mAAA暖通空调热泵技术课件.ppt

《mAAA暖通空调热泵技术课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《mAAA暖通空调热泵技术课件.ppt（245页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 热热 泵泵 HEAT PUMPmAAA暖通空调热泵技术课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 热热 泵泵 HEAT PUMP 第一章第一章第一章第一章：导论与基础：导论与基础：导论与基础：导论与基础 第二章第二章第二章第二章：热泵的理论循环热泵的理论循环热泵的理论循环热泵的理论循环 第三章第三章第三章第三章：热泵的低位热源热泵的低位热源热泵的低位热源热泵的低位热源和驱动能源和驱动能源和驱动能源和驱动能源 第四章第四章第四章第四章：空气源热泵空调系统

2、：空气源热泵空调系统：空气源热泵空调系统：空气源热泵空调系统 第五章第五章第五章第五章：水源：水源：水源：水源热泵空调系统热泵空调系统热泵空调系统热泵空调系统 第六章第六章第六章第六章：土壤耦合热泵空调系统土壤耦合热泵空调系统土壤耦合热泵空调系统土壤耦合热泵空调系统 第七章第七章第七章第七章：水环热泵空调系统水环热泵空调系统水环热泵空调系统水环热泵空调系统 第八章第八章第八章第八章：吸收式热泵吸收式热泵吸收式热泵吸收式热泵 第九章第九章第九章第九章：热泵工程典型案例分析热泵工程典型案例分析热泵工程典型案例分析热泵工程典型案例分析 热热 泵泵 HEAT PUMP第一章第一章 导论与基础导论与基础

3、 1-4 热泵的种类热泵的种类热泵的种类热泵的种类 1-3 热泵的定义热泵的定义热泵的定义热泵的定义 1-1 能源与环境能源与环境能源与环境能源与环境 1-2 高位能与低位能高位能与低位能高位能与低位能高位能与低位能 1-5 热泵空调系统的分类热泵空调系统的分类热泵空调系统的分类热泵空调系统的分类 1-6 热泵工质及其替代问题热泵工质及其替代问题热泵工质及其替代问题热泵工质及其替代问题 1-7 热泵在我国应用与发展热泵在我国应用与发展热泵在我国应用与发展热泵在我国应用与发展 1-8 热泵的历史热泵的历史热泵的历史热泵的历史 热热 泵泵 HEAT PUMP第一章第一章 导论与基础导论与基础 1-

4、1 能源与环境能源与环境一、能源的开发和利用一、能源的开发和利用1、能源与环境污染问题、能源与环境污染问题w 能源的消耗急剧增加将导致环境的严能源的消耗急剧增加将导致环境的严 重污染，因此，一方面要充分利用能重污染，因此，一方面要充分利用能 源（源（提高能源利用率提高能源利用率）以减少对环）以减少对环 境的污染；另一方面，要寻找无公害境的污染；另一方面，要寻找无公害 的的新能源新能源。热热 泵泵 HEAT PUMP2、能源的消耗及未来能源、能源的消耗及未来能源w说明说明说明说明：目前世界能源的消耗情况（目前世界能源的消耗情况（P1，图图1），与未来新能源的开发。），与未来新能源的开发。w如如太

5、阳能太阳能、核能核能（核裂变及核变核裂变及核变核裂变及核变核裂变及核变）、）、生物能生物能、风能风能、潮汐能潮汐能、地热能地热能等。等。3、能源利用与环境保护、能源利用与环境保护w说明说明说明说明：限制和减少化石燃料燃烧产生的限制和减少化石燃料燃烧产生的CO2等温室气体的排放，是保护环境的等温室气体的排放，是保护环境的重要措施，采用热泵技术是最有效手段重要措施，采用热泵技术是最有效手段之一。之一。（P2）热热 泵泵 HEAT PUMP二、能源的节约问题二、能源的节约问题1、能源利用率、能源利用率w 说明说明说明说明：我国单位产量的能耗高以及我国单位产量的能耗高以及 能源利用率低。能源利用率低。

6、2、节能的重要性、节能的重要性w 强调强调强调强调：对环境的影响（如大气污染对环境的影响（如大气污染 对人类健康的影响及温室气体对地对人类健康的影响及温室气体对地 球生态环境的影响球生态环境的影响。）热热 泵泵 HEAT PUMP3、热泵节能的方法及意义、热泵节能的方法及意义w 能回收和利用低位热能，充分利用大量能回收和利用低位热能，充分利用大量 废弃的低温余热资源。废弃的低温余热资源。说明说明说明说明：我国国内各部门的余热资源情况我国国内各部门的余热资源情况 （表格表格）。）。w 能提高能提高一次能源利用率一次能源利用率。所以，研究和。所以，研究和 推广应用热泵技术对于节约能量、提高推广应用

