热泵循环教学讲解课件

1、第三章 热泵循环n如果用一只四通换向阀来控制改变制冷工质在装置中的流向，制冷装置可以作为热泵装置使用，可以达到夏季对室内制冷、冬季对室内供热的目的。31 理想的热泵循环311逆卡诺循环n制冷剂沿等熵线12被绝热压缩至状态2，温度从T0升至Tk；制冷剂在高温热源温度Tk下沿等温线23进行等温放热，向高温热源放出热量qk；制冷剂再沿等熵线34绝热膨胀，温度从Tk降至T0;最后，在低温热源温度T0下沿等温线41等温吸热，从低温热源吸收热量g0。 循环结果循环结果 从被冷却介质吸热从被冷却介质吸热q0（单位制冷量）；（单位制冷量）；向冷却介质放热向冷却介质放热qk；循环净耗功循环净耗功 qk q0+

2、w 制冷系数制冷系数: 大小只取决于两个热源的温度；大小只取决于两个热源的温度；T0 或或Tk 00TTTwqkoc312劳仑兹循环在劳仑兹循环中，制冷剂沿等熵线ab被绝热压缩至状态b，温度从Ta升至Tb；然后，沿着与高温热源温度变化相逆的路径进行放热压缩，温度由Tb降至Tc，放出热量，实现可逆多变压缩过程；制冷剂再沿等熵线c-d绝热膨胀，温度从Tc降至丁Td；最后，沿着与低温热源温度变化相逆的路径进行吸热膨胀，温度由Td升至Ta，吸收热量，实现可逆多变膨胀过程。劳仑兹循环的制冷(制热)系数仅取决于被冷却物和冷却剂的温度状况，而与制冷剂性质无关。 32 蒸气压缩式热泵循环321 蒸气压缩式热泵

3、的理论循环1）理论循环理论循环n压缩机压缩机： 制冷系统的心脏，压缩和输送制冷剂蒸气；制冷系统的心脏，压缩和输送制冷剂蒸气；等熵压缩；等熵压缩；n冷凝器冷凝器：输出热量；等压放热；：输出热量；等压放热；n节流阀节流阀：节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量；：节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量；等焓节流；等焓节流；n蒸发器蒸发器：吸收热量（输出冷量）从而制冷；等压吸热。：吸收热量（输出冷量）从而制冷；等压吸热。 压焓图压焓图（一点两线三区）（一点两线三区）n等压线等压线 水平线水平线n等焓线等焓线 垂直线垂直线n等干度线等干度线 湿蒸气区域内曲线湿蒸气区域内曲线n等熵线等熵线 向右上方大斜

4、率曲线向右上方大斜率曲线n等容线等容线 向右上方小斜率曲线向右上方小斜率曲线n等温线等温线 垂直线（液相区）垂直线（液相区）水平线（两相区）水平线（两相区） 向右下方弯曲（过热蒸气区）向右下方弯曲（过热蒸气区）理论循环的压焓图理论循环的压焓图压焓图的作用：压焓图的作用：n确定状态参数确定状态参数n表示热力过程表示热力过程n分析能量变化分析能量变化3h2ph021pkp0h1蒸气压缩制冷理论循环p h图4h3=h4状态点的确定状态点的确定n1点：点：Po等压线与等压线与x=1蒸气干饱和线交点蒸气干饱和线交点n3点：点： Pk等压线与等压线与x=0液态饱和线交点液态饱和线交点n2点点: Pk等压线

5、与等压线与s1等熵线交点等熵线交点n4点：点： Po等压线与等压线与h3等焓线交点等焓线交点lnlnp p- -h h图及计算图及计算Ts12345lnph123452q1qw21514qhhhh124qhh21421qhhwhhlnlnp p- -h h图图501001502002503003504004505005506006500.010.1110 x=1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.1x=0.00.00070.000750.00080.000850.00090.000950.0010.00110.00120.00130.00140.00150.0020.003

6、0.0040.0050.0060.0070.0080.0090.010.0150.02m3/kg0.0250.030.040.050.060.070.080.090.10.150.20.30.40.50.60.7m3/kg0.80.91.01.52.02.53.02.4kJ/(kg K)2.32.22.12.0kJ/(kg K)1.91.81.71.61.51.41.31.21.11.0kJ/(kg K)0.90.80.7250oC240230220210200190180170160150140130120110100908070605040302010t=0-10-20-30-40-50-

7、60 p(MPa)h(kJ/kg)理论循环的热力计算理论循环的热力计算n单位质量制冷量单位质量制冷量q0：1kg制冷剂在蒸发制冷剂在蒸发器内从被冷却物体吸收的热量器内从被冷却物体吸收的热量 。 q0h1h4 n单位体积制冷量单位体积制冷量qv ：压缩机每吸入压缩机每吸入1m3制冷剂蒸气制冷剂蒸气（按吸气状态计），在蒸发器中所产生的制冷量（按吸气状态计），在蒸发器中所产生的制冷量 。 qvq0 / v1（h1h4）/v1n制冷剂质量流量制冷剂质量流量MR： MR=Qo / q0n制冷剂体积流量制冷剂体积流量VR: VR=MR*v1 n单位冷凝负荷单位冷凝负荷qk ：1kg制冷剂在冷却和制冷剂在冷

