热泵习题课及答案lml.docx
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热泵习题课及答案lml
一、计算题
1：
若向室内供热10kw，采用两种用供热方案，求所需电能的消耗量，并对比作出结论。
（1）采用电阻式加热器，直接加热室内空气。
（2）用电能拖动热泵供热。
假设利用炼钢厂废热，供热温度为10℃，向室内供热温度为40℃，热泵采用逆卡诺循环。
解
（1）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10kw
（2）用电能拖动热泵供热。
假设利用炼钢厂废热，供热温度为10℃，向室内供热温度为40℃，热泵采用逆卡诺循环，则需消耗电能
εh=T2/（T2-T1）=（273+40）/（40-10）=10.4
W=Q/εh=10/10.4=0.96kw
从上面的分析求解过程可以看到采用废热利用的热泵供热，非常节约能源。
2作业题,画出压焓图，标注，确定4个参数求解9项指标
一水/水热泵制热时，工作条件为：
冷凝器工作压力为1MPa，蒸发器工作压力为0.3Mpa，空调用供热水进出口温度分别为10℃、18℃，取传热温差为5℃，冷凝器中过冷度为4℃，压缩机进气温度为11℃、出气温度为40℃，理论输气量为Vh=0.012m3/s，压缩机的输气系数为0.83，指示效率为0.9，机械效率为0.86，热泵工质为R407C。
要求画出压焓图，在图上标注7点，求解如下9项指标：
（1）单位质量吸热量
（2）单位理论压缩功
（3）单位实际压缩功
（4）单位理论制热量
（5）单位实际制热量
（6）工质循环流量
（7）单位理论热泵制热量
（8）压缩机的轴功率
（9）热泵实际制热系数
解：
单级蒸气压缩式热泵循环的热力计算（重点）
4个状态参数（压焓图上1、2、5、6点）
9个指标
冷凝温度tc=（10+18）/2+5=19℃
过冷温度t5=tc-4=19-4=15℃
已知t1=11℃，P1=0.3Mpa，查表得h1=424kJ/kg，v1=0.091m3/kg
已知t2=40℃，P2=1Mpa，查表得h2=440kJ/kg
由t5==15℃，P5=1Mpa，查表得h5=228.1kJ/kg
得h6=h5=228.1kJ/kg
（1）单位质量吸热量qe=h1-h6=424-228.1=195.9kJ/kg
（2）单位理论压缩功wo=h2-h1=440-428=12kJ/kg
（3）单位实际压缩功we=wo/（0.9*0.86）=12/（0.9*0.86）=15.5kJ/kg
（4）单位理论制热量qho=h2-h5=440-228.1=211.5kJ/kg
（5）单位实际制热量qh=qe+we=195.9+15.5=211.4kJ/kg
（6）工质循环流量G=Vh*0.83/v1=0.012*0.83/0.091=0.11kg/s
（7）热泵制热量Qh=qh*G=211.4*0.11=23.3kw
（8）压缩机的实际功率Pe=we*G=15.5*0.11=1.7kw
（9）热泵实际制热系数COPh=qh/we=211.4/15.5=13.6
二、简答题
1 高品位能和低品位能各指什么及区别
答：
高品位能是理论上可以完全转化为功的能量（机械能，电能，化学能，高位的水力和风力）。
低品位能是不能全部而只能部分的转化为功的能量（内能，低温物质）。
2压缩式热泵由哪些基本设备组成，画出简单示意图并标明热泵制热时热量流向。
答：
由压缩机、冷凝器、蒸发器膨胀阀基本设备组成。
3为什么空气源热泵在结霜工况下热泵系统性能系数迅速衰减？
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，形成恶性循环。
4土壤作为低位热源特点：
优点：
（1）全年地温波动小，热泵的制热性能系数较高。
（2）埋地盘管不需除霜。
（3）在采暖季节，土壤温度并不是最低，热泵供热能力不会降到最低。
（4）埋地盘管冬季从土壤中取出的热量在夏季可通过热传导由地面补充，能起到蓄能的作用。
缺点
（1）土壤的导热系数小，所以工质与土壤之间的热交换强度小，需要增加换热面积，因而金属耗量大。
（2）土壤对金属有腐蚀作用，故对埋地盘管应进行防腐处理。
（3）在运行过程中，因采热而引起地温发生变化，地温的变化又造成土壤源热泵蒸发温度的变化，使运行工况不稳定。
5“热泵总是节能的”这句话是否正确？
为什么？
为什么说合理使用高位能是非常重要的？
不正确，热泵节约了高位能。
因为实际的能量利用过程具有两个特性：
量的守恒性和质的贬值性。
任何用能过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，必须合理使用高位能，必须做到按质用能。
