热泵技术在暖通空调中的应用

1、热泵技术在暖通空调中的应用2内容提要内容提要u热泵技术及评价热泵技术及评价u热泵技术在暖通空调中的应用形式热泵技术在暖通空调中的应用形式u热泵技术在暖通空调中应用应注意的问题热泵技术在暖通空调中应用应注意的问题u热泵技术在暖通空调中的应用实例热泵技术在暖通空调中的应用实例1. 热泵技术及评价热泵技术及评价 1.1 热泵定义热泵定义u热泵是一种利用高位能热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向使热量从低位热源流向高位热源的节能装置高位热源的节能装置u热泵也就是像泵那样，热泵也就是像泵那样，可以把不能直接利用的可以把不能直接利用的低位热能低位热能(如空气、土壤、如空气、土壤、水中所含的热能、太阳水

2、中所含的热能、太阳能、工业废热等能、工业废热等)转换为转换为可以利用的高位热能，可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位从而达到节约部分高位能（如煤、燃气、油、能（如煤、燃气、油、电能等）的目的电能等）的目的 3热泵定义的理解热泵定义的理解u热泵虽然需要消耗一定量的高位能，但所供给用户的热量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与吸取的低位热能的总和。因此，却是消耗的高位热能与吸取的低位热能的总和。因此，热热泵是一种节能装置泵是一种节能装置。u热泵可设想为节能装置（或称节能机械），热泵可设想为节能装置（或称节能机械），由动力机和工由动力机和工作机组成热泵机组作机组

3、成热泵机组。利用高位能来推动动力机（如汽轮机、。利用高位能来推动动力机（如汽轮机、燃气机、燃油机、电机等），然后再由动力机来驱动工作燃气机、燃油机、电机等），然后再由动力机来驱动工作机（如制冷机、喷射器）运转，工作机像泵一样，把低位机（如制冷机、喷射器）运转，工作机像泵一样，把低位的热能输送至较高品位，以向用户供热。的热能输送至较高品位，以向用户供热。u热泵既热泵既遵循热力学第一定律遵循热力学第一定律，在热量传递与转换的过程中，在热量传递与转换的过程中，遵循着守恒的数量关系；又遵循着守恒的数量关系；又遵循热力学第二定律遵循热力学第二定律，热量不，热量不可能自发的、不付代价的、自动的从低温物体转

4、移至高温可能自发的、不付代价的、自动的从低温物体转移至高温物体。在热泵定义中明确指出，热泵是靠高位能拖动，迫物体。在热泵定义中明确指出，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高温物体。4561.2 热泵供热与传统供热热泵供热与传统供热 传统供暖模式示意图传统供暖模式示意图 热源消费热源消费高位能源高位能源向建筑物内提向建筑物内提供低温的热量供低温的热量向环境排向环境排放废物放废物7u两种供暖模式两种供暖模式 (a)电供暖电供暖 (b)热泵供暖热泵供暖8u2008年年12月月17日，欧盟指令认可了空气源热泵和日，欧盟指令认可了空气源热泵和水源热泵为水源热泵为

5、“可再生能源技术可再生能源技术”9热泵空调系统实现了科学配置能源热泵空调系统实现了科学配置能源1.3 热泵的驱动能源热泵的驱动能源u原则上可用原则上可用各种发动机各种发动机来做热泵的驱动装置来做热泵的驱动装置u用电动机作为热泵的驱动装置用电动机作为热泵的驱动装置u用燃料发动机（柴油机、汽油机或燃气轮机等）用燃料发动机（柴油机、汽油机或燃气轮机等）作为热泵的驱动装置作为热泵的驱动装置u用外燃机（斯特林发动机、锅炉）作为热泵的驱用外燃机（斯特林发动机、锅炉）作为热泵的驱动装置动装置u但是，目前小型热泵和大部分大型热泵的驱动装但是，目前小型热泵和大部分大型热泵的驱动装置仍然都置仍然都以电动机为主以电

6、动机为主。因此，热泵的驱动能源。因此，热泵的驱动能源主要是电能，其次是液体燃料（汽油、柴油等）、主要是电能，其次是液体燃料（汽油、柴油等）、燃气等燃气等10 电动机驱动电动机驱动 u单相或三相交流电动机是热泵中用的最普遍的驱动装置单相或三相交流电动机是热泵中用的最普遍的驱动装置 。只要电动机选配恰当，它就能平稳、可靠和高效率地运转。只要电动机选配恰当，它就能平稳、可靠和高效率地运转。因此，在可预见的一段时间内电能将继续是各类热泵的主因此，在可预见的一段时间内电能将继续是各类热泵的主要动力。要动力。 u常用的电能驱动装置主要有：单相交流电动机、三相交流常用的电能驱动装置主要有：单相交流电动机、三

7、相交流异步电动机、直流电动机、变频电动机异步电动机、直流电动机、变频电动机 11燃料发动机驱动燃料发动机驱动 u 燃料发动机按热机工作原理不同有内燃机和燃气燃料发动机按热机工作原理不同有内燃机和燃气轮机两种。从机器结构形式上分有往复式和透平轮机两种。从机器结构形式上分有往复式和透平式的。内燃机可以用液体燃料或气体燃料，根据式的。内燃机可以用液体燃料或气体燃料，根据采用的燃料不同，有柴油机、汽油机、燃气机等。采用的燃料不同，有柴油机、汽油机、燃气机等。 u驱动热泵用的燃料发动机主要有：柴油机、汽油驱动热泵用的燃料发动机主要有：柴油机、汽油机、燃气机、燃气轮机机、燃气机、燃气轮机12 13蒸汽透平