7、热泵技术对于节约能量、提高 经济效益以及保护环境有重要意义。经济效益以及保护环境有重要意义。热热 泵泵 HEAT PUMP1-2 高位能与低位能高位能与低位能一、能源的品位（一、能源的品位（能质能质）1、高品位能（、高品位能（高位能高位能）w 在理论上可以完全转化为功的能量，在理论上可以完全转化为功的能量，又称又称高质量能高质量能，如电能、机械能、，如电能、机械能、化学能、高位的水力和风力、高温化学能、高位的水力和风力、高温 的物质等。的物质等。2、低品位能（、低品位能（低位能低位能）w 不能全部而只能部分转化为功的能不能全部而只能部分转化为功的能 量，又称量，又称低质量能低质量能，如物质的内

8、能、，如物质的内能、低温的物质等。低温的物质等。热热 泵泵 HEAT PUMP3、高位热源、高位热源w 指温度较高而能直接应用的热源，如指温度较高而能直接应用的热源，如 蒸汽蒸汽、热水热水、燃气燃气以及以及燃料化学能燃料化学能、生物能生物能等。等。4、低位热源、低位热源w 指无价值、不能直接应用的热源，如指无价值、不能直接应用的热源，如 环境空气环境空气、水水、地热地热、太阳能太阳能、废热废热、余热余热等。等。w 说明说明说明说明：能量的能量的质量高低质量高低表示作功的能表示作功的能 力大小，如力大小，如高位能高位能变为变为低位能低位能，表明，表明 能量作功能力变小，质量降低或贬值。能量作功能

9、力变小，质量降低或贬值。热热 泵泵 HEAT PUMP二、能源的合理应用二、能源的合理应用 （量的守恒性和质的贬值性）（量的守恒性和质的贬值性）w任何用能过程是能的任何用能过程是能的量与质量与质的利用的利用 过程。过程。w要使热能得到合理利用，必须合理要使热能得到合理利用，必须合理 使用高位能，必须使用高位能，必须按质用能按质用能。w分析分析分析分析：（图图1-5）热热 泵泵 HEAT PUMPw说明说明说明说明：所谓的所谓的“节约能量节约能量”之说，严之说，严格而言是不十分确切的。因为仅仅节约格而言是不十分确切的。因为仅仅节约了了高位能高位能，利用了部分，利用了部分低位热能低位热能，也就，也

10、就是说，能量是守恒的。一切能量使用到是说，能量是守恒的。一切能量使用到最后，都成废热传递给环境了，虽然它最后，都成废热传递给环境了，虽然它在数量上看是守恒的，但质量上已经越在数量上看是守恒的，但质量上已经越来越不中用，最后降级到无用。所以，来越不中用，最后降级到无用。所以，要把要把能量贬值能量贬值作为重要的问题来对待。作为重要的问题来对待。热热 泵泵 HEAT PUMP1-3 热泵的定义热泵的定义一、热泵的定义一、热泵的定义w定义定义定义定义：靠高位能拖动，迫使热量从低位热源流靠高位能拖动，迫使热量从低位热源流向高位热源的装置，称为向高位热源的装置，称为热泵热泵（又称（又称“温度升温度升高器高

11、器”）。）。w分析分析分析分析：热泵虽然需要使用一定量的高位能，但热泵虽然需要使用一定量的高位能，但供给的却是消耗的高位能和吸取的低位热量的总供给的却是消耗的高位能和吸取的低位热量的总和，因此，从用能的角度看是经济合理的。和，因此，从用能的角度看是经济合理的。二、热泵机组与热泵系统二、热泵机组与热泵系统 w机组机组机组机组：由动力机和工作机组成的节能机械，是由动力机和工作机组成的节能机械，是热泵系统中的核心部分。热泵系统中的核心部分。w系统系统系统系统：由热泵机组、高位能输配系统、低位能由热泵机组、高位能输配系统、低位能采集系统和热能分配系统四大部分组成的一种能采集系统和热能分配系统四大部分组

12、成的一种能级提升的能量利用系统。级提升的能量利用系统。热热 泵泵 HEAT PUMP三、三、热泵空调系统热泵空调系统w定义定义定义定义：空调系统中选用热泵时，称为空调系统中选用热泵时，称为热泵空调系统，或简称热泵空调系统，或简称热泵空调热泵空调热泵空调热泵空调。（P9，图，图1-9）特点特点特点特点：w用能遵循能级提升的原则用能遵循能级提升的原则w用大量的低温再生能替代高位能用大量的低温再生能替代高位能w冷热源合二为一，节省设备投资冷热源合二为一，节省设备投资w比常规空调更节能、环保比常规空调更节能、环保 热热 泵泵 HEAT PUMP1-4 热泵的种类热泵的种类一、热泵的基本框图一、热泵的基

