热泵技术与应用第2版教学课件作者张昌ch1课件PPT资料.ppt

1、不同：第第1章章 概论概论1.1.2 热泵的节能效益热泵的节能效益 热热泵泵空空调调技技术术是是一一种种有有效效的的节节能能手手段段，可可以以大大大降低大降低一次能源的消耗一次能源的消耗。研研究究表表明明，电电动动热热泵泵的的制制热热系系数数只只要要大大于于3 3，则则从从能能源源利利用用观观点点看看热热泵泵就就会会比比热热效效率率为为8080的的区区域锅炉房用能节省。域锅炉房用能节省。第第1章章 概论概论返回本节返回本节例如：若向室内供热例如：若向室内供热10kw，采用两种用供热方案，采用两种用供热方案（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

2、给的电能为需要供给的电能为10kw（2）用电能拖动热泵供热。假设供热温度为）用电能拖动热泵供热。假设供热温度为45低温热源温度为低温热源温度为0，热泵采用逆卡诺循环，则，热泵采用逆卡诺循环，则 h=T2/（T2-T1）=7.07 W=Q/h=1.414第第1章章 概论概论差别差别真的真的很大！很大！第第1章章 概论概论1.1.3 热泵的环境效益热泵的环境效益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排放和排放和大气污染的环保技术。大气污染的环保技术。把热泵作为空调系统的冷热源，可以把自然界中的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

3、调系统可利用的再生热能，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。第第1章章 概论概论公认：采用热泵技术是解决暖通空调系统的能公认：采用热泵技术是解决暖通空调系统的能源与环境问题的有效措施之一。因此发展与应源与环境问题的有效措施之一。因此发展与应用热泵空调已成为暖通空调制冷可持续发展的用热泵空调已成为暖通空调制冷可持续发展的基本出发点之一。基本出发点之一。第第1章章 概论概论1.2 热泵循环的热力学原理热泵循环的热力学原理1.2.1 逆卡诺逆卡诺（Carnot）循环循环1.2.2 洛伦兹洛伦兹（Lorenz）循环循环

4、1.2.3 热泵的热力经济性指标热泵的热力经济性指标返回首页返回首页第第1章章 概论概论理想的热泵循环理想的热泵循环1.1.恒温热源间恒温热源间:逆卡诺循环逆卡诺循环2.2.变温热源间变温热源间:洛伦兹循环洛伦兹循环 在在同同样样热热源源条条件件下下理理想想的的热热泵泵循循环环具具有有最最大大的的制制热热系系数数，因因此此它它是是同同样样热热源源条条件件下下的的实实际循环的比较标准。际循环的比较标准。第第1章章 概论概论1.2.1 逆卡诺逆卡诺（Carnot）（Carnot）循环循环第第1章章 概论概论特点特点:热源温度恒定热源温度恒定.过程过程:两个等熵过程和两个等温过程两个等熵过程和两个等

5、温过程.制热系数制热系数:第第1章章 概论概论制冷与热泵q2q1wT2T0 两者的目的和着眼点不同两者的目的和着眼点不同制冷制冷高温高温低温低温q2q1wT0T1热泵热泵高温高温低温低温 两者的工作温度范围不同两者的工作温度范围不同工工作作原原理理相相同同T0为环境温度为环境温度第第1章章 概论概论第第1章章 概论概论1.2.2 洛伦兹洛伦兹（Lorenz）循环循环第第1章章 概论概论特点特点:热源的温度是变化的热源的温度是变化的.过程过程:两个等熵过程和两个工质与热源之间无温差两个等熵过程和两个工质与热源之间无温差 的传热过程所组成的传热过程所组成.制热系数制热系数:第第1章章 概论概论1.

6、2.3 热泵的热力经济性指标热泵的热力经济性指标常用的热泵系统热力经济性指标：常用的热泵系统热力经济性指标：u性能系数性能系数COP（Coefficient of Performance）COP（Coefficient of Performance）u季节性能系数季节性能系数HSPFHSPF（Heating Seasonal Performance Factor）（Heating Seasonal Performance Factor）第第1章章 概论概论1 1热泵的性能系数热泵的性能系数制热系数制热系数COPCOPh h：u蒸气压缩式蒸气压缩式u吸收式吸收式第第1章章 概论概论2 2季节制热

7、性能系数季节制热性能系数第第1章章 概论概论热泵的分类按驱动能源种类电动机驱动热驱动n热能驱动（吸收式热泵、蒸汽喷射式）n发动机驱动（内燃机驱动、汽轮机驱动）第第1章章 概论概论热泵的分类按工作原理分类蒸汽压缩式气体压缩式蒸气喷射式吸收式热电式化学热泵第第1章章 概论概论热泵的分类 按热源种类分类空气水（江河水、湖泊水、海水、地下水等）土壤太阳废热（水、气）第第1章章 概论概论1.3 热泵的低位热源热泵的低位热源1.3.1 1.3.1 空气空气1.3.2 1.3.2 水水1.3.3 1.3.3 土壤土壤1.3.4 1.3.4 太阳能太阳能返回首页返回首页第第1章章 概论概论第第1章章 概论概论