8、（蒸汽轮机）驱动蒸汽透平（蒸汽轮机）驱动 14u供给锅炉一次能源为供给锅炉一次能源为100%（216.1GJ/h）时，经过锅炉损）时，经过锅炉损失了失了10%（21.6 GJ/h），而在凝汽器中被有效利用了），而在凝汽器中被有效利用了65%（140.7 GJ/h），汽轮机驱动热泵用的机械能占初级能源），汽轮机驱动热泵用的机械能占初级能源的的25%（53.8 GJ/h）；若热泵的制热性能系数为）；若热泵的制热性能系数为2.53，那，那么，热泵又可从河水中吸取了相当于初级能源么，热泵又可从河水中吸取了相当于初级能源38%的能源。的能源。因此，该系统可利用的热量为初级能源的因此，该系统可利用的热量为

9、初级能源的128%（276.6 GJ/h）15161.4 热泵评价热泵评价经济性评价经济性评价u原则：原则：“节能节能”与与“省钱省钱”u热泵性能系数热泵性能系数 注意注意(1)COP是瞬时值，是瞬时值，COP与工况有关与工况有关 (2)W是何值是何值u热泵的能源利用系数热泵的能源利用系数ceQQWCOPWWptdptdECOP 供热量初级能源发电效率输配电效率电动机效率17能源利用系数能源利用系数注意：注意：u(1)用季节性能系数、季节能效比才能合理评价热泵用季节性能系数、季节能效比才能合理评价热泵经济性经济性u(2)正确评价热泵才能使热泵得到合理的应用和健康正确评价热泵才能使热泵得到合理的

10、应用和健康的发展的发展经济性：经济性：u回收年限应在回收年限应在5-8年之内年之内供暖供暖方式方式电供暖电供暖燃煤燃煤锅炉锅炉燃气燃气锅炉锅炉电动电动热泵热泵燃气燃气热泵热泵柴油机柴油机热泵热泵E E0.3-0.330.3-0.330.7-0.80.7-0.80.8-0.90.8-0.90.9-1.20.9-1.2( (h h=3-4)=3-4)1.451.451.451.4518能耗费用能耗费用u1小时内加热小时内加热10000kcal时所需要的燃料费用时所需要的燃料费用电动热泵制热性能系数3.54.04.5电动热泵所需的电能(kW)3.3202.9072.584电价0.8元/kWh2.65

11、62.3262.0670.6元/kWh1.9921.7441.2400.4元/kWh1.3281.1631.034燃煤锅炉效率(%)0.650.700.75锅炉耗煤量(kg)2.2962.1301.990煤价350元/t (0.35元/kg)0.8000.7500.696400元/t (0.40元/kg)0.9200.8520.769500元/t (0.50元/kg)1.1481.0650.995u提高热泵的制热性能系数和发电的总效率提高热泵的制热性能系数和发电的总效率u能源价格能源价格19u热泵能源费用等于燃煤费用时，煤热泵能源费用等于燃煤费用时，煤(元元/t)、电、电(元元/kWh)价格比

12、价格比资料表明：资料表明：u美国煤电价格比高达美国煤电价格比高达4000u原苏联为原苏联为2000u我国目前约为我国目前约为500左右左右3.5,0.71558h4.0,0.71365h4.5,0.71213h20三种供暖方式三种供暖方式vs.电价电价/燃料价、供暖期燃料价、供暖期u在多年前，瑞典学者劳伦曾（在多年前，瑞典学者劳伦曾（Lorentzen）教授就指）教授就指出，某一地区适宜采用热泵、电热供暖或是供热锅炉出，某一地区适宜采用热泵、电热供暖或是供热锅炉方式，不仅取决于电价方式，不仅取决于电价X与燃料价与燃料价Y之比，还和供暖之比，还和供暖期的长短有关期的长短有关 B区HP区E区mXY

13、0.51.01.52.02.500.250.50.751.0Ou北欧地区北欧地区uX电价电价uY燃料价燃料价u供暖日数占全供暖日数占全年天数比例年天数比例 21热泵节约燃料热泵节约燃料的条件的条件u供热系统供热系统(锅炉和热泵锅炉和热泵)，每年向用户供，每年向用户供Q(kJ)热量热量1. 锅炉每年消耗的标准煤锅炉每年消耗的标准煤 2. 热泵每年消耗的标准煤热泵每年消耗的标准煤 129308glrwQB 6570%0.9glglrw集中供热锅炉效率，热网效率， 取2/29308hndzsdQB 0.250.350.9ndzndzsd凝汽式电厂效率，输配电效率， 取223. 两方案燃料消耗量的比值

14、两方案燃料消耗量的比值u可见只要可见只要R1，热泵方案就能节约原料，而且值，热泵方案就能节约原料，而且值越大，节约燃料也越多越大，节约燃料也越多u(1)u(2)u(3) 12ndzsdhglrwBRB hRndzsdRglrwR23锅炉锅炉总效率总效率火力发电火力发电总效率总效率热泵性能系数热泵性能系数2.02.53.03.54.04.55.00.650.9 0.250.90.7690.9621.1541.3461.5381.7311.9230.300.90.9231.1541.3851.6151.8462.0772.3080.350.91.0771.3461.6151.8852.1542.4

15、232.6920.700.9 0.250.90.7140.8931.0711.2501.4291.6071.7860.300.90.8571.0711.2861.5001.7141.9292.1430.350.91.0001.2501.5001.7502.0002.2502.5000.750.9 0.250.90.6670.8331.0001.1671.3331.5001.6670.300.90.8001.0001.2001.4001.6001.8002.0000.350.90.9331.1671.4001.6331.8672.1002.3330.800.9 0.250.90.6250.781

16、0.9381.0941.2501.4061.5630.300.90.7500.9381.1251.3131.5001.6881.8750.350.90.8751.0941.3131.5311.7501.9692.1880.850.9 0.250.90.5880.7350.8821.0291.1761.3241.4710.300.90.7060.8821.0591.2351.4121.5881.7650.350.90.8241.0291.2351.4411.6471.8532.0590.900.9 0.250.90.5560.6940.8330.9721.1111.2501.3890.300.9