13、本框图w热泵按热源种类、驱动方式、用途、热泵按热源种类、驱动方式、用途、工作原理、工艺类型等分类。工作原理、工艺类型等分类。w说明说明：基本框图（基本框图（图图1-10）二、热泵载热介质、低位热源和简二、热泵载热介质、低位热源和简图图w说明说明：P10，表，表1-2 热热 泵泵 HEAT PUMP1-5 热泵空调系统的分类热泵空调系统的分类 一、以热泵机组作为集中式空调一、以热泵机组作为集中式空调系统的冷热源系统的冷热源w空气源热泵空调系统空气源热泵空调系统w地源热泵空调系统地源热泵空调系统二、冷剂式热泵空调系统二、冷剂式热泵空调系统w分散式系统分散式系统w集中式系统集中式系统 说明说明：图图

14、1-11 热热 泵泵 HEAT PUMP1-6 热泵工质及替代问题热泵工质及替代问题 一、蒸汽压缩式热泵对工质的要求一、蒸汽压缩式热泵对工质的要求 热力性质热力性质w临界温度应比冷凝温度高得多临界温度应比冷凝温度高得多w单位容积制热量要大（离心式例外）单位容积制热量要大（离心式例外）w饱和压力应适中（饱和压力应适中（pk 25bar，po 1bar）w绝热指数要小（特别是对于活塞式压绝热指数要小（特别是对于活塞式压缩机）缩机）w液体比热要小（节流损失小）液体比热要小（节流损失小）热热 泵泵 HEAT PUMP 物理、化学性质物理、化学性质w凝固点要低凝固点要低w密度和粘度要小（离心式密度要大）

15、密度和粘度要小（离心式密度要大）w不燃不爆、无毒无味、无腐蚀性不燃不爆、无毒无味、无腐蚀性w具有良好的化学稳定性具有良好的化学稳定性 生物学性质生物学性质w与润滑油具有亲和性（溶解度大小利弊）与润滑油具有亲和性（溶解度大小利弊）w与水的溶解关系与水的溶解关系w对环境的友好性（对环境的友好性（大气臭氧层大气臭氧层大气臭氧层大气臭氧层和和温室气体温室气体温室气体温室气体）经济性经济性w价廉易得价廉易得 热热 泵泵 HEAT PUMP二、热泵工质的种类二、热泵工质的种类 说明说明说明说明：w暖通空调领域中应用的热泵基本上是蒸暖通空调领域中应用的热泵基本上是蒸汽压缩式热泵汽压缩式热泵w暖通空调应用的热

16、泵一般具有制热与制暖通空调应用的热泵一般具有制热与制冷两种功能冷两种功能w热泵工质与制冷剂基本上一致热泵工质与制冷剂基本上一致w常见热泵工质热力性质表（常见热泵工质热力性质表（P16,表表1-4）w工质种类框图（工质种类框图（图图1-12）热热 泵泵 HEAT PUMP三、热泵工质的替代三、热泵工质的替代w说明说明说明说明：同制冷剂同制冷剂(表表1-71-9)w强调强调强调强调：ODP值值 与与GWP值两个指标值两个指标 (表表1-51-6)四、热泵工质的选择四、热泵工质的选择w说明说明说明说明：主要从主要从安全安全、效率效率和和价格价格等三等三个方面加以考虑。个方面加以考虑。w强调强调强调强

17、调：单位容积制热量单位容积制热量有较大的差有较大的差别，其对压缩机的结构尺寸及成本价别，其对压缩机的结构尺寸及成本价格影响显著，应重点考虑。至于制热格影响显著，应重点考虑。至于制热性能系数方面，则相差不是很大。性能系数方面，则相差不是很大。热热 泵泵 HEAT PUMP五、自然工质五、自然工质CO2和和NH3 CO2在热泵中的应用领域在热泵中的应用领域：w CO2热泵热水器热泵热水器w CO2汽车热泵式空调汽车热泵式空调w CO2热泵干燥系统热泵干燥系统 NH3在热泵中的应用问题在热泵中的应用问题：w安全性安全性(毒性与燃爆性毒性与燃爆性)w刺激性气味刺激性气味 热热 泵泵 HEAT PUMP

18、1-7 热泵在我国的应用与发展热泵在我国的应用与发展一、热泵应用与发展的初始期一、热泵应用与发展的初始期w19491966二、热泵应用与发展的断裂期二、热泵应用与发展的断裂期w19661977三、热泵应用与发展的复苏期三、热泵应用与发展的复苏期w19771988四、热泵应用与发展的兴旺期四、热泵应用与发展的兴旺期w19881999五、热泵应用与发展的快速期五、热泵应用与发展的快速期w2000(P2228)热热 泵泵 HEAT PUMP 我国热泵的发展概况我国热泵的发展概况：w我国热泵工业相对于世界上工业发达国我国热泵工业相对于世界上工业发达国家来说，有一段明显的滞后期。家来说，有一段明显的滞后

19、期。w19501950年代初年代初年代初年代初，天津大学的一些学者最早，天津大学的一些学者最早开始从事热泵的研究。开始从事热泵的研究。w19651965年年年年上海电冰箱厂研制成我国第一台上海电冰箱厂研制成我国第一台制热量制热量3720w的的热泵型窗式空调器热泵型窗式空调器热泵型窗式空调器热泵型窗式空调器，但，但因换向阀的工作可靠性等原因，长期未因换向阀的工作可靠性等原因，长期未有发展。有发展。w19701970年代后期年代后期年代后期年代后期，由于能源危机所推动的，由于能源危机所推动的世界性热泵热也影响了我国学术界。世界性热泵热也影响了我国学术界。热热 泵泵 HEAT PUMPw198019

