目的。对象，实现供热目的。1-1-压缩机；压缩机；2-2-冷凝器；冷凝器；3-3-节流机节流机构；构；4-4-蒸发器；蒸发器；5-5-地板辐射供热；地板辐射供热；6-6-热

21、网的循环水泵；热网的循环水泵；7-7-热网；热网；8-8-低温热源水的循环泵；低温热源水的循环泵；9-9-河水河水热泵供热系统原理图热泵供热系统原理图5.1.35.1.3 热泵的工作原理热泵的工作原理5.1.35.1.3 热泵的工作原理热泵的工作原理热热泵泵系系统统组组成成高位能输配系统高位能输配系统低位能采集系统低位能采集系统热泵机组热泵机组热分配系统热分配系统问题复杂问题复杂，影响因素很多影响因素很多。包括：负荷特性、系统特性、地区气候特性、低位包括：负荷特性、系统特性、地区气候特性、低位热源特性、设备价格、设备使用寿命、燃料价格热源特性、设备价格、设备使用寿命、燃料价格和电力价格等。和电

22、力价格等。“节能效果节能效果”与与“经济效益经济效益”5.1.45.1.4 热泵的评价热泵的评价（1 1）热泵的制热性能系数）热泵的制热性能系数h（2 2）热泵的能源利用系数）热泵的能源利用系数E E（3 3）热泵的）热泵的效率效率ex（4 4）热泵的经济效益评价）热泵的经济效益评价5.1.45.1.4 热泵的评价热泵的评价（1 1）热泵的制热性能系数）热泵的制热性能系数hh15.1.45.1.4 热泵的评价热泵的评价逆卡诺逆卡诺(Carnot)(Carnot)循环循环洛伦兹洛伦兹(Lorenz)(Lorenz)循环循环Ts123455.1.45.1.4 热泵的评价热泵的评价5.1.45.1.

23、4 热泵的评价热泵的评价例如：若向室内供热例如：若向室内供热10kw10kw，采用两种用供热方案，采用两种用供热方案（1 1）采用电阻式加热器，直接加热室内空气，则）采用电阻式加热器，直接加热室内空气，则需要供给的电能为需要供给的电能为10kw10kw（2 2）用电能拖动热泵供热。）用电能拖动热泵供热。5.1.45.1.4 热泵的评价热泵的评价h=TH/（TH-TL）=7.07W=Q/h=1.414kwkw假设供热温度为假设供热温度为4545低温热源温度为低温热源温度为0 0，热泵采用逆卡诺循环，则热泵采用逆卡诺循环，则:v热泵的供热季节性能系数热泵的供热季节性能系数HSPF(Heating

24、HSPF(Heating Seasonal Performance Factor)Seasonal Performance Factor)5.1.45.1.4 热泵的评价热泵的评价评价热泵用于某一地区在评价热泵用于某一地区在整个供暖季节整个供暖季节运行运行时的热力经济性时的热力经济性5.1.45.1.4 热泵的评价热泵的评价（2 2）热泵的能源利用系数）热泵的能源利用系数E E能源利用系数能源利用系数(E)(E)：即：即一次能源的利用率一次能源的利用率，表示供热量与一次能耗的比值表示供热量与一次能耗的比值。例：对于以电能驱动的热泵，若热泵制热例：对于以电能驱动的热泵，若热泵制热性能系数为性能系

25、数为h，发电效率为，发电效率为1，输配电效率为，输配电效率为1，则这种热泵的能源利用系数，则这种热泵的能源利用系数E E为：为：5.1.45.1.4 热泵的评价热泵的评价（3 3）热泵的）热泵的效率效率ex损失：热力过程中不可逆损失损失：热力过程中不可逆损失5.1.45.1.4 热泵的评价热泵的评价（4 4）热泵的经济效益评价）热泵的经济效益评价-投资回收年限法投资回收年限法：投资回收期（年）；：投资回收期（年）；I I：热泵系统所需的投资（年）；：热泵系统所需的投资（年）；A A：燃料价格（元：燃料价格（元/J/J）；）；Q QE E：热泵系统与传统系统相比，年节约能量（：热泵系统与传统系统