17、0.6670.8331.0001.1671.3331.5001.6670.350.90.7780.9721.1671.3611.5561.7501.944R值值环境效益评价环境效益评价242526u国际能源机构国际能源机构(IEA)热泵中热泵中心评估资料心评估资料u电动热泵耗电电动热泵耗电CO2排放量以排放量以欧洲发电的欧洲发电的CO2排放量为基排放量为基数计算，平均为数计算，平均为0.55kg CO2/kWhu热泵减排的潜力极大热泵减排的潜力极大u进入进入21世纪后，热泵的快速世纪后，热泵的快速发展不单是为了解决能源问发展不单是为了解决能源问题，而更主要的是为了改善题，而更主要的是为了改善环

18、境问题环境问题0102030405060708090100相对CO2排放量 燃油锅炉燃气锅炉电动热泵，欧洲国家平均燃气热泵电动热泵，电力来自可再生能源2. 热泵技术在暖通空调中的应用形式热泵技术在暖通空调中的应用形式27282.1 空气源热泵空气源热泵29空气源热泵种类空气源热泵种类30空气源热泵系统的特点空气源热泵系统的特点u空气取之不尽，用之不绝，处处都有，随时无偿空气取之不尽，用之不绝，处处都有，随时无偿可用。使机组具有安装地点的可用。使机组具有安装地点的灵活灵活性，使用的性，使用的连连续续性性u空气气温的变化，使机组空气气温的变化，使机组 的变化，制约了机组的使用的变化，制约了机组的使

19、用恶劣工况下，机组运行稳定性变差恶劣工况下，机组运行稳定性变差 出现结霜出现结霜eQWEER、510 C,70%t31空气源热泵系统的特点空气源热泵系统的特点u空气的单位空气的单位容积比热容容积比热容很小很小空气：空气：1.21kJ/m3水：水：4186kJ/m3室外风机风量很大，引起噪声室外风机风量很大，引起噪声u一机冬夏一机冬夏两用两用，一机，一机多功能多功能(制冷、供热、制冷、供热、供热水供热水)u与常规空调相比与常规空调相比省了一套冷却水系统和锅炉省了一套冷却水系统和锅炉可布置在室外，不占用建筑物的有效面积可布置在室外，不占用建筑物的有效面积安装方便，便于运行管理安装方便，便于运行管理

20、不污染空气，有利于环保不污染空气，有利于环保322.2 地源热泵地源热泵u地表水源热泵地表水源热泵关键技术：取水工程、水净化工程关键技术：取水工程、水净化工程u地下水源热泵地下水源热泵关键技术：地下水的回灌技术关键技术：地下水的回灌技术u土壤耦合热泵土壤耦合热泵关键技术：地下埋管换热器关键技术：地下埋管换热器地表水源热泵系统地表水源热泵系统33稳定的季节水位变化适宜的水质要求充足的水量指高品质的适宜的水温适宜于水源热泵的水量而不是指湖泊或水库水体的总水量u开式地表水换热系统就是开式地表水换热系统就是通过取水口，并经简单污通过取水口，并经简单污物过滤装置处理，然后在物过滤装置处理，然后在循环泵的

21、驱动下，将处理循环泵的驱动下，将处理后的地表水直接送入热泵后的地表水直接送入热泵机组或通过中间换热器进机组或通过中间换热器进行换热的系统。行换热的系统。u闭式地表水换热系统就是闭式地表水换热系统就是将将封闭的换热盘管封闭的换热盘管按照特按照特定的排列方式放入具有一定的排列方式放入具有一定深度的地表水体中，传定深度的地表水体中，传热介质通过换热盘管管壁热介质通过换热盘管管壁与地表水进行热交换的系与地表水进行热交换的系统。统。 地表水源热泵开式系统开式系统闭式系统闭式系统3435特点特点u1. 地表水的温度变化比地下水的水温、埋管换热器出水水地表水的温度变化比地下水的水温、埋管换热器出水水温的变化

22、大，其变化主要体现在：温的变化大，其变化主要体现在：u地表水的水温随着全年各个季度的不同而变化。地表水的水温随着全年各个季度的不同而变化。u地表水的水温随着湖泊，池塘的水深度的不同而变化。地表水的水温随着湖泊，池塘的水深度的不同而变化。u地表水源热泵的一些特点与空气源热泵相似。如冬季要求地表水源热泵的一些特点与空气源热泵相似。如冬季要求热负荷最大时，对应的蒸发温度最低，而夏季要求供冷负热负荷最大时，对应的蒸发温度最低，而夏季要求供冷负荷最大时，对应的冷凝温度最高荷最大时，对应的冷凝温度最高u2. 开式地表水热泵空调系统的费用是地源热泵空调系统中开式地表水热泵空调系统的费用是地源热泵空调系统中最

23、低的。而选用闭式地表水源热泵空调系统也比土壤耦合最低的。而选用闭式地表水源热泵空调系统也比土壤耦合热泵空调系统费用低热泵空调系统费用低36特点特点u3. 闭式地表水源热泵系统相对于开式地表水热泵闭式地表水源热泵系统相对于开式地表水热泵系统，具有如下特点：系统，具有如下特点：u闭式环路内的循环介质（水或添加防冻剂的水溶闭式环路内的循环介质（水或添加防冻剂的水溶液）清洁，避免了系统内的堵塞现象。液）清洁，避免了系统内的堵塞现象。u闭式环路系统中的循环水泵只须克服系统的流动闭式环路系统中的循环水泵只须克服系统的流动阻力。阻力。u由于闭式环路内的循环介质与地表水之间换热的由于闭式环路内的循环介质与地表