20、80年代年代年代年代，我国热泵在各场合的应用研，我国热泵在各场合的应用研究发展较快，广州能源研究所设计并建究发展较快，广州能源研究所设计并建造了一套用于加热室内游泳池的热泵。造了一套用于加热室内游泳池的热泵。w19841984年年年年由上海由上海704研究所、开封通用机器研究所、开封通用机器厂和无锡第四织布厂联合试制成功双效厂和无锡第四织布厂联合试制成功双效第一类吸收式热泵第一类吸收式热泵。w19851985年年年年上海空调机厂和上海冷气机厂试上海空调机厂和上海冷气机厂试制成功国内生产的第一批制成功国内生产的第一批热泵型立柜式热泵型立柜式空调机组空调机组。w19901990年年年年上海市通用机

21、械技术研究所首次上海市通用机械技术研究所首次进行了第二类吸收式热泵的模拟试验，进行了第二类吸收式热泵的模拟试验，同年上海交通大学、上海第一冷冻机厂同年上海交通大学、上海第一冷冻机厂联合研制了联合研制了350kw第二类吸收式热泵第二类吸收式热泵。热热 泵泵 HEAT PUMPw2000200320002003年年年年，专利总数，专利总数287项，其中发项，其中发明专利明专利119项。多项创新成果问世，如项。多项创新成果问世，如土土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统、空气壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统、空气源热泵蓄能热气除霜系统、三套管蓄能源热泵蓄能热气除霜系统、三套管蓄能型太阳能与空气源热泵集成系统等。

22、型太阳能与空气源热泵集成系统等。w20052005年年年年全国共有地源热泵工程项目全国共有地源热泵工程项目3869项，同年项，同年11月月31日，建设部发布了日，建设部发布了地地源热泵系统的工程技术规范源热泵系统的工程技术规范（GB50366-2005），并于，并于06年年1月月1日起日起正式实施。正式实施。w20082008年年年年的北京奥运会和的北京奥运会和20102010年年年年的上海世的上海世博会使得热泵技术在我国的应用越来越博会使得热泵技术在我国的应用越来越广泛。广泛。热热 泵泵 HEAT PUMP1-8 热泵的历史热泵的历史一、热泵的发展概况一、热泵的发展概况w热泵的理论基础来源于

23、热泵的理论基础来源于18241824年发表的年发表的关于关于卡诺循环卡诺循环卡诺循环卡诺循环的论文。的论文。w18521852年年汤姆逊汤姆逊首先提出了一种热泵的首先提出了一种热泵的设想，也称设想，也称热能放大器热能放大器热能放大器热能放大器（图图1-13）。）。但由于但由于能源费用能源费用和和能源有效利用率能源有效利用率等等方面的因素，限制了其进一步发展。方面的因素，限制了其进一步发展。w19301930年代年代年代年代，霍尔坦霍尔坦在他的著作中介绍在他的著作中介绍了了1927年苏格兰一台年苏格兰一台家用热泵家用热泵家用热泵家用热泵的安装的安装及试验情况，热泵才取得较快发展。及试验情况，热泵

24、才取得较快发展。热热 泵泵 HEAT PUMPw19401940年代年代年代年代始开，各国开始对热泵有了始开，各国开始对热泵有了进一步的认识，到进一步的认识，到19481948年年小型热泵小型热泵小型热泵小型热泵的的开发工作有了很大的进展，家用热泵开发工作有了很大的进展，家用热泵和工业建筑用热泵大批投放市场。和工业建筑用热泵大批投放市场。（表表1-11）w19501950年代年代年代年代，美英两国开始对使用地下，美英两国开始对使用地下盘管吸收盘管吸收 地热作为热源的家用热泵地热作为热源的家用热泵地热作为热源的家用热泵地热作为热源的家用热泵（地源热泵地源热泵）进行广泛的研究。热泵）进行广泛的研究

25、。热泵工业在工业在19501960年代的十年间，进入年代的十年间，进入快速成长阶段，热泵装置的年产量成快速成长阶段，热泵装置的年产量成倍或十倍的增长。倍或十倍的增长。热热 泵泵 HEAT PUMPw19701970年代初年代初年代初年代初，热泵却由于其，热泵却由于其可靠性低可靠性低和和设备费用高设备费用高而遭到严重的打击，美国陆而遭到严重的打击，美国陆军当局甚至禁止在兵营里装设热泵装置，军当局甚至禁止在兵营里装设热泵装置，电加热成了热泵的主要竞争对手电加热成了热泵的主要竞争对手电加热成了热泵的主要竞争对手电加热成了热泵的主要竞争对手，热泵，热泵工业进入了徘徊期。工业进入了徘徊期。w197319

