第二章_热泵的基本工作原理与评价

1、12 热泵的基本工作原理与评价热泵的基本工作原理与评价 n高位能与低位能高位能与低位能 n 热泵的定义热泵的定义n热泵的基本工作原理热泵的基本工作原理 n热泵的种类与形式热泵的种类与形式n热泵的评价热泵的评价 22.1高位能和低位能1-水坝中的水；2-供水池；3-湖水中的水；4-水轮机；5-水泵 3不同取水方案比较n 取水方案取水方案1 1 由水坝直由水坝直接供水。接供水。n假设供水量为假设供水量为10 10 吨吨/ /s s，且不计机械摩擦损失和且不计机械摩擦损失和管路阻力损失。则方案管路阻力损失。则方案1 1不需要外界作功，但将不需要外界作功，但将损 失 掉 势 能损 失 掉 势 能 1

2、0 1 0 1001001000=101000=106 6 kg.m/s kg.m/s n 取水方案取水方案2 2 用水泵从用水泵从湖中取水，由坝中的水湖中取水，由坝中的水驱动水轮机，水轮机再驱动水轮机，水轮机再拖动水泵。拖动水泵。n用水坝中的水用水坝中的水0.909 吨吨/s, 其作功值为其作功值为0.909 1001000=9.09104 kg.m/s。拖动拖动水轮机，水轮机，从湖中取水从湖中取水9.09吨吨,即能完成取水即能完成取水任务。任务。4n由此可见，坝中的水和由此可见，坝中的水和湖中的水，虽然都是水，湖中的水，虽然都是水，但其价值是不同的。坝但其价值是不同的。坝中的水具有作功能力

3、，中的水具有作功能力，其价值也高。其价值也高。n能量不仅有数量多少之能量不仅有数量多少之分，也有质量问题。分，也有质量问题。5不同供热方案的比较n 方案方案1 直接用电加热，直接用电加热，则需要则需要10 kW电能。电能。 n方案方案2 2 采用热泵供热，采用热泵供热，即用电能拖动热泵机组即用电能拖动热泵机组向室内供热。向室内供热。n假定供热温度假定供热温度4545，低，低温物体温度温物体温度00，如果热，如果热泵按理想的逆卡诺循环泵按理想的逆卡诺循环工作，则所需要的电能工作，则所需要的电能为为1.1451.145kWkW热负荷10kW6不同温度下的能量比较n室温下的室温下的4.1868 4.

4、1868 kJkJ的热量的热量n100100下的下的4.1868 4.1868 kJkJ的热量相比，数量的热量相比，数量相等，但其质量却不同。相等，但其质量却不同。7 综上所述，可以说明以下几点 :n评价能源的价值时，既要看其数量，又要看其评价能源的价值时，既要看其数量，又要看其质量。能量按其质量可划分为高位能和低位能质量。能量按其质量可划分为高位能和低位能两种。同样，热源也可分为高位热源和低位热两种。同样，热源也可分为高位热源和低位热源。源。 n合理地使用高位能的问题是十分重要的。因为合理地使用高位能的问题是十分重要的。因为实际的能量利用过程有两个特性：量的守恒性实际的能量利用过程有两个特性

5、：量的守恒性和质的贬值性。任何用能过程实质上也可以说和质的贬值性。任何用能过程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，必须做到按质用利用，必须合理使用高位能，必须做到按质用能。能。 8由燃料直接提供采暖等所需的低位能，即使在不损失热量的条件下,室内所得到的热量最多为燃料发热量的100%，也应该说是一种巨大的浪费 。因为,在这种情况下，储藏在燃料中的化学能所具有的作功能力未加以合理利用而被贬值了。9n节约能量的途径节约能量的途径 ，过去认为不用能即节，过去认为不用能即节能，实际上应该提高能量的利用率，能，实际上应该提

6、高能量的利用率，“建筑节能建筑节能”应更准确地表述为应更准确地表述为“建筑建筑合理用能合理用能”。 102.2热泵的定义 n目前目前, ,标准、论文、书籍中有关标准、论文、书籍中有关“热泵热泵”的定义与内涵却各不相同，常给人们一的定义与内涵却各不相同，常给人们一种模糊不清的热泵概念。因此种模糊不清的热泵概念。因此, ,有必要做有必要做个概念明确的统一定义，其内涵要更全个概念明确的统一定义，其内涵要更全面、更准确。面、更准确。11不同文献中热泵的定义n GB50155-99 “热泵热泵”的解释是的解释是“能实现蒸发器和冷凝器功能实现蒸发器和冷凝器功能转换的制冷机能转换的制冷机”。n在在 ( (N