24、水之间换热的要求，循环介质的温度一般要比地表水的水温度要求，循环介质的温度一般要比地表水的水温度低低27，由此将会引起水源热泵机组的，由此将会引起水源热泵机组的EER（或（或COP）略有下降）略有下降37特点特点u 4. 要注意和防止地表水源热泵系统的腐蚀、生长要注意和防止地表水源热泵系统的腐蚀、生长藻类等问题，以避免频繁的清洗而造成系统运行藻类等问题，以避免频繁的清洗而造成系统运行的中断和较高的清洗费用。的中断和较高的清洗费用。u 5. 地表水源热泵系统的性能系数较高。德国阿伦地表水源热泵系统的性能系数较高。德国阿伦文化及管理中心的河水源热泵平均性能系数可达文化及管理中心的河水源热泵平均性能

25、系数可达4.5。河水温度在。河水温度在6时，其性能系数可达时，其性能系数可达3.1。u6. 冬季地表水的温度会显著下降，因此，地表水冬季地表水的温度会显著下降，因此，地表水源热泵系统在冬季可考虑能增加地表水的水量。源热泵系统在冬季可考虑能增加地表水的水量。u7. 热泵长期不停地从河水或湖水中采热或放热，热泵长期不停地从河水或湖水中采热或放热，对湖泊或河流的生态有何影响，仍是值得我们进对湖泊或河流的生态有何影响，仍是值得我们进一步在运行中注意与研究的问题。一步在运行中注意与研究的问题。 3839地下水源热泵系统地下水源热泵系统图1-2 典型地下水源热泵系统图式7板式换热器；2冷凝器；浅层地能采集

26、系统V1-V8阀门6深井泵；1制冷压缩机；9抽水井；4蒸发器；8热用户；3节流机构；水源热泵机组5循环水泵；10回灌井；建筑物采暖空调系统图1-2 典型地下水源热泵系统图式7板式换热器；2冷凝器；浅层地能采集系统V1-V8阀门6深井泵；1制冷压缩机；9抽水井；4蒸发器；8热用户；3节流机构；水源热泵机组5循环水泵；10回灌井；建筑物采暖空调系统 循环单井使用的是基岩中的裸井；抽灌同井采用循环单井使用的是基岩中的裸井；抽灌同井采用的是过滤器井的是过滤器井(井孔直径和井管直径相同井孔直径和井管直径相同)；填砾；填砾抽灌同井采用的是填砾井抽灌同井采用的是填砾井(井孔直径较井管直径大，井孔直径较井管直

27、径大，其孔隙采用分选性较好的砾石回填其孔隙采用分选性较好的砾石回填)。 循环单井循环单井 抽灌同井抽灌同井 填砾抽灌同井填砾抽灌同井 40特点特点u1、一机两用或一机三用、一机两用或一机三用u两用：冬季供热水，夏季供冷水；两用：冬季供热水，夏季供冷水；u三用：供冷、供暖、供生活用水。三用：供冷、供暖、供生活用水。u2、节能效果显著、节能效果显著u与分体式空调加直接电采暖相比，节电可达与分体式空调加直接电采暖相比，节电可达50%75%。u3、 环保效益显著，供暖区无污染，环保效益好。环保效益显著，供暖区无污染，环保效益好。u4、 合理利用高品位能量，综合能源效率高。合理利用高品位能量，综合能源效

28、率高。u5、 以地下水作低位热源，非常诱人。在北方地区，井水以地下水作低位热源，非常诱人。在北方地区，井水水温大部分地区高于水温大部分地区高于10。41土壤源热泵土壤源热泵42u埋管方式埋管方式u根据布置形式的不同，地下埋管换热器可分为根据布置形式的不同，地下埋管换热器可分为水平埋管水平埋管与与竖直埋管竖直埋管换热器两大类。换热器两大类。u水平埋管方式的优点是在软土地区造价较低，但它的缺点水平埋管方式的优点是在软土地区造价较低，但它的缺点是传热条件受外界气候条件的影响、占地面积大，通常不是传热条件受外界气候条件的影响、占地面积大，通常不太适合中国地少人多的国情。当可利用地表面积较大、地太适合中

29、国地少人多的国情。当可利用地表面积较大、地表层不是坚硬的岩石、建筑物规模小时宜采用水平地埋管表层不是坚硬的岩石、建筑物规模小时宜采用水平地埋管换热器。否则，宜采用竖直地埋管换热器。水平埋管时根换热器。否则，宜采用竖直地埋管换热器。水平埋管时根据一条沟中埋管的多少和方式又分为据一条沟中埋管的多少和方式又分为单管、双管、多管和单管、双管、多管和螺旋管螺旋管等多种形式。等多种形式。u根据在竖直钻孔中布置的埋管形式的不同，竖直地埋管换根据在竖直钻孔中布置的埋管形式的不同，竖直地埋管换热器又可分为热器又可分为U形地埋管换热器形地埋管换热器与与套管式地埋管换热器套管式地埋管换热器。 43水平式换热器水平式

30、换热器典型安装典型安装44水平式埋管换热器在水平沟内敷设，埋深1.23.0m。每沟埋16根管子。根据埋管形式可分为水平管换热器和螺旋管换热器水平式埋管换热器的成本低、安装灵活，但它占地面积大。垂直式垂直式热交换热交换器器垂直式热交换器的结构垂直式热交换器的结构45施工工艺流程施工工艺流程46土壤耦合热泵应用关键土壤耦合热泵应用关键设计前设计前设计中设计中施工施工运行运行地质地质勘探勘探热响应热响应测试测试动态负动态负荷计算荷计算土壤热土壤热平衡平衡调节调节监测监测检测检测试压试压下管下管回填回填472.3 海水源热泵海水源热泵u一般来说，大型海水源热泵站供热、供冷系统是由海水取一般来说，大型海

31、水源热泵站供热、供冷系统是由海水取水构筑物、海水泵站、热泵站、供热与供冷管网、用户末水构筑物、海水泵站、热泵站、供热与供冷管网、用户末端供热、供冷系统组成。端供热、供冷系统组成。 482.4 污水源热泵污水源热泵49流程流程50取水装置及初级处理取水装置及初级处理北欧 大型污水源热泵站 自动筛滤器+淋水式污水换热器 3-5d高压水冲洗，每年1-2次化学清洗 格栅式传送带+四通换向反冲洗技术日本 自动筛滤器+镀铝管板式换热器+自动清洗 污水自动清污过滤器 污水换热器：内置滑动毛刷 四通换向阀 我国 水力连续自清污水防阻机 旋转椭圆管污水过滤器 旋转板式自动除污取水装置 旋转筒式自动除污取水装置