26、73年年年年的中东战争导致的的中东战争导致的能源危机能源危机能源危机能源危机，使，使热泵又以其可回收低温废热和节约一次热泵又以其可回收低温废热和节约一次能源的特点，在产品经过改进后，重新能源的特点，在产品经过改进后，重新受到各国（受到各国（包括美国包括美国）的广泛重视。）的广泛重视。热热 泵泵 HEAT PUMPw1984198419921992年间年间年间年间，日本进行了，日本进行了超级热泵超级热泵超级热泵超级热泵的研究开发工作，所谓超级热泵是超性的研究开发工作，所谓超级热泵是超性能压缩式热泵的简称，包括：能压缩式热泵的简称，包括：w高效型冷热兼用热泵高效型冷热兼用热泵高效型冷热兼用热泵高效

27、型冷热兼用热泵-可用于建筑物可用于建筑物空调和区域空调，采暖时的能量效率可空调和区域空调，采暖时的能量效率可达达4.5，制冷时则为，制冷时则为5.3；w高效型升温专用热泵高效型升温专用热泵高效型升温专用热泵高效型升温专用热泵-可用于供应热可用于供应热水（水（85）时，能量效率可达）时，能量效率可达6，用作工，用作工业加热输出时（业加热输出时（150300），能量效），能量效率达率达2.3以上。以上。w高温输出型高、低温热源热泵高温输出型高、低温热源热泵高温输出型高、低温热源热泵高温输出型高、低温热源热泵。热热 泵泵 HEAT PUMPw据国际能源机构（据国际能源机构（IEA）统计，）统计，19

28、961996年年年年全世界热泵安装总数达到全世界热泵安装总数达到9000万套（图万套（图1-15）。）。w2020世纪世纪世纪世纪9090年代年代年代年代，地源热泵成为完全产业，地源热泵成为完全产业化的成熟技术，化的成熟技术，19971997年年年年美国安装了美国安装了45000台，欧洲各国的应用也非常迅速（表台，欧洲各国的应用也非常迅速（表1-13）w进入进入进入进入2121世纪后世纪后世纪后世纪后，热泵的快速发展不单是，热泵的快速发展不单是为了解决能源问题，更重要的是为了改为了解决能源问题，更重要的是为了改善环境问题。通过热泵的应用与发展，善环境问题。通过热泵的应用与发展，来推动暖通空调的

29、可持续发展，实现暖来推动暖通空调的可持续发展，实现暖通空调的生态化和绿色化。通空调的生态化和绿色化。热热 泵泵 HEAT PUMP二、热泵技术的应用二、热泵技术的应用w热泵的魅力还不仅在于节能，更为重要热泵的魅力还不仅在于节能，更为重要的是消除锅炉供暖中烟气对环境的污染，的是消除锅炉供暖中烟气对环境的污染，保护和净化人类赖以生存的自然环境。保护和净化人类赖以生存的自然环境。推进热泵技术的发展是能源工程综合利推进热泵技术的发展是能源工程综合利用的需要。用的需要。w国内外对热泵的应用，主要集中在民用国内外对热泵的应用，主要集中在民用空调领域。对发达国家所消耗的一次能空调领域。对发达国家所消耗的一次

30、能源统计表明，在所消耗的能量中，源统计表明，在所消耗的能量中，40%用于建筑采暖，用于建筑采暖，38%用于工业生产，其用于工业生产，其余用于交通、照明等用途。而建筑采暖余用于交通、照明等用途。而建筑采暖中中85%用于房间的采暖，在满足房间采用于房间的采暖，在满足房间采暖耗热方面，热泵可以作出重要贡献。暖耗热方面，热泵可以作出重要贡献。热热 泵泵 HEAT PUMPw日本是热泵技术和市场发展最快的国家日本是热泵技术和市场发展最快的国家之一。日本政府面临能源稳定供应和高之一。日本政府面临能源稳定供应和高效利用的重大任务，在效利用的重大任务，在1973至至1982年十年十年间，总能耗对国民生产总值的

31、比值降年间，总能耗对国民生产总值的比值降低了低了30%，其中热泵技术的发展起了重，其中热泵技术的发展起了重要作用。要作用。w在美国，在美国，1983年热泵市场进入持续发展年热泵市场进入持续发展时期，到时期，到1985年年销售量达到年年销售量达到100万台，万台，热泵使用领域主要是：家用和办公用空热泵使用领域主要是：家用和办公用空调及热水器以及小型区域供暖。调及热水器以及小型区域供暖。热热 泵泵 HEAT PUMPw1973年年油价暴涨带来了热泵发展的新时油价暴涨带来了热泵发展的新时期，欧共体确认热泵技术是寻求替代能期，欧共体确认热泵技术是寻求替代能源的重要手段。源的重要手段。w1980年年国际