26、相比，年节约能量（J/J/年）年）。一般回收年限应在一般回收年限应在3 35 5年内为宜年内为宜一机多用一机多用。一座建筑物要实现冬季采暖、夏季制冷和日。一座建筑物要实现冬季采暖、夏季制冷和日常提供生活热水三项功能，如果采用传统方式，一般需常提供生活热水三项功能，如果采用传统方式，一般需要安装各自独立的供暖系统和制冷系统，有的还需再独要安装各自独立的供暖系统和制冷系统，有的还需再独立安装供热水系统。而如果采用热泵系统，安装一套就立安装供热水系统。而如果采用热泵系统，安装一套就可以了。可以了。投资项目少投资项目少。安装热泵系统，不必再建燃料储存场地和。安装热泵系统，不必再建燃料储存场地和运输燃料

27、的通道，不必配备特殊的消防装置，不必对配运输燃料的通道，不必配备特殊的消防装置，不必对配电系统做大规模的增容。电系统做大规模的增容。综合上述因素综合上述因素，热泵系统具备了优异的性能价格比，使，热泵系统具备了优异的性能价格比，使用户用较少的初始投资，得到较多的实惠。用户用较少的初始投资，得到较多的实惠。初始投资少初始投资少5.1.45.1.4 热泵的评价热泵的评价5.1.45.1.4 热泵的评价热泵的评价5.1.45.1.4 热泵的评价热泵的评价5.1.45.1.4 热泵的评价热泵的评价动态费用年值分析动态费用年值分析v将参与比较方案的系统造将参与比较方案的系统造价价按资金的时间价值折算为按资

28、金的时间价值折算为每年的费用每年的费用，并与年运行费，并与年运行费用相加得出费用年值，从若用相加得出费用年值，从若干方案中选取费用年值最小干方案中选取费用年值最小的作为最佳方案。的作为最佳方案。ff费用年值，元费用年值，元/年；年；ii利率或标准内部收益率，取利率或标准内部收益率，取0.080.08；mm经济寿命，取经济寿命，取1515年；年；C Csyssys造价（初投资），元；造价（初投资），元；cc年运行成本，元年运行成本，元/年。年。热泵技术就是一种有效节省能源、减少热泵技术就是一种有效节省能源、减少CO2CO2排放排放和大气污染的环保技术。和大气污染的环保技术。把热泵作为空调系统的冷

29、热源，可以把自然界中把热泵作为空调系统的冷热源，可以把自然界中的低温废热转变为暖通空调系统可利用的再生热能，的低温废热转变为暖通空调系统可利用的再生热能，节约了矿物燃料，进而减少温室气体排放。节约了矿物燃料，进而减少温室气体排放。热泵的环境效益热泵的环境效益5.1.45.1.4 热泵的评价热泵的评价1、按工作原理：蒸汽压缩式气体压缩式蒸汽喷射式吸收式热电式化学式5.25.2 热泵的分类热泵的分类5.25.2 热泵的分类热泵的分类2、按热泵的低位热源（Heat Source）可分为：空气源热泵水源热泵（地表水、地下水、生活废水、工业废水）土壤源热泵太阳能热泵5.25.2 热泵的分类热泵的分类优点

30、：空气随时随地可以利用，其装置和使用比较方便，对换热设备无害。缺点：空气参数(温、湿度)随地域和季节、昼夜均有很大变化。空气的比热容小，为获得足够的热量以及满足热泵温差的限制，其室外侧蒸发器所需的风量较大，使热泵的体积增大，也造成一定的噪声。（1 1）空气）空气5.25.2 热泵的分类热泵的分类5.25.2 热泵的分类热泵的分类空气参数的变化规律对于空气热源热泵有重要影响，主要表现在：1）随着空气温度的降低，蒸发温度下降，热泵温差增大，热泵的效率降低。单级蒸气压缩式热泵虽然在空气温度低到-15至-20C时仍可运行，但此时制热系数将有很大的降低，其供热量可能仅为正常运行时的50以下。2）随着环境