6热泵是什么？
与制冷机组区别何在？
热泵是靠高位能拖动，迫使能量从低位热源流向高位热源的装置。
区别：
（1）两者的目的不同，如果目的是为了获得高温（制热），也就是着眼于放热至高温部分，那就是热泵；如果目的是为了获得低温（制冷），也就是着眼于从低温热源吸热，那就是制冷机。
（2）工作温度不同。
7水源热泵的特点与制约条件是什么？
水源热泵的特点：
（1）属可再生能源利用技术
（2）高效节能（3）运行稳定可靠（4）环境效益显著（5）一机多用，应用范围广（6）自动运行。
制约条件：
（1）可利用水源条件限制
（2）水层的地理结构限制（3）投资的经济性。
8热泵的主要分类有哪四种？
答：
1、按工作原理分
2、按驱动方式分
3、按热源与供热介质的组合方式分
4、按低位热源分
9对蒸气压缩式热泵工质的有哪些要求？
答：
1热物理性质
•临界温度应比冷凝温度高得多
•单位容积制热量要大
•饱和压力应适中
•绝热指数要小，液体比热要小
•传热性能好
•流动阻力小
2对环境的友好性
•大气臭氧层ODP值
•温室气体GWP值
3其他要求
良好的化学稳定性
对人的生命和健康无害
经济性，价廉易得
与水的溶解关系
与润滑油具有亲和性（溶解度大小利弊）
10判断下列热泵简图的类型，并指出热泵制热时的蒸发器与制冷器。
土壤/水热泵
土壤/空气热泵
三、填空题（每题一分）
1.常用的热泵工质有_________________等，写出两种自然热泵工质_________________。
R22，R134a，R407c，氨和二氧化碳
2.压缩式热泵系统中，膨胀阀的作用是________________。
节流降压
3.热泵的驱动能源有________________。
电驱动、热驱动和发动机驱动
4.热泵系统常用的热源种类有________________。
空气、水、土壤、太阳能
5热泵工质R22的替代，用新型工质________不用改换回路只需更换润滑油即可。
R407c
6蒸气压缩式热泵常用压缩机的类型有________________________________________________________________________________________________。
活塞式压缩机、离心式压缩机、涡旋式压缩机、螺杆式压缩机
7蒸气压缩式热泵机组有_______________________________________________________
_________________________。
水/水热泵机组、空气/水热泵机组、水/空气热泵机组和空气/空气热泵机组
8热泵用压缩机的特点和要求是________________________________________________________________________________。
1.热泵用压缩机的工作温度范围更宽，2.热泵用压缩机的抗液击能力更强
9空气源热泵会出现的典型问题是_______________________________________。
结霜形成的恶性循环
10对蒸气压缩式热泵工质的热物理性质要求有_______________________________________________________________________________________________________________________。
临界温度应比冷凝温度高得多、单位容积制热量要大、饱和压力应适中、绝热指数要小、液体比热要小、传热性能好、流动阻力小
11蒸气压缩式热泵常见故障有_______________________________________________________________________________________________________________________。
无制冷或制热效果、热量或冷量不足、压缩机的吸气温度不正常、压缩机的排气压力和温度不正常
12衡量热泵工质对环境的友好性两个指标是______________________________________。
ODP值和GWP值
13土壤源热泵包括的几个主要部分分别是______________________________________________________________________________________________________。
14一次能源指_____________________________________。
可再生能源包括_____________________________________。
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