32、能源结构（国际能源结构（IEA）发表了节）发表了节能能“战略研究战略研究”结果，其中热泵是节油结果，其中热泵是节油技术的重要方面，据预测到技术的重要方面，据预测到2020年年，IEA成员国中热泵将占采暖设备的成员国中热泵将占采暖设备的75%，燃油采暖将逐渐被热泵所取代，欧共，燃油采暖将逐渐被热泵所取代，欧共体预计到届时将有体预计到届时将有1000万台热泵投入使万台热泵投入使用。用。w1990年以来年以来，欧美国家在地源、水源热，欧美国家在地源、水源热泵的应用越来越广，在供热装置的占比泵的应用越来越广，在供热装置的占比越来越高。（越来越高。（P35-36）热热 泵泵 HEAT PUMP 制冷与热

33、泵系统制冷与热泵系统 的基本能量转换关系的基本能量转换关系 热热 泵泵 HEAT PUMP图图1 矿物燃料的消耗模式矿物燃料的消耗模式 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP图图1-6 理想的热泵机组理想的热泵机组 1-动力机；动力机；2-工作机工作机图图1-5 合理利用能源的原则合理利用能源的原则(a)传统的分产分供传统的分产分供 （b）能量的梯级利用）能量的梯级利用 （c）能级的提升）能级的提升图图1-7 热泵系统框图热泵系统框图图图1-10 热热泵泵基基本本框框图图图图1-11热热泵泵空空调调系系统统分分类类框框图图 图图1-12 热热泵泵基基本本框框图图 热热

34、泵泵 HEAT PUMP图图1-13 汤姆逊热量倍增器汤姆逊热量倍增器 热热 泵泵 HEAT PUMP 温温 暖暖冷冷温暖温暖温暖温暖冷冷寒寒 冷冷温暖温暖温暖温暖温暖温暖地源热泵技术示意基本原理基本原理 热热 泵泵 HEAT PUMP图图1-14 1954-1976年间美国单元式热泵制造台数年间美国单元式热泵制造台数 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP第二章第二章 热泵的理论循环热泵的理论循环2-4 布雷顿热泵循环布雷顿热泵循环布雷顿热泵循环布雷顿热泵循环 2-3 蒸汽压缩式热泵的理论循环蒸汽压缩式热泵的理论循环蒸汽压缩式热泵的理论循环蒸汽压缩式热泵的理论循环 2

35、-1 逆卡诺循环逆卡诺循环逆卡诺循环逆卡诺循环 2-2 劳伦兹循环劳伦兹循环劳伦兹循环劳伦兹循环 2-5 斯特林循环斯特林循环斯特林循环斯特林循环 2-6 吸收式热泵理论循环吸收式热泵理论循环吸收式热泵理论循环吸收式热泵理论循环 2-8 COCO2 2跨临界热泵循环跨临界热泵循环跨临界热泵循环跨临界热泵循环 2-7 温差电热泵温差电热泵温差电热泵温差电热泵 热热 泵泵 HEAT PUMP第二章第二章 热泵的理论循环热泵的理论循环2-1 逆卡诺循环逆卡诺循环一、热泵的型式一、热泵的型式1、压缩式热泵、压缩式热泵2、吸收式热泵、吸收式热泵3、蒸汽喷射式热泵、蒸汽喷射式热泵4、热电热、热电热泵（半导

36、体热泵、温差电泵（半导体热泵、温差电 热泵）热泵）热热 泵泵 HEAT PUMP二、理想热泵循环二、理想热泵循环逆卡诺循环逆卡诺循环1、气相区的逆卡诺循环气相区的逆卡诺循环w 讲解讲解讲解讲解：同制冷循环同制冷循环 （图图2-2、2-3及公式及公式2-22-6分析）分析）2、有温差的热泵循环有温差的热泵循环w 强调强调强调强调：不是逆卡诺循环不是逆卡诺循环 （图图2-4及公式及公式2-82-9分析）分析）热热 泵泵 HEAT PUMP3、两相区的逆卡诺循环、两相区的逆卡诺循环w 讲解讲解讲解讲解：图图2-5及及公式公式2-104、联合循环（、联合循环（制冷制热循环制冷制热循环）w 定义定义定义

37、定义：同时兼有制冷机与热泵功能的同时兼有制冷机与热泵功能的 热机称为热机称为联合循环机联合循环机，这类机器能够，这类机器能够 获得最高的能量效果。获得最高的能量效果。w 性能系数性能系数性能系数性能系数：因为，消耗同样的功，却因为，消耗同样的功，却 同时获得了制冷量和制热量，所以其同时获得了制冷量和制热量，所以其 性能系数较高。（性能系数较高。（图图2-1c及及公式公式2-6）热热 泵泵 HEAT PUMP2-2 劳伦兹循环劳伦兹循环一、变温热源时的逆向可逆循环一、变温热源时的逆向可逆循环 劳伦兹循环劳伦兹循环w 组成组成组成组成：由两个和热源之间由两个和热源之间无温差无温差的的 热交换过程和