31、空气温度的变化，热泵的供热量往往与建筑物的供热负荷相矛盾，即大多数时间内均存在供需的不平衡现象。5.25.2 热泵的分类热泵的分类5.25.2 热泵的分类热泵的分类）空气具有一定的湿度，空气流经蒸发器被冷却时，在蒸发器表面会凝露甚至结霜。蒸发器表面微量凝露时，可增强传热50-60，但阻力有所增加当蒸发器表面结霜时，不仅流动阻力增大，而且随霜层的增加而热阻提高。热泵除霜过程中,不仅不供热,还会产生除霜损失。优点：水的比热容大，传热性能好，所以使换热设备较为紧凑。水温一般也较稳定，从而可使热泵运行性能良好。缺点：必须靠近水源，或设有一定的蓄水装置。对水质有一定的要求，输送管路和换热器的选择必先经过

32、水质分析。防止可能出现的腐蚀。（2 2）水）水5.25.2 热泵的分类热泵的分类可供热泵作为低位热源用的水有地表水(河川水、湖水、海水等)和地下水(深井水、泉水、地下热水等)。1）地表水水温随季度、水深度而变。5.25.2 热泵的分类热泵的分类2）地下水地下水位于较深的地层中，因隔热和蓄热作用，其水温随季节气温的变化较小，特别是深井水的水温常年基本不变，对热泵运行十分有利。大量使用深井水导致地面下沉，且逐步造成水源枯竭。因此，如以深井为热源可采用“深井回灌”的方法，并采用“夏灌冬用”和“冬灌夏用”的措施。3）生活废水生活废水是指洗衣房、浴池、旅馆等的废水，温度较高，是可利用的低位热源。存在问题

33、：如何贮存足够的水量以应付热负荷的波动，以及如何保持换热器表面的清洁和防止水对设备的腐蚀。4）工业废水工业废水形式颇多，数量大、温度高，有的可直接再利用。5.25.2 热泵的分类热泵的分类地表浅层土壤相当于一个巨大的集热器，土壤热源是人类可利用的可再生能源，是热泵的一种良好的低位热源。优点：蓄热性能好、温度稳定，无除霜要求，无热、噪音污染。缺点：热导率小，地下盘管换热器的传热系数小，需要较大的传热面积，因此地下盘管换热器比较大导致占地面积大；（3 3）土壤）土壤5.25.2 热泵的分类热泵的分类地下盘管换热器在土壤中埋得较深，土壤中埋设管道成本较高，运行中发生故障不易检修；用盐水或乙二醇水溶液

34、作中间载热介质时，增大了热泵工质与土壤之间的传热温差和管内介质的流动阻力，影响热泵循环的经济性。5.25.2 热泵的分类热泵的分类不同深度土壤温度曲线太阳辐射穿过地球外围的大气层到达地表，地表接受到的辐射能量已大为减少，且受日、地距离和太阳方位角和高度角的影响，使早、晚和不同季节有很大差别。太阳能的集热和利用比其它几种热源来得复杂，设备投资也较高。太阳能作为热泵热源的应用实际上是指热泵与太阳能供热的联合运行。5.25.2 热泵的分类热泵的分类（3 3）太阳能）太阳能空气源热泵系统水源热泵系统土壤源热泵系统5.25.2 热泵的分类热泵的分类太阳能热泵系统5.25.2 热泵的分类热泵的分类3、按热

35、源与供热介质的组合方式可分为：空气空气热泵空气水热泵水水热泵水空气热泵土壤空气热泵土壤水热泵5.25.2 热泵的分类热泵的分类空气空气热泵5.25.2 热泵的分类热泵的分类分体式热泵空调器VRV热泵系统空气水热泵空气源热泵冷热水机组水空气热泵5.25.2 热泵的分类热泵的分类水环热泵空调系统中的小型室内热泵机组水水热泵井水源热泵冷热水机组污水源热泵土壤源热泵土壤水热泵土壤空气热泵5.25.2 热泵的分类热泵的分类4、按热泵的功能分：单纯制热，仅为供暖、热水供应；全年空调，冬夏季交替制冷与制热；同时制冷与制热；热回收热泵空调。5.25.2 热泵的分类热泵的分类5、按热泵循环的驱动方式分：电动机驱