32、开式循环集成式污水取水装置 内置弹簧清污器的污水壳管换热器 自除污除污型污水换热器51支路旁通：支路旁通：41.9%，增，增加一次泵功耗加一次泵功耗回流旁通：回流旁通：21.5%，降，降低二次水温差低二次水温差旁通不可避免旁通不可避免3 热泵技术应用应注意的问题热泵技术应用应注意的问题u3.1 空气源热泵空气源热泵u机组的性能随室外空气状态参数（随地区和季节机组的性能随室外空气状态参数（随地区和季节的不同）不同而变化，这对热泵的供热能力和制的不同）不同而变化，这对热泵的供热能力和制热性能系数影响很大热性能系数影响很大u有结霜问题，结霜后热泵的制热性能系数下降，有结霜问题，结霜后热泵的制热性能系

33、数下降，机组的可靠性降低；室外换热器热阻增加；空气机组的可靠性降低；室外换热器热阻增加；空气流动阻力增加流动阻力增加u低温适应性低温适应性52平衡点温度平衡点温度 u机组所提供的实际供热机组所提供的实际供热量曲线与建筑物热负荷量曲线与建筑物热负荷曲线的交点曲线的交点O称为空气称为空气源热泵的平衡点，此时，源热泵的平衡点，此时，机组所提供的热量与建机组所提供的热量与建筑物所需热负荷恰好相筑物所需热负荷恰好相等，该点所对应的室外等，该点所对应的室外温度温度Tb称为平衡点温度。称为平衡点温度。u合理确定平衡点对于选合理确定平衡点对于选择热泵机组容量的大小、择热泵机组容量的大小、其运行的经济效益、节其

34、运行的经济效益、节能效果都有很大的影响能效果都有很大的影响53最佳能量平衡点最佳能量平衡点 u所谓最佳能量平衡点，即在该平衡点温度下，所所谓最佳能量平衡点，即在该平衡点温度下，所选取的空气源热泵机组的供热季节性能系数选取的空气源热泵机组的供热季节性能系数HSPF最大。最大。54u最小能耗平衡点最小能耗平衡点 u 最小能耗平衡点，即寻求在整个运行季节的一次能最小能耗平衡点，即寻求在整个运行季节的一次能源利用率最高的温度，作为热泵机组和辅助热源的开停转源利用率最高的温度，作为热泵机组和辅助热源的开停转换点。这样，就可以保证热泵在较高的效率下运行，使整换点。这样，就可以保证热泵在较高的效率下运行，使

35、整个供热季节获得较高的一次能源利用率，从而减少了一次个供热季节获得较高的一次能源利用率，从而减少了一次能源的消耗。在供热期中，热泵的能源利用系数永不会低能源的消耗。在供热期中，热泵的能源利用系数永不会低于辅助热源的能源利用系数。于辅助热源的能源利用系数。u最佳经济平衡点最佳经济平衡点u 最佳经济平衡点，即如果按此平衡点来选择机组和最佳经济平衡点，即如果按此平衡点来选择机组和辅助热源，能够使整个供热系统（热泵辅助热源，能够使整个供热系统（热泵+辅助热源）的初辅助热源）的初投资和运行费最少。投资和运行费最少。 55结霜和除霜结霜和除霜56结霜的气象条件结霜的气象条件相对湿度相对湿度干球温度干球温度

36、57解决结霜问题的途径解决结霜问题的途径 u延缓结霜延缓结霜u除霜方法除霜方法 u除霜控制方法除霜控制方法58延缓结霜延缓结霜u改变蒸发器周围环境参数改变蒸发器周围环境参数 对于翅片管式蒸发器，空气湿度对结霜量和结对于翅片管式蒸发器，空气湿度对结霜量和结霜速率的影响最明显，其次是温度和流速。因此霜速率的影响最明显，其次是温度和流速。因此如果把蒸发器周围空气的如果把蒸发器周围空气的湿度降低湿度降低， 将会大大延迟结霜时间。在蒸发器将会大大延迟结霜时间。在蒸发器 空气入口处安装一个吸附床，吸附空气入口处安装一个吸附床，吸附 床内装有固体除湿剂来降低入口空床内装有固体除湿剂来降低入口空 气含湿量，而

37、且在吸附床上装有蓄气含湿量，而且在吸附床上装有蓄 热管，吸收太阳能以提高入口空气热管，吸收太阳能以提高入口空气 温度，从而抑制蒸发器表面的结霜温度，从而抑制蒸发器表面的结霜59 为了让除湿剂能够再生，设计了一套液体除湿系统，该为了让除湿剂能够再生，设计了一套液体除湿系统，该系统可以连续工作，在抑制结霜方面获得了良好的效果。系统可以连续工作，在抑制结霜方面获得了良好的效果。该系统由传统空气源热泵循环、空气除湿循环和除湿剂再该系统由传统空气源热泵循环、空气除湿循环和除湿剂再生循环三个循环组成。生循环三个循环组成。60 带带辅助室外换热器辅助室外换热器的热泵系统，在供热工况运行时，该的热泵系统，在供

38、热工况运行时，该辅助室外换热器可以提高主室外换热器周围的空气温度，辅助室外换热器可以提高主室外换热器周围的空气温度，从而起到延缓结霜的效果；在空调工况运行时，这个辅助从而起到延缓结霜的效果；在空调工况运行时，这个辅助室外换热器可以起到过冷器的作用，以提高机组运行效率。室外换热器可以起到过冷器的作用，以提高机组运行效率。61u改变空气源热泵机组系统改变空气源热泵机组系统 在压缩机出口与蒸发器入口之间加一在压缩机出口与蒸发器入口之间加一旁通管旁通管的方法来的方法来抑制蒸发器表面结霜。结果表明，通过增加旁通管内的制抑制蒸发器表面结霜。结果表明，通过增加旁通管内的制冷剂流量，可以抑制蒸发器表面结霜，不

