热泵技术与应用 (1)

1.地表水
用地表水作为热泵热源的两种方式:
用泵将水抽送至热泵机组的蒸发器换热之后 返回水源。
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 在水泵的驱动下循环经过蒸发器。
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。
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。
节能效益有多大？
例如：若向室内供热10kw，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45℃低 温热源温度为0 ℃，（热泵采用逆卡诺循环）则
εh=T2/（T2-T1）=7.07
W=Q/εh=1.414 kW
1.1.3 热泵的环境效益
热泵技术就是一种有效节省能源、减少CO2排放 和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。
1.2 热泵循环的热力学原理
1.2.1 逆卡诺(Carnot)循环 1.2.2 洛伦兹(Lorenz)循环 1.2.3 热泵的热力经济性指标
1.3.2 水
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)。
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 必先经过水质分析。防止可能出现的腐蚀。
1．热泵的性能系数
制热系数COPh： 蒸气压缩式
COPh
来自百度文库
Qh P
吸收式
Qh
Qg
2．季节制热性能系数
供热季节总的供热量 HSPF 供热季节热泵消耗的总 能量 供热季节辅助加热的耗 能量
3．热泵的 效率
ex

1

TL TH
P
Qh

1

TL TH

理想热泵循环
理想的热泵循环 1.恒温热源间:逆卡诺循环 2.变温热源间:洛伦兹循环
在同样热源条件下理想的热泵循环具有最 大的制热系数，因此它是同样热源条件下的实 际循环的比较标准。
1.2.1 逆卡诺(Carnot)循环
逆卡诺循环的特点
特点: 热源温度恒定. 过程: 两个等熵过程和两个等温过程. 制热系数:
1.2.2 洛伦兹(Lorenz)循环
洛伦兹循环的特点
特点:热源的温度是变化的. 过程: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. 制热系数:
1.2.3 热泵的热力经济性指标
常用的热泵系统热力经济性指标： 性能系数COP(Coefficient of Performance) 季节性能系数HSPF(Heating Seasonal Performance Factor) 热泵的 效率
Qh P

1

TL TH
COPh
1.3 热泵的低位热源
1.3.1 空气 1.3.2 水 1.3.3 土壤 1.3.4 太阳能
各种热泵的温度 范围和热泵作用
1.3.1 空气
特点：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
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: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。
下图表示了采用空气热源热泵供暖的系统 特性。
空气热源热泵供暖的系统特性
３．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。
热泵： 一种以消耗部分能量作为补偿条件使热量从
低温物体转移到高温物体的能量利用装置。 与制冷机比较：
相同：热力学原理 不同：使用的目的；工作温度范围。
冷却与制冷
1.1.2 热泵的节能效益
热泵空调技术是一种有效的节能手段，可以 大大降低一次能源的消耗。
研究表明，电动热泵的制热系数只要大于3， 则从能源利用观点来看，热泵就会比热效率为 80％的区域锅炉房用能更节省。
第1章 概论
1.1 热泵的节能与环境效益 1.2 热泵循环的热力学原理 1.3 热泵的低位热源 1.4 热泵的驱动能源和驱动装置 1.5 热泵的分类 1.6 热泵发展的历史与现状
1.1 热泵的节能与环境效益
1.1.1 热泵定义 1.1.2 热泵的节能效益 1.1.3 热泵的环境效益
1.1.1 热泵定义
空气参数的变化规律对于空气热源热泵的 设计与运行有重要影响，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-20℃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。
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。
1.3.3 土壤
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：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。
1.3.3 土壤
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；