36、动热驱动，如吸收式、蒸汽喷射式热泵发动机驱动，如内燃机、汽轮机驱动5.25.2 热泵的分类热泵的分类6、按供热温度分：低温热泵，供热温度 100空气源热泵空气源热泵12土壤源热泵土壤源热泵3水源热泵水源热泵5.3 5.3 常见的热泵系统介绍常见的热泵系统介绍5.3.1.5.3.1.空气源热泵空气源热泵1、空气源热泵机组特点2、空气源热泵机组变工况特性3、空气源热泵空调机组冬季除霜控制4、空气源热泵系统的平衡点5、空气源热泵的适用性5.3.1.空气源热泵定义：以室外空气为热源，空气源热泵机组也称为风冷热泵机组，是空气/空气热泵和空气/水热泵的总称。Air-source Heat Pump（ASH

37、P）（1）优点：用空气作为低位热源，取之不尽，用之不竭，可无偿地获取；一机两用，具有夏季供冷和冬季供热的双重功能；不需要冷却水系统，省去了冷却塔、水泵及其连接管道；安装方便，机组可放在建筑物顶层或室外平台上，省去了专用的机房。1、空气源热泵机组特点（2）缺点：由于空气的传热性能差，所以空气侧换热器的传热系数小，换热器的体积较为庞大，增加了整机的制造成本。由于空气的比热容小，为了交换足够多的热量，空气侧换热器所需的风量较大，风机功率也就大，造成了一定的噪音污染。5.3.1.空气源热泵当空气侧换热器表面温度低于0时，空气中的水蒸气会在换热器表面结霜，换热器的传热阻力增加使得制热量减小，所以风冷热泵

38、机组在制热工况下工作时要定期除霜。除霜时热泵停止供热，影响空调系统的供暖效果。冬季随着室外气温的降低，机组的供热量逐渐下降，此时必须依靠辅助热源来补足所需的热量，这就降低了空调系统的经济性。5.3.1.空气源热泵窗式热泵空调系统原理图5.3.1.空气源热泵分体式热泵空调机组5.3.1.空气源热泵5.3.1.空气源热泵空气源热泵冷热水热泵机组空气源热泵热水器 5.3.1.空气源热泵5.3.1.空气源热泵2、空气源热泵机组变工况特性热源温度变化对机组供热能力的影响（1）制热量随室内温度的增高而减少（2）输入功率随室内温度的增高而增加（3）制热量随环境温度的降低而减少（4）输入功率随环境温度的降低而

39、下降lnph12345lnph12345蒸发温度的影响冷凝温度的影响225.3.1.空气源热泵（1）制热量随室内温度的增高而减少5.3.1.空气源热泵主要是由于室内温度的增高相应提高了冷凝温度，当冷凝温度提高后的工质液体节流以后其干度增加，液体量的减少必然导致系统从环境中吸收的汽化潜热减少，制热量也就相应减少。（2）输入功率随室内温度的增高而增加由于冷凝压力相应提高后压缩机的压力比增加，压缩机对每千克工质的耗功增加，导致压缩机的输入功率增加。5.3.1.空气源热泵这主要是由于环境温度的降低相应降低了蒸发温度，当蒸发温度降低后的压缩机吸气温度也会下降，吸气比容增加使得系统的工质流量下降，制热量也

40、就相应减少。当环境温度降低到0左右时，空气侧换热器表面结霜加快，此时蒸发温度下降速率增加，机组制热量下降加剧。（4）输入功率随环境温度的降低而下降当环境温度降低时系统的蒸发温度降低，使压缩机的制冷剂流量减小，压缩机的输入功率也就下降。（3）制热量随环境温度的降低而减少5.3.1.空气源热泵3、空气源热泵空调机组冬季除霜控制（1）结霜过程及其影响因素霜层的形成是一个非常复杂的热质传递过程，与所经历的时间、霜层形成时的初始状态和霜层的各个阶段密切相关。根据霜层结构不同将霜层形成过程分为霜层晶体形成过程、霜层生长过程和霜层的充分发展过程三个不同阶段 换热器结霜过程研究表明，影响换热器上霜层形成速度的