38、两个等熵过程所组成的热交换过程和两个等熵过程所组成的 逆向可逆循环。它是消耗功最小、性逆向可逆循环。它是消耗功最小、性 能系数最高的热泵循环。能系数最高的热泵循环。w 循环图循环图循环图循环图：（图图2-6）热热 泵泵 HEAT PUMP二、劳伦兹循环的性能系数二、劳伦兹循环的性能系数w定义定义：等于一个以等于一个以放热平均温放热平均温度度Th，m和和吸热平均温度吸热平均温度TA，m为高、低温热源温度的为高、低温热源温度的等效逆等效逆卡诺循环卡诺循环的性能系数。的性能系数。w计算式计算式：（公式公式2-15）热热 泵泵 HEAT PUMP2-3 蒸汽压缩式热泵的理论循环蒸汽压缩式热泵的理论循环

39、w说明说明说明说明：同压缩式制冷循环同压缩式制冷循环w差别差别差别差别：讲解讲解 qh、h 的差别的差别 （图图2-8及及公式公式2-162-20）2-4 布雷顿热泵循环布雷顿热泵循环w组成组成组成组成：由两个由两个等压过程等压过程和两个和两个等熵过程等熵过程组组成。（成。（图图2-10、图图2-11及及公式公式2-2127）w说明说明说明说明：最早的空气制冷机是封闭的最早的空气制冷机是封闭的布雷顿布雷顿循环循环。热热 泵泵 HEAT PUMP2-5 斯特林循环（简介）斯特林循环（简介）w组成组成组成组成：由两个由两个等温等温和两个和两个等容等容过程组过程组成，主要用于低温系统，图成，主要用于

40、低温系统，图2-12及公式及公式2-282-32。w说明说明说明说明：1816年由年由斯特林斯特林提出，最初用提出，最初用于热机。于热机。1861年年柯克柯克提出斯特林制冷循提出斯特林制冷循环，近年来，也在研究用斯特林循环的环，近年来，也在研究用斯特林循环的动力机动力机，驱动压缩式热泵的热泵机组。，驱动压缩式热泵的热泵机组。热热 泵泵 HEAT PUMP2-6 吸收式热泵理论循环吸收式热泵理论循环w说明说明说明说明：与压缩式热泵循环比较与压缩式热泵循环比较w讲解讲解讲解讲解：Qh=Qc+Qa、h 差别差别 （图图2-13、14、15及公式公式2-332-40）2-7 温差电热泵温差电热泵w说明

41、说明说明说明：同温差电制冷循环同温差电制冷循环w讲解讲解讲解讲解：Qh、h的差别的差别 （图图2-16及公式及公式2-412-52）w由于成本高、效率低以及可靠性差，妨由于成本高、效率低以及可靠性差，妨碍了温差电热泵的普遍应用，只能用于碍了温差电热泵的普遍应用，只能用于功率低、体积小、噪音低的特殊场合。功率低、体积小、噪音低的特殊场合。热热 泵泵 HEAT PUMP2-8 CO2跨临界热泵循环跨临界热泵循环 说明说明：CO2的临界温度接近环境温度，的临界温度接近环境温度，根据循环的外部条件，可实现三种循环。根据循环的外部条件，可实现三种循环。w亚临界循环（亚临界循环（Subcritical C

42、ycle）w跨临界循环（跨临界循环（Transcritical Cycle）w超临界循环（超临界循环（Hypercritical Cycle）w目前制冷、空调、热泵热水器等设备中目前制冷、空调、热泵热水器等设备中采用的采用的CO2循环形式，基本上都是跨临循环形式，基本上都是跨临界循环方式。（界循环方式。（P54，图，图2-17）热热 泵泵 HEAT PUMP 图图 2-1a)热泵装置热泵装置 (b)制冷装置制冷装置c)同时供冷供热联合循环机同时供冷供热联合循环机 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-2 制冷循环与热泵循环的制冷循环与热泵循环的温度区间比较温度区间比较 热热 泵泵 HEAT P

43、UMP图图2-3 被加热物体温度升高时，被加热物体温度升高时，热泵循环的热泵循环的T-s图图 热热 泵泵 HEAT PUMP（2-5）（2-6）热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-4 有传热温差的热泵循环有传热温差的热泵循环 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-5 两相区的逆卡诺循环两相区的逆卡诺循环 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-6 劳伦兹循环劳伦兹循环（2-15）热热 泵泵 HEAT PUMP温温 度度 T熵熵 S洛伦兹循环的洛伦兹循环的T-s图图 热源温度可变时的逆向可逆循环热源温度可变时的逆向可逆循环热源温度可变时的逆向可逆循环热源温度可变时

44、的逆向可逆循环洛伦兹循环洛伦兹循环洛伦兹循环洛伦兹循环 洛伦兹循环洛伦兹循环工作在二个工作在二个变温热源之变温热源之间。与逆卡间。与逆卡循环不同之循环不同之处主要是：处主要是：蒸发吸热和蒸发吸热和冷却放热均冷却放热均为变温过程为变温过程 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-8 蒸汽压缩式热泵的工作原理图蒸汽压缩式热泵的工作原理图 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-10 封闭的布雷顿热泵循环流程图封闭的布雷顿热泵循环流程图 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-11 布雷顿热泵理论循环的布雷顿热泵理论循环的p-v图与图与T-s图图 热热 泵泵 HEAT PU