7、ew International Dictionary of New International Dictionary of Refrigeration) Refrigeration) “ “热泵热泵”的定义是的定义是“以冷凝器放出的热量来供以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统热的制冷系统”。 12n 徐邦裕、徐邦裕、 马最良等编马最良等编 “热泵热泵”定义为定义为“靠高位能拖动，迫使热量从靠高位能拖动，迫使热量从低位热源流向高位热源的装置。低位热源流向高位热源的装置。n热泵的原理与应用（郁永章编）热泵的原理与应用（郁永章编） “热泵热泵”是把处于低位的热能输送至高位的机是把处于低位的热能输送至

8、高位的机械械”。n制冷工程技术词典（尉迟斌编）制冷工程技术词典（尉迟斌编） 热泵解释为热泵解释为“可连续将热量从温度较低的物体可连续将热量从温度较低的物体（或环境）传递给温度较高物体的机械（或环境）传递给温度较高物体的机械”。13热泵定义的剖析与看法n把把“热泵热泵”理解为制冷机、制冷系统、装置与机械，各不理解为制冷机、制冷系统、装置与机械，各不相同。显然热泵不是制冷机，也不是制冷系统，而应该是相同。显然热泵不是制冷机，也不是制冷系统，而应该是一种装置或称为机械。热泵概念的引出应从合理的使用高一种装置或称为机械。热泵概念的引出应从合理的使用高位能的角度引出。位能的角度引出。n 制冷机可以作为热

9、泵的工作机。因为制冷循环既制造了制冷机可以作为热泵的工作机。因为制冷循环既制造了低于环境温度的物质，并从环境温度下的物体中吸取热量，低于环境温度的物质，并从环境温度下的物体中吸取热量，又制造了高于环境温度的热量，而获得供热效果，形成了又制造了高于环境温度的热量，而获得供热效果，形成了所谓的热泵作用。所谓的热泵作用。n把把“热泵热泵”理解为一种装置或机械还不够，而应明确是一理解为一种装置或机械还不够，而应明确是一种节能装置或节能机械种节能装置或节能机械 14热泵的定义与内涵n热泵：热泵： 是一种利用高位能使热量从低位热源流是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置。向高位热源的节能装

10、置。 顾名思义，热泵也就是像泵那样，可以把不能直接利用顾名思义，热泵也就是像泵那样，可以把不能直接利用的低位热能的低位热能( (如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能、如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能、工业废热等工业废热等) )转换为可以利用的高位热能，从而达到节转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位能（如煤、燃气、油、电能等）的目的。约部分高位能（如煤、燃气、油、电能等）的目的。15热泵定义内涵的理解：热泵定义内涵的理解：n 热泵虽然需要消耗一定量的高位能，但热泵虽然需要消耗一定量的高位能，但所供给用户的热量却是消耗的高位热能所供给用户的热量却是消耗的高位热能与吸取的低位热能的总和

11、。因此，热泵与吸取的低位热能的总和。因此，热泵是一种节能装置。是一种节能装置。16低位能环境温度高于环境温度的热源高位能动力机工作机17n热泵既遵循热力学第一定律，在热量传热泵既遵循热力学第一定律，在热量传递与转换的过程中，遵循着守恒的数量递与转换的过程中，遵循着守恒的数量关系；又遵循着热力学第二定律，热量关系；又遵循着热力学第二定律，热量不可能自发的、不付代价的、自动的从不可能自发的、不付代价的、自动的从低温物体转移至高温物体。在热泵定义低温物体转移至高温物体。在热泵定义中明确指出，热泵是靠高位能拖动，迫中明确指出，热泵是靠高位能拖动，迫使热量由低温物体传递给高温物体。使热量由低温物体传递给

12、高温物体。182.3热泵的基本工作原理热泵的工作原理与制冷的原理相同，但它们工作的温度范围不同。图中TA是环境温度，Te是低温物体的温度，Th是高温物体的温度。 按热泵驱动功的型式，可把常见的热泵分为多种形式：19机械压缩式热泵 20吸收式热泵； 21蒸汽喷射式热泵； 22帖尔帖热泵（热电热泵 23吸附式热泵24热泵的制热性能系数：热泵的制热性能系数：静输入的能量有效制热量h静输入的能量有效制热量h静输入的能量有效制热量h25n机械压缩式热泵机械压缩式热泵 （理想情况，卡诺循环）理想情况，卡诺循环）1cLhhehTTTWQLhLccTTTWQ26n机械压缩式热泵机械压缩式热泵 （实际循环）实际