41、因素主要有换热器结构、结霜位置、空气流速、壁面温度和空气参数。在结霜工况下热泵系统性能系数在恶性循环中迅速衰减：霜层厚度不断增加使得霜层热阻增加，使蒸发器的换热量大大减少导致蒸发温度下降，蒸发温度下降使得结霜加剧，结霜加剧又导致霜层热阻进一步加剧。5.3.1.空气源热泵（2）除霜过程及其控制方法5.3.1.空气源热泵除霜方法：空气除霜：室外空气温度高于23采用；电热除霜：将电加热器放置在蒸发器上；热气除霜：可把一部分高压制冷剂旁通到蒸发器进行除霜，也将供热工况转变为制冷工况进行除霜。（2）除霜过程及其控制方法5.3.1.空气源热泵目前，空气源热泵机组都采用热气冲霜，即通过四通阀切换改变工质的流

42、向进入制冷工况，让压缩机排出的热蒸气直接进入翅片管换热器以除去翅片表面的霜层。从实际效果来看，往往导致室内温度波动过大，用户有明显的吹冷风感觉。另外，当机组除霜结束恢复制热时，有可能出现启动困难甚至发生压缩机电机烧毁的现象。空气源热泵的除霜控制方法：1）定时除霜法2）时间温度法3）模糊智能控制除霜法5.3.1.空气源热泵5.3.1.空气源热泵1）定时除霜法长江流域40分钟一次，黄河流域30分钟一次，最长除霜时间50分钟一次。5.3.1.空气源热泵2）时间温度法用换热器盘管温度(或蒸发压力)、除霜时间以及除霜周期，来控制除霜的开始和结束。a）当室外侧换热器表面开始结霜时，盘管温度就会不断下降，压

43、缩机吸气温度以及吸气压力也会不断下降。当盘管温度(或吸气压力)下降到设定值t1时，绑在盘管上的温度传感器将信号输入时间继电器开始计时，同时四通换向阀动作，机组进入除霜模式(制冷工况)。室外风机停止转动，压缩机的高温排气进入室外翅片管换热器，使盘管表面霜层融化，盘管温度也随之上升。b）当盘管温度(或排气压力)上升到设定值t2时或除霜执行时间达到设定的最长除霜时间b(min)时除霜结束，风机启动，四通换向阀动作，机组恢复制热工况。室外换热器表面又开始结霜使得盘管的温度又会不断下降，当盘管温度第二次下降到设定值t1且超过设定的除霜周期a(min)时进入第二次除霜模式。5.3.1.空气源热泵5.3.1

44、.空气源热泵3）模糊智能控制法模糊智能控制除霜系统一般是由数据采集与AID转换、输入量模化、模糊推理、除霜控制、除霜监控及控制规则调整五个功能模块组成。通过对除霜过程的相应分析，修正除霜的控制规则，可以使除霜控制自动适应空气源热泵机组工作环境的变化，实现智能除霜的目标。4、空气源热泵系统的平衡点5.3.1.空气源热泵（1）热泵供热量与建筑物耗热量的供需矛盾空气源热泵空调系统设计中需要解决的重要问题，就是机组供热量与建筑物耗热量的供需矛盾。应从三方面着手：经济合理地选择平衡点温度，合理选取辅助热源及其容量，热泵的能量调节方式。5.3.1.空气源热泵（2）最佳平衡点温度以空气源热泵系统冬季运行耗能

45、最少为目标确定的平衡点温度，称为最佳能量平衡点温度。如果按此平衡点选择热泵机组，就能够使整个系统获得最大的供热季节性能系数HSPF，即输入相应的功可获得最大的季节供热量。5.3.1.空气源热泵对于某一具体的建筑物，平衡点温度取得低，要求配置的热泵容量就大，则选用的辅助热源较小，甚至可以不设辅助加热器。虽然辅助热源的初投资和运行费用较低，但这样热泵容量过大，机组的初投资较高且运行效率降低，经济上不一定是合理的。平衡点温度取得高，所选择的热泵机组较小，初投资和运行费用较低，但所必需的辅助热源较大，辅助热源的初投资和运行费用较高，亦不利于节能。图中O点称平衡点，tO为平衡点温度5.3.1.空气源热泵