8、1.3.1 空气空气特特点点：空空气气随随时时随随地地可可以以利利用用，其其装装置置和和使使用用比比较方便，对换热设备无害。较方便，对换热设备无害。缺缺点点：空空气气参参数数（温温、湿湿度度）随随地地域域和和季季节节、昼昼夜夜均有很大变化均有很大变化 空空气气的的比比热热容容小小，为为获获得得足足够够的的热热量量以以及及满满足足热热泵泵温温差差的的限限制制，其其室室外外侧侧蒸蒸发发器器所所需需的的风风量量较较大大，使使热热泵泵的的体体积积增增大大，也也造造成成一一定定的的噪声噪声第第1章章 概论概论空空气气参参数数的的变变化化规规律律对对于于空空气气热热源源热热泵泵的的设计与运行有重要影响，主

9、要表现在：设计与运行有重要影响，主要表现在：1 1随随着着空空气气温温度度的的降降低低，蒸蒸发发温温度度下下降降，热泵温差增大，热泵的效率降低。热泵温差增大，热泵的效率降低。单单级级蒸蒸气气压压缩缩式式热热泵泵虽虽然然在在空空气气温温度度低低到到-15-15至至-20C-20C时时仍仍可可运运行行，但但此此时时制制热热系系数数将将有有很很大大的的降降低低，其其供供热热量量可可能能仅仅为为正正常常运运行行时时的的5050以下。以下。第第1章章 概论概论2 2随随着着环环境境空空气气温温度度的的变变化化，热热泵泵的的供供热热量量往往往往与与建建筑筑物物的的供供热热负负荷荷相相矛矛盾盾，即即大大多多

10、数数时时间内均存在供需的不平衡现象。间内均存在供需的不平衡现象。下下图图表表示示了了采采用用空空气气热热源源热热泵泵供供暖暖的的系系统统特性。特性。第第1章章 概论概论第第1章章 概论概论空空气气具具有有一一定定的的湿湿度度，空空气气流流经经蒸蒸发发器器被被冷冷却时，在蒸发器表面会凝露甚至结霜。却时，在蒸发器表面会凝露甚至结霜。蒸蒸发发器器表表面面微微量量凝凝露露时时，可可增增强强传传热热5050-6060，但但阻阻力力有有所所增增加加当当蒸蒸发发器器表表面面结结霜霜时时，不不仅仅流流动动阻阻力力增增大大，而而且且随随霜霜层层的的增增加加而而热热阻阻提提高高。热热泵泵除除霜霜过过程程中中,不不

11、仅仅不不供供热热,还还会会产产生生除霜损失。除霜损失。返回本节返回本节第第1章章 概论概论1.3.2 水水 可供热泵作为低位热源用的水有地表水可供热泵作为低位热源用的水有地表水（河河川水、湖水、海水等川水、湖水、海水等）和地下水和地下水（深井水、泉水、深井水、泉水、地下热水等地下热水等）。优点优点：水的比热容大。传热性能好，所以使换热：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。泵运行性能良好。缺点缺点：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对水质有一定的要求，输送管路和换热

12、器的选择必先经过水质分析。防止可能出现的腐蚀。必先经过水质分析。第第1章章 概论概论1.1.地表水地表水用地表水作为热泵热源的两种方式用地表水作为热泵热源的两种方式:u 用泵将水抽送至热泵机组的蒸发器换热之后用泵将水抽送至热泵机组的蒸发器换热之后返回水源。返回水源。u在地表水水体中设置换热盘管，用管道与热泵在地表水水体中设置换热盘管，用管道与热泵机组的蒸发器连接成回路，换热盘管中的媒介水机组的蒸发器连接成回路，换热盘管中的媒介水在水泵的驱动下循环经过蒸发器。在水泵的驱动下循环经过蒸发器。第第1章章 概论概论2.2.地下水地下水 地下水位于较深的地层中，因隔热和蓄热作地下水位于较深的地层中，因隔

13、热和蓄热作用，其水温随季节气温的变化较小，特别是深井用，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。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水源枯竭。因此，如以深井为热源可采用“深井深井回灌回灌”的方法，并采用的方法，并采用“夏灌冬用夏灌冬用”和和“冬灌夏冬灌夏用用”的措施。的措施。第第1章章 概论概论3.3.生活废水生活废水 生活废水是指洗衣房、浴池、旅馆等的废水，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温度较高，是

14、可利用的低位热源。存在问题存在问题:如何贮存足够的水量以应付热负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。止水对设备的腐蚀。第第1章章 概论概论返回本节返回本节4.4.工业废水工业废水 工业废水形式颇多，数量大、温度高，有的工业废水形式颇多，数量大、温度高，有的可直接再利用。可直接再利用。第第1章章 概论概论1.3.3 土壤土壤 地表浅层土壤相当于一个巨大的集热器，土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。种

15、良好的低位热源。温度稳定，不需通过采用风机或水泵采热，：温度稳定，不需通过采用风机或水泵采热，无噪声、也无除霜要求。无噪声、也无除霜要求。第第1章章 概论概论1.3.3 土壤土壤缺点缺点：热导率小，地下盘管换热器的传热系数小，：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；大导致占地面积大；地下盘管换热器在土壤中埋得较深，土壤中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；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作中间载热介质时，增大用盐水或乙二醇水溶液作中间载热介质时，增大了热泵工质与土壤之间的传热温差和管内介质的了热泵工质