45、MP（2-27）热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-13 吸收式热泵原理简图吸收式热泵原理简图 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-14 吸收式热泵循环的吸收式热泵循环的T-s图图 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-15 有溶液热交换器的吸收式热泵图式有溶液热交换器的吸收式热泵图式 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-l6 温差电热泵示意图温差电热泵示意图 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP第三章第三章 热泵的低位热源和驱动能源热泵的低位热源和驱动能源 3-4 土壤源土壤源土壤源土壤源 3-3

46、 水水水水 源源源源 3-1 概概概概 述述述述 3-2 空气源空气源空气源空气源 3-5 太阳能太阳能太阳能太阳能 3-7 热泵系统中的蓄热热泵系统中的蓄热热泵系统中的蓄热热泵系统中的蓄热 3-6 驱动能源和驱动装置驱动能源和驱动装置驱动能源和驱动装置驱动能源和驱动装置 3-8 热泵的经济性评价热泵的经济性评价热泵的经济性评价热泵的经济性评价 热热 泵泵 HEAT PUMP第三章第三章 热泵的低位热源和驱动能源热泵的低位热源和驱动能源3-1 概述概述一、低位热源的种类一、低位热源的种类w空气源（一般为环境空气）空气源（一般为环境空气）w水源（水源（地表水地表水地下水地下水海水等）海水等）w土

47、壤源（又称地源）土壤源（又称地源）w太阳能（清洁能源）太阳能（清洁能源）w工业或民用余废热（废水或废气）工业或民用余废热（废水或废气）热热 泵泵 HEAT PUMP二、对低位热源的要求二、对低位热源的要求w要有足够的数量和较高的品位要有足够的数量和较高的品位w没有任何附加费用或仅有极少的附加费用没有任何附加费用或仅有极少的附加费用w输送热量的载热（冷）剂的动力消耗要尽输送热量的载热（冷）剂的动力消耗要尽 可能小可能小w载热（冷）剂对金属材料应无（或尽量小）载热（冷）剂对金属材料应无（或尽量小）腐蚀作用腐蚀作用w热源温度的时间特性和供热的时间特性应热源温度的时间特性和供热的时间特性应 尽量一致尽

48、量一致 热热 泵泵 HEAT PUMPw热源的载热剂应尽量洁净、无杂质热源的载热剂应尽量洁净、无杂质w热源与系列化的热泵产品应匹配热源与系列化的热泵产品应匹配三、待研究和探讨的问题三、待研究和探讨的问题w热源的热源的蓄热问题蓄热问题（蓄热装置可减小热（蓄热装置可减小热泵装置的容量，使热泵能经常在高效泵装置的容量，使热泵能经常在高效率下运行）率下运行）w低温热源与辅助热源的低温热源与辅助热源的匹配问题匹配问题w研究土壤、空气、水、太阳能和蓄热研究土壤、空气、水、太阳能和蓄热等的等的综合利用问题综合利用问题 热热 泵泵 HEAT PUMP3-2 空气源热泵空气源热泵一、空气源热泵的优缺点一、空气源

49、热泵的优缺点w取之不尽、用之不竭，可无偿地获取，取之不尽、用之不竭，可无偿地获取，安装使用方便安装使用方便w热泵的容量和制热性能系数受室外空热泵的容量和制热性能系数受室外空 气的状态参数（如温度和相对湿度）气的状态参数（如温度和相对湿度）影响大，容易造成影响大，容易造成热泵供热量与建筑热泵供热量与建筑 物耗热量物耗热量之间的供需矛盾。之间的供需矛盾。热热 泵泵 HEAT PUMPw冬季室外温度很低时，室外换热器表冬季室外温度很低时，室外换热器表面容易面容易结霜结霜，导致热泵制热性能系数，导致热泵制热性能系数和可靠性降低，甚至无法正常供热。和可靠性降低，甚至无法正常供热。w需要较大的空气循环量（

50、空气的热容需要较大的空气循环量（空气的热容量较小），因此，风机的容量也相应量较小），因此，风机的容量也相应增大，运行费用和噪音大大增加。增大，运行费用和噪音大大增加。二、二、我国我国7 7个采暖区域的个采暖区域的分布图分布图w一级区区划指标（一级区区划指标（P59，表，表3-1）w二级区区划指标（二级区区划指标（P60，表，表3-2）热热 泵泵 HEAT PUMP3-3 水源热泵水源热泵一、水源热泵的优缺点一、水源热泵的优缺点w水的热容量大，传热性能好，换热设备水的热容量大，传热性能好，换热设备结构紧凑。结构紧凑。w水温较稳定，故热泵运行工况也较稳定水温较稳定，故热泵运行工况也较稳定w可使用可