46、（3）辅助加热辅助加热源有三种：电加热燃烧燃料加热非峰值电力储存的热量加热5.3.1.空气源热泵5.3.1.空气源热泵（4）空气源热泵机组的能量调节热泵机组的制热量与建筑物的耗热量匹配运行对空调系统的节能运行至关紧要。当空气源热泵空调系统在高于平衡点温度的条件下运行时，热泵机组制热能力大于建筑物的耗热量，这就要求调节机组的制热能力以减少运行中的能耗。调节方式:分级能量调节与变容量柔性调节1）分级能量调节空气源热泵机组一般采用多台封闭式压缩机，当室内负荷减小或机组出水温度达设定值后，自动停止部分压缩机运行，以此实现分级调节运行。5.3.1.空气源热泵5.3.1.空气源热泵2）压缩机的变容量柔性调

47、节目前常用的变容量压缩机有两种，即变频压缩机和数码涡旋压缩机。5.3.1.空气源热泵5、空气源热泵的适用性先进科学的化霜技术是空气源热泵机组冬季运行的可靠保障。寒冷地区和高湿度地区热泵蒸发器的结霜可成为较大的技术障碍；但在冬季气候较温和的地区，如我国长江中下游地区，己得到相当广泛的应用；5.3.1.空气源热泵室外空调计算温度-10以上的城市，建筑物1 万1.5 万平方米，冬季相对湿度不高的地区宜采用。具体：1）全年累计除霜时间大于1900小时，每kg湿空气累计除霜量大于26 kg，te-8的运行时间大于250小时的地区不宜盲目推广使用，如北京、西安、济南、兰州等城市。(低温结霜区）2）全年累计

48、除霜时间在10001900小时，每kg湿空气累计除霜量大于26 kg，te-8的运行时间为100150小时的地区应慎重小心地使用。如成都、长沙等城市。（重霜区）5.3.1.空气源热泵3）全年累计除霜时间为5001000小时，每kg湿空气累计除霜量为720 kg，te-8的运行时间小于110小时的地区可大力推广使用，如上海、杭州、南京等城市。（一般结霜区）4）全年累计除霜时间小于500小时，供暖时间短，导致热泵投资效益低,可以使用。如桂林、重庆等城市。（轻霜区）5.3.1.空气源热泵6、空气源热泵设计要点（1）机组选型1）应根据负荷，确定平衡点温度，再确定机组容量；2）供热负荷系数=供热设计热负

49、荷/热泵提供的供热量；3）一般按供热负荷系数1.7左右设计，是比较可行和经济的。5.3.1.空气源热泵（2）辅助热源形式1）电加热器，分档开、关；2）燃油、燃气热水锅炉。（3）防止结霜与除霜选择设备时，要注意：1）设备要有良好的除霜措施；2）要考虑除霜的额外能耗，将设备容量增大510%。5.3.1.空气源热泵（4）冷（热）水系统（5）设备安装在通风良好的地方1）必须保证通过空气源热泵冷热水机组的水流量恒定。2）采用一机一泵系统。3）加平衡阀，保证水系统的平衡。1）机组与四周建筑物的距离。2）机组之间的距离。5.3.2.5.3.2.水源热泵水源热泵1、水源热泵机组特点和分类2、地表水源热泵3、地

50、下水源热泵4、污水源热泵5、水环热泵水源热泵机组是指以水为热源(汇)的可进行制冷/制热的一种整体式热泵机组，通常是水/空气或水/水两种水源热泵机组。Water-Source Heat Pump5.3.2.5.3.2.水源热泵水源热泵（1）优点：水的比热容大，传热性能好，所以使换热设备较为紧凑；水温一般也较稳定，从而可使热泵运行性能良好。1）属可再生能源利用技术：利用的是清洁的可再生能源的一种技术；1、水源热泵机组特点和分类5.3.2.5.3.2.水源热泵水源热泵2）高效节能：冬季，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高；夏季，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