8、却和冷凝过程中放出的热量冷凝过程中放出的热量 。 qkh2h3 n单位理论压缩功单位理论压缩功w0 ：压缩机每压缩输送压缩机每压缩输送1kg制冷剂所制冷剂所消耗的压缩功消耗的压缩功 。 w0h2h1 n制冷系数制冷系数0： n热力完善度热力完善度 ， 数值越接近1，表示该循环的不可逆程度越小，循环的节能性和经济性也愈好。 1241000hhhhwq 0012410TTThhhhkc 1）实际循环的特点）实际循环的特点 n 压缩非等熵、可逆过程压缩非等熵、可逆过程-压缩过程伴有吸热压缩过程伴有吸热和放热；和放热；n 存在传热温差，过程不可逆；存在传热温差，过程不可逆；n 改善循环：吸气过热和过冷

9、节流、回热循环；改善循环：吸气过热和过冷节流、回热循环；n系统存在节流损失系统存在节流损失 ；n系统存在流动损失；系统存在流动损失；n系统存在不凝性气体。系统存在不凝性气体。 n1-a吸气阀节流吸气阀节流na-c制冷剂制冷剂进入气缸，进入气缸，先吸热压缩，后放热压缩先吸热压缩，后放热压缩nc-d排气阀节流排气阀节流nd-2制冷剂在排气腔放热制冷剂在排气腔放热n2-3冷凝放热冷凝放热n3-3液体过冷液体过冷n3-4节流过程，制冷剂节流过程，制冷剂降温降压降温降压n4-1蒸发制冷蒸发制冷实际制冷过程描述实际制冷过程描述 在实际热泵循环中，压缩机的压缩过程并非是等熵过程，而是压缩指数不断变化的多变过

10、程(1一2”)。而且，由于压缩机汽缸中有余隙容积存在，气体经过吸、排气阀及通道处有热量交换及流动阻力，气体通过活塞与汽缸壁间隙处会产生泄漏等，这些因素都会使压缩机的输气量减少，制热量下降，消耗功率增加，排气温度升高。2,240V hD SnZq,1V hmqqv,V sV hqq33 跨临界热泵循环 一些低温制冷剂在普通制冷范围内，利用冷却水或室外空气作为冷却介质时，压缩机的排气压力位于制冷剂临界压力之上，而蒸发压力位于临界压力之下，故将此类循环称为跨临界循环(transcritical cycle)或超临界循环（supercritical cycle)，C02(R744)就是采用跨临界循环的

11、一种制冷剂。 在制冷空调领域，特别对于热泵而言，由于C02优良的特性，以及C02跨临界循环的放热过程可以同变温热源相匹配，更接近于劳仑兹循环，可获得较高的用能效率，被认为是最具潜力的长期替代物。n在跨临界循环中，温度和压力共同影响着气体冷却器出口制冷剂的焓值。在超临界压力下，CO2无饱和状态，由于温度与压力彼此独立，改变高压侧压力将影响制热量、压缩机耗功量以及循环的供热系数。34 热力驱动热泵循环341蒸气喷射式热泵循环n蒸气喷射式热泵是靠液体汽化来吸收低温热源的热量。蒸气喷射式热泵系统包括喷射器、冷凝器、蒸发器、节流阀、泵，喷射器又由喷嘴、吸入室、扩压器3部分。喷射系数un喷射系数作为评定喷

12、射器性能的参数。喷射系数定义为1kg工作蒸气所能引射的制冷蒸气的量(kg)。蒸气喷射式热泵特点n 以热能为补偿能量形式；结构简单；加工方便；没有运动部件；使用寿命长，故具有一定的使用价值。但这种热泵所需的工作蒸气压力高，喷射器流动损失大，因而效率较低。因此在空调中采用溴化锂吸收式热泵比蒸气喷射式热泵有明显的优势。3.4.2吸收式热泵循环n吸收式热泵主要由4个热交换设备组成，即发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，它们组成制冷剂循环与吸收剂循环两个循环环路。蒸气压缩式热泵与吸收式热泵循环比较吸收式热泵有两类形式：n第一类吸收式热泵。利用高温热源把低温热源的热能提高到中温的热泵系统。它是同时利用吸收热和

13、冷凝热制取中温热水的吸收式热泵；n 第二类吸收式热泵。利用中温废热和发生器形成驱动热源系统，同时还利用中温废热和蒸发器构成热源系统，在吸收器中制取温度高于中温废热的热水的热泵系统。两类吸收式热泵工作原理343 吸附式热泵循环吸附基本原理：1）吸附剂：多孔材料，如硅胶、分子筛、活性碳等；2）制冷剂：水、乙醇。3）吸附工质对：硅胶水，活性碳甲醇等。系统循环 35 其他热泵循环n351 热电热泵 热电热泵(又名温差电热泵、半导体热泵或电子热泵)是以温差电现象为基础的制热方法，它是利用塞贝克效应的逆反应帕尔帖效应的原理达到制热目的。n热电热泵的基本单元是半导体电偶。组成电偶的材料一个是p型半导体(空穴型)，一个是n型半导体(电子型)。取它们作热电制热的材料是由于其帕尔帖效应比普通的金属电偶强得多，能够在热结点处表现出明显的制热作用。352 化学热泵n化学热泵是将热能转变为化学能的装置，