13、循环）LhhhhTTT55. 055. 0国外研制的热泵装置，其制热性能系国外研制的热泵装置，其制热性能系数一般为数一般为3636之间。之间。 272.4热泵的种类与形式热泵可按多种特征进行分类热泵可按多种特征进行分类n按低位热源分：按低位热源分：n按热泵与供热介质的组合方式分按热泵与供热介质的组合方式分 n按用途分按用途分 n按供热温度分按供热温度分n按热泵循环的驱动方式分按热泵循环的驱动方式分28按低位热源分n空气源热泵空气源热泵n水源热泵（地表水、地下水、生活废水、水源热泵（地表水、地下水、生活废水、工业废水）工业废水）n土壤源热泵土壤源热泵n太阳能热泵等太阳能热泵等 29按热泵与供热介

14、质的组合方式分n空气空气/ /空气热泵空气热泵n空气空气/ /水热泵水热泵n水水/ /空气热泵空气热泵n水水/ /水热泵水热泵n土壤土壤/ /空气热泵空气热泵n土壤土壤/ /水热泵水热泵 n 低温热源低温热源/ /热媒：热媒：30按用途分n小型水加热器美国小型水加热器美国 19881988年已运行的热泵热水器达年已运行的热泵热水器达200200多万台多万台。n全年运行的空调和采暖热泵全年运行的空调和采暖热泵 n同时供热供冷热泵同时供热供冷热泵n同时供热供冷热泵同时供热供冷热泵n废热利用热泵废热利用热泵n蒸气压缩机及蒸馏装置蒸气压缩机及蒸馏装置31装置的用途装置的用途用热用热用冷用冷鱼类加工厂鱼

15、类加工厂清洗用温水清洗用温水制冷制冷肉类加工厂肉类加工厂清洗用温水清洗用温水冷却和制冷冷却和制冷农舍农舍清洗机器和清洁用温水清洗机器和清洁用温水牛奶冷却、空调用冷牛奶冷却、空调用冷乳品厂乳品厂清洗用温水清洗用温水牛奶冷却、储存室冷却牛奶冷却、储存室冷却屠宰场屠宰场清洗用温水清洗用温水冷藏库及速冻间冷藏库及速冻间溜冰场溜冰场采暖、游泳池采暖、游泳池冰场制冷冰场制冷大型冷库大型冷库供热、出售热量供热、出售热量冷藏间冷藏间啤酒厂啤酒厂温水温水啤酒窖及麦芽汁冷却啤酒窖及麦芽汁冷却工业能源中心工业能源中心温水和热水温水和热水冷盐水、冰、冰水冷盐水、冰、冰水同时供热供冷热泵同时供热供冷热泵32装置用途装置

16、用途用热用热废热来源废热来源洗衣房洗衣房热水热水废水废水旅馆、医院旅馆、医院温水温水废水废水印染和其他纺织工业印染和其他纺织工业热水、热碱水热水、热碱水废水废水造纸和其他加工工业造纸和其他加工工业热水、干燥过程热水、干燥过程排气、废水排气、废水麦芽作坊麦芽作坊干燥室干燥室蒸气蒸气农用空调装置农用空调装置采暖、热水采暖、热水马棚、孵化室等马棚、孵化室等香蕉催熟装置香蕉催熟装置催熟间催熟间冷藏室冷藏室干燥装置干燥装置干燥空气干燥空气排气、排出的空气去排气、排出的空气去湿湿废热利用热泵33 按供热温度分n低温热泵，供热温度低温热泵，供热温度100100n高温热泵，供热温度高温热泵，供热温度10010

17、0 按热泵循环的驱动方式分n电动机驱动电动机驱动电动热泵；电动热泵；n热力驱动热泵热力驱动热泵热能驱动，如吸收式热热能驱动，如吸收式热泵、蒸气喷射式热泵；发动机驱动（内泵、蒸气喷射式热泵；发动机驱动（内燃机、气轮机、燃气机等）燃机、气轮机、燃气机等）。34 常见闭式蒸汽压缩循环热泵 图示图示3536373839404142432.5 热泵的评价n在暖通空调工程中采用热泵节能的经济在暖通空调工程中采用热泵节能的经济评价问题十分复杂，影响因素很多，其评价问题十分复杂，影响因素很多，其中主要有中主要有负荷特性、负荷特性、系统特性、地区气系统特性、地区气候特性、低位热源特性、设备价格、设候特性、低位热源特性、设备价格、设备使用寿命、燃料价格、电力价格备使用寿命、燃料价格、电力价格等等。n但总的原则围绕着两方面，但总的原则围绕着两方面， 即即节能效果节能效果和和经济效益经济效益。 44几个评价指标n热泵的制热性能系数热泵的制热性能系数11eeechWQWWQWQGB/T7725-1996GB/T7725-1996标准中规定，制热性标准中规定，制热性能系数中消耗的功率应为有效输入功能系数中消耗的功率