39、过由于蒸发器入冷剂流量，可以抑制蒸发器表面结霜，不过由于蒸发器入口温度的提高，系统的制热量也会下降。口温度的提高，系统的制热量也会下降。62 带有制冷剂带有制冷剂电加热器电加热器的热泵系统。在热泵系统的室内换的热泵系统。在热泵系统的室内换热器中设置一个制冷剂电加热器。当接通电加热器时，该热器中设置一个制冷剂电加热器。当接通电加热器时，该系统工质压力、温度较普通系统为高，使室外换热器表面系统工质压力、温度较普通系统为高，使室外换热器表面温度比一般热泵系统高温度比一般热泵系统高12，从而可以有效的延缓结霜。，从而可以有效的延缓结霜。63u改变蒸发器结构改变蒸发器结构 主要研究了蒸发器面积、翅片结构

40、与间距、以及主要研究了蒸发器面积、翅片结构与间距、以及沿气流方向的管排数等对蒸发器表面结霜的影响。沿气流方向的管排数等对蒸发器表面结霜的影响。u改变蒸发器表面特性改变蒸发器表面特性 利用表面处理技术（疏水性涂层或亲水性涂层）利用表面处理技术（疏水性涂层或亲水性涂层）进行抑制结霜的研究。疏水性越好的表面，其表面进行抑制结霜的研究。疏水性越好的表面，其表面能越小，液滴脱离过程中需要克服的粘附力越小，能越小，液滴脱离过程中需要克服的粘附力越小，脱落就越快越容易，从而可以有效的抑制结霜。脱落就越快越容易，从而可以有效的抑制结霜。64除霜方法除霜方法（1）空气除霜，室外空气温度高于）空气除霜，室外空气温

41、度高于23采用；采用；（2）电热除霜，将电加热器放置在蒸发器上；）电热除霜，将电加热器放置在蒸发器上；（3）热气除霜，是经常采用的方法，可把一部）热气除霜，是经常采用的方法，可把一部分高压制冷剂旁通到蒸发器进行除霜，也可以利分高压制冷剂旁通到蒸发器进行除霜，也可以利用四通换向阀将供热工况转变为制冷工况进行除用四通换向阀将供热工况转变为制冷工况进行除霜。霜。（4）蓄能除霜）蓄能除霜6566除霜控制方法除霜控制方法u定时除霜定时除霜u温度（压力）温度（压力）时间法时间法 u温差温差时间法时间法 u空气压差控制法空气压差控制法u自组织模糊控制除霜自组织模糊控制除霜67低温适应性低温适应性u当需要的热

42、量比较大的时候，空气源热泵的制热当需要的热量比较大的时候，空气源热泵的制热量不足。量不足。u在低温环境下，空气源热泵的能效比（在低温环境下，空气源热泵的能效比（EER）会）会急速下降。急速下降。u空气源热泵在保证供一定温度热水时，由于室外空气源热泵在保证供一定温度热水时，由于室外温度低，必然会引起压缩机压缩比变大，使空气温度低，必然会引起压缩机压缩比变大，使空气源热泵机组无法正常运行。源热泵机组无法正常运行。u由于室外气温低，会出现压缩机排气温度过高，由于室外气温低，会出现压缩机排气温度过高，而使机组无法正常运行。而使机组无法正常运行。68u会出现失油问题。引起失油问题的具体原因，一会出现失油

43、问题。引起失油问题的具体原因，一是吸气管回油困难；二是在低温工况下，使得大是吸气管回油困难；二是在低温工况下，使得大量的润滑油积存在气液分离器内而造成压缩机的量的润滑油积存在气液分离器内而造成压缩机的缺油；三是润滑油在低温下粘度增加，引起启动缺油；三是润滑油在低温下粘度增加，引起启动时失油，可能会降低润滑效果。时失油，可能会降低润滑效果。u润滑油在低温下，其粘度变大，会在毛细管等节润滑油在低温下，其粘度变大，会在毛细管等节流装置里形成流装置里形成“蜡蜡”状膜或油状膜或油“弹弹”，引起毛细，引起毛细管不畅，而影响空气源热泵的正常运行。管不畅，而影响空气源热泵的正常运行。u由于蒸发温度越来越低，制

44、冷剂质量流量也会越由于蒸发温度越来越低，制冷剂质量流量也会越来越小，这样半封闭压缩机或全封闭压缩机的电来越小，这样半封闭压缩机或全封闭压缩机的电机冷却不足而出现电机过热，甚至烧毁电机。机冷却不足而出现电机过热，甚至烧毁电机。 69改善空气源热泵低温运行特性的技术措施改善空气源热泵低温运行特性的技术措施 u在低温工况下，加大压缩机的容量在低温工况下，加大压缩机的容量 热泵机组在低温工况下运行时，通过加大压缩热泵机组在低温工况下运行时，通过加大压缩机的容量来提高机组的制热能力是一种十分有效机的容量来提高机组的制热能力是一种十分有效的方法。这是因为在蒸发温度和冷凝温度一定时，的方法。这是因为在蒸发温

45、度和冷凝温度一定时，系统内工质的质量流量会随着压缩机容量的增加系统内工质的质量流量会随着压缩机容量的增加而增大。而增大。u加大室外换热器的面积和风量加大室外换热器的面积和风量 加大室外换热器的面积和风量，可以提高空气加大室外换热器的面积和风量，可以提高空气源热泵的蒸发温度。在冷凝温度不变的情况下，源热泵的蒸发温度。在冷凝温度不变的情况下，蒸发温度升高，压缩机的吸气比容变小，热泵工蒸发温度升高，压缩机的吸气比容变小，热泵工质的质量流量变大，单位质量的制冷量也变大。质的质量流量变大，单位质量的制冷量也变大。因此，热泵的制热能力也会提高。因此，热泵的制热能力也会提高。 70采用喷液旁通技术采用喷液旁

46、通技术u旁通部分液体来冷却吸气温度，从而达到降低排旁通部分液体来冷却吸气温度，从而达到降低排气温度的目的气温度的目的 u旁通部分液体来补偿低压，以保证热泵的正常运旁通部分液体来补偿低压，以保证热泵的正常运行行71液体喷射制热循环液体喷射制热循环72散发蒸汽喷射制热循环散发蒸汽喷射制热循环7374单、双级混合式热泵供暖系统单、双级混合式热泵供暖系统MMMM二级侧循环阀 b中间水环路一级侧循环末端用户风机盘管地板采暖阀 c水泵 2阀 d水泵1压缩机水水热泵膨胀阀阀 a空气水热泵膨胀阀压缩机室外侧换热器冷凝器蒸发器冷凝器膨胀阀压缩机一级侧循环室外侧换热器空气水热泵阀 c水泵 2水泵1蒸发器冷凝器阀

47、aM中间水环路M阀 d压缩机水水热泵MM二级侧循环阀 b地板采暖风机盘管末端用户冷凝器膨胀阀75不同运行工况下压缩比与容积效率比较不同运行工况下压缩比与容积效率比较76适用范围适用范围u适用范围是我国西北、华北适用范围是我国西北、华北和东北地区和东北地区u采暖室外计算温度在采暖室外计算温度在-5至至-15之间的地区，如北京、之间的地区，如北京、西安、济南、兰州、石家庄、西安、济南、兰州、石家庄、太原、西宁和银川等，完全太原、西宁和银川等，完全适合适合u采暖室外计算温度在采暖室外计算温度在-15至至-20之间的地区，如呼和浩之间的地区，如呼和浩特和沈阳等可以应用特和沈阳等可以应用u采暖室外计算温

48、度低于采暖室外计算温度低于-20的地区，如哈尔滨、长春和的地区，如哈尔滨、长春和乌鲁木齐等城市在有条件时乌鲁木齐等城市在有条件时可以采用可以采用77中试工程中试工程u北京市海淀区某单位综合楼，位于北京市西北郊北京市海淀区某单位综合楼，位于北京市西北郊凤凰岭自然风景区内，总建筑面积凤凰岭自然风景区内，总建筑面积2200m2 78技术推广应用情况技术推广应用情况 u2003年在北京海淀区某单位综合楼年在北京海淀区某单位综合楼(2200m2)进行进行了中试应用，测试表明，系统的了中试应用，测试表明，系统的EER值均高于值均高于2.5，其平均值为其平均值为3.2，最高可达，最高可达4.4，采暖费用低于

49、电采，采暖费用低于电采暖、燃气供暖、燃油供暖等供暖方式。该系统现暖、燃气供暖、燃油供暖等供暖方式。该系统现已高效、可靠地运行了已高效、可靠地运行了5年年u2005年该系统又应用于北京良乡金香阁饭店年该系统又应用于北京良乡金香阁饭店(6500m2)，为其提供供暖、空调和热水供应，为其提供供暖、空调和热水供应u现又应用于北京门头沟检察院现又应用于北京门头沟检察院(10000m2)u均取得了令人满意的供暖系统，拓展了空气源热均取得了令人满意的供暖系统，拓展了空气源热泵的应用区域。泵的应用区域。3.2 地下水源热泵系统地下水源热泵系统u在目前的技术条件下，回灌井堵塞仍是一种普遍存在的问在目前的技术条件

50、下，回灌井堵塞仍是一种普遍存在的问题题 。u据据Dillon等人对等人对40个回灌事例的调查，发现个回灌事例的调查，发现80的回灌井的回灌井出现堵塞现象，其中出现堵塞现象，其中65的井的堵塞原因已经查明，其余的井的堵塞原因已经查明，其余15的原因尚不清楚。的原因尚不清楚。 u 文献中明确指出：地热水回灌已成为地热开发急需解决文献中明确指出：地热水回灌已成为地热开发急需解决的问题。现统计数据表明地热回灌井仅占总钻井的的问题。现统计数据表明地热回灌井仅占总钻井的5.7%，回灌程度低。回灌程度低。u我国地下水源热泵回灌井运行短则数月，长则我国地下水源热泵回灌井运行短则数月，长则2-3年后，年后，出现

51、回灌水量明显减少，甚至报废的现象比较普遍，如某出现回灌水量明显减少，甚至报废的现象比较普遍，如某调查调查61个项目中个项目中15个项目正常回灌个项目正常回灌79100回灌是正确使用地下水源热泵的基本标志回灌是正确使用地下水源热泵的基本标志u评价一个运行的地下水源热泵系统的优劣，应该首先看它评价一个运行的地下水源热泵系统的优劣，应该首先看它是否能是否能100的回灌地下水。必须符合的回灌地下水。必须符合地源热泵系统工地源热泵系统工程技术规范程技术规范(GB50366-2005)中中5.1.1的规定的规定 u地下水源热泵回灌的目的地下水源热泵回灌的目的u保护地下水资源，避免出现地质灾害保护地下水资源

52、，避免出现地质灾害u改善和提高浅层地能改善和提高浅层地能(热热)的利用效率的利用效率u回灌保持含水层内的压力，维护浅层地能回灌保持含水层内的压力，维护浅层地能(热热)的开采条件的开采条件u地下水回灌技术现已成为诸多领域中的热门研究课题地下水回灌技术现已成为诸多领域中的热门研究课题 u水资源管理水资源管理u地热资源的开发与利用地热资源的开发与利用u地下水源热泵技术地下水源热泵技术80热贯通问题热贯通问题 u热贯通定义为热泵运行期间抽水温度发生改变的现象热贯通定义为热泵运行期间抽水温度发生改变的现象u地源热泵，热贯通现象时有发生地源热泵，热贯通现象时有发生u热贯通产生的原因与含水层特性、井的设计、

53、井间距、井热贯通产生的原因与含水层特性、井的设计、井间距、井的运行方式和负荷特性有关的运行方式和负荷特性有关u轻微的热贯通是可以接受的轻微的热贯通是可以接受的u热贯通的强弱也是关系到地下换热系统健康运行的标志之热贯通的强弱也是关系到地下换热系统健康运行的标志之一一813.3 土壤源热泵土壤源热泵u热量来源与平衡问题热量来源与平衡问题u土壤热物性测试土壤热物性测试u换热器设计换热器设计u辅助热源（热汇）配比辅助热源（热汇）配比u运行策略运行策略823.4 污水源热泵污水源热泵u注意利用城市原生污水余热对后续水处理工艺的影响。若注意利用城市原生污水余热对后续水处理工艺的影响。若原生污水水温降低过大

54、，将会影响市政曝气站的正常运行原生污水水温降低过大，将会影响市政曝气站的正常运行u由初步的工程实测数据表明，与清水同样的流速、管径条由初步的工程实测数据表明，与清水同样的流速、管径条件下，污水流动阻力为清水的件下，污水流动阻力为清水的24倍。因此，在设计中对倍。因此，在设计中对这点应当充分认识，要适当加大污水泵的扬程，或采取技这点应当充分认识，要适当加大污水泵的扬程，或采取技术措施适当减少污水流动阻力损失。术措施适当减少污水流动阻力损失。u以哈尔滨某实际工程为对象，经以哈尔滨某实际工程为对象，经3个月（个月（2003年年12月月2004年年2月）的现场测试，基于实测数据，得到污水月）的现场测试

55、，基于实测数据，得到污水/水换水换热器总传热系数。而水热器总传热系数。而水/水换热器当管内水流速为水换热器当管内水流速为1.22.5m/s，管外水流速为，管外水流速为1.02.5 m/s时，其传热系数为时，其传热系数为17403490W/（）。污水）。污水/水换热器换热系数约为清水换热器换热系数约为清水的水的25%50%。因此，在设计中，所选用的换热器面积。因此，在设计中，所选用的换热器面积比清水时大得多，或采取技术措施强化其换热过程比清水时大得多，或采取技术措施强化其换热过程 833.5 海水源热泵海水源热泵u由于巨大海面时刻接受太阳辐射热，并受大洋环流、海域由于巨大海面时刻接受太阳辐射热，

56、并受大洋环流、海域周围具体气候条件的影响，故仅海域水温会因地、因时而周围具体气候条件的影响，故仅海域水温会因地、因时而异，同时，海洋水温也会随着其深度的不同而异。异，同时，海洋水温也会随着其深度的不同而异。u海水含盐高。具有较强的腐蚀性和较高的硬度。因此，防海水含盐高。具有较强的腐蚀性和较高的硬度。因此，防止海水腐蚀的问题是十分重要的。止海水腐蚀的问题是十分重要的。u海洋生物。海洋附着生物十分丰富：有海藻、细菌、微生海洋生物。海洋附着生物十分丰富：有海藻、细菌、微生物等。他们在适当的条件下大量繁殖，附着在取水构筑物、物等。他们在适当的条件下大量繁殖，附着在取水构筑物、管道与设备上，会造成取水构

57、筑物、管道与设备上的堵塞，管道与设备上，会造成取水构筑物、管道与设备上的堵塞，并不易清除，对海水源热泵的安全运行构成大的威胁。并不易清除，对海水源热泵的安全运行构成大的威胁。u潮汐和波浪。具有很大的破坏力。潮汐和波浪。具有很大的破坏力。u泥沙淤积。取水口应避开泥沙可能淤积的地方，最好设在泥沙淤积。取水口应避开泥沙可能淤积的地方，最好设在岩石海岸、海湾或防堤内。岩石海岸、海湾或防堤内。84防止海水腐蚀的主要措施防止海水腐蚀的主要措施u 采用耐腐蚀的材料及设备：如采用铝黄铜、镍铜、铸采用耐腐蚀的材料及设备：如采用铝黄铜、镍铜、铸铁、钛合金以及非金属材料制作的管道、管件、阀件等；铁、钛合金以及非金属

58、材料制作的管道、管件、阀件等；专门设计的耐海水腐蚀的循环泵等。专门设计的耐海水腐蚀的循环泵等。u 表面涂敷防护：如管内壁涂防腐涂料，采用有内衬防表面涂敷防护：如管内壁涂防腐涂料，采用有内衬防腐材料的管件、阀件等；涂料有环氧树脂漆、环氧沥青涂腐材料的管件、阀件等；涂料有环氧树脂漆、环氧沥青涂料、硅酸锌漆等。料、硅酸锌漆等。u 采用阴极保护，通常的做法有牺牲阳极保护法和外加采用阴极保护，通常的做法有牺牲阳极保护法和外加电流的阴极保护法。电流的阴极保护法。u 宜采用标号较高的抗硫酸盐水泥及制品，或采用混凝宜采用标号较高的抗硫酸盐水泥及制品，或采用混凝土表面涂敷防腐技术。土表面涂敷防腐技术。85防治和清除海生生物的主要方法防治和清除海生生物的主要方法u 设置过滤装置。如拦污栅、格栅、筛网等粗过滤和精设置过滤装置。如拦污栅、格栅、筛网等粗过滤和精过滤。过滤。u 投放药物。如氧化型杀生剂（氯气、二氧化氯、臭氧）投放药物。如氧化型杀生剂（氯气、二氧化氯、臭氧）和非氧化型杀生剂（十六烷基化吡啶、异氰尿酸酯等）。和非氧化型杀生剂（十六烷基化吡啶、异氰尿酸酯等）。u 电解海水法。电解产生的次氯酸钠可杀死海洋