能源工程管理3.3-3.4

1、第三节 余热利用新技术1热泵热泵 自然界中有大量的低品位热能。如果加以利用，可以缓解当前人类面临的能源短缺的危机。 人类在利用热能的时候有两个条件，数量和温度。所以热泵有两个基本任务：1.收集自然界中的低品位热能；2.将其转换为高品位热能供人类利用。 热力学第二定律指出，热量无法自发的从低温环境转移到高温环境，如果想实现这种逆向传递，必须给予补偿，由此我们知道，热泵工作是需要消耗能量的。 这种利用逆向热力学循环将热量从低温热源转移到高温热源的装置，称为热泵。 热泵虽然消耗了一定的高位能，但热泵的供热量却远大于它所消耗的机械能。 低温低压的气态冷媒经过压缩机的压缩成为高温高压的气体，在冷凝器中向

2、外部高温热源放热，被冷却的高压气液混合物冷媒经过节流阀降压成为低温低压的液体，液态冷媒在蒸发器中从低温热源吸热成为低温低压的气体，气态冷媒在压缩机中被压缩进入下一个循环。 热泵可设想如右图所示的节能装置，由动力机和工作机组成热泵机组。利用高位能来推动动力机（如汽轮机、燃气机、燃油机、电机等），然后在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，把低位的热能升为高位热能，向用户供热。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热泵为什么节能 在蒸发器中，冷媒吸收低温热源的热量被蒸发，通常低温热源的能量都是大量而免费的。 在压缩机中，通过输入的电能作用，将冷媒压缩成高温高压的

3、气体，这就是我们需要的能量，在这个过程中输入的电能起到了补偿作用。 在冷凝器中，高温高压的冷媒被冷却，将热量交换给高温热源后成为高压的液体。 高压的液体经过节流阀的降压作用，成为低温低压的液态冷媒，能量保持不变。 在整个过程中能量的来源有两部分：输入的电能和在蒸发器里吸收的热量。 通常输入1W的电能，能得到3-4W的能量，所以说热泵节能。热泵四大件 压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器 压缩机（compressor），将低压气体提升为高压的一种从动的流体机械。是制冷系统的心脏，它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力

4、，从而实现压缩冷凝膨胀蒸发 ( 吸热 ) 的制冷循环压缩机的分类冷凝器 冷凝器的作用：将压缩机升压排出的制冷剂过热蒸汽冷凝成液体,把热量交换给冷凝介质。 目前热泵的冷凝器通常采用板式换热器，板式换热器是目前各类换热器中换热效率最高的一种换热器，它占用空间小，安装拆卸方便。膨胀阀 膨胀阀的作用：把来自冷凝器的高温、高压液态制冷剂降温、降压后，供给蒸发器并自动调节制冷剂的循环量，控制蒸发器出口制冷剂蒸气的过热度，以适应系统制冷量变化的需要。蒸发器 蒸发器的作用：将低温低压的液态冷媒蒸发，在蒸发过程中液态冷媒汽化吸热。 蒸发器的工作原理：空气在机组外部经蒸发器流入机组内，在此过程中冷媒在蒸发器内流动

5、吸热，达到换热的效果，空气换热结束后经机组上部风机排出。蒸发器的结构图 热泵系统必须同时具备低温（或低位）热源和高温（或高位）热源。 低温热源：被热泵吸收热量的热源； 高温热源：接受热泵提供热量的热源。 热泵的低位热源，是指那些不能直接利用的热源。如储存在空气、水、大地中的热能；生产过程的排弃物（水、汽或气）中的热能；生活中所排出的废热，如排水或排气中的废热等。 根据热力学第二定律，热泵使热量从低温热源到高温热源是需要驱动装置带动工作机来完成的，因此热泵需要一定的驱动能源来驱动。 热泵的驱动能源是指热泵驱动装置所消耗的高位能源。 热泵常用的驱动能源有一次能源（煤、石油、天燃气等）和二次能源（电

6、能、城市燃气等）。 目前最常用的热泵还是由电能驱动的“电驱动热泵”，和利用石油、天然气等的燃烧热以及蒸汽或热水来驱动的“热驱动热泵” 。热泵的用途热泵的用途 制热：为生活、采暖提供热水； 制冷：为工艺、空调提供冷水； 通风：为工艺、空调提供通风；热泵分类 按工作原理来分可分为压缩式热泵、吸收式热泵、化学式热泵。 还有一种热电式热泵，它利用具有热电效应的材料，即可以用来发电又可以用来制冷，而且装置结构紧凑，没有移动件，工作时无噪声，寿命长，无污染等，应用领域广泛。压缩式热泵 1、机械压缩式热泵 2、蒸发喷射压缩式热泵 3、吸收式热泵 吸收式热泵分为第一种吸收式热泵和第二种吸收式热泵。热泵的应用

7、1热泵的工质及其工作范围热泵的工质及其工作范围 目前吸收式热泵常用的工质有水蒸气，冷冻剂R12，R114含氯烷烃等。 吸收式热泵常用工质有水-溴化锂、氨-水等。 根据冷凝器工作温度将热泵分为三类：低温热泵、中温热泵、高温热泵。热泵应用实例 1 建筑物空调 2 用于干燥过程 3 利用热泵产生蒸汽热管热管发展及现状1944年:通用发动机公司的R.C.Gaugler首先提出了热管的工作原理,但是他的想法当时并没有被广泛的采纳利用。1963年:美国的Los Alamos国家实验室的G.M.Grover重新独立发明了这种传热元件,并进行了性能测试实验,将这种传热元件正式命名为热管-heat pipe。1

8、965年:Cotter首次提出了较完整的热管理论。70年代以来:热管技术飞速发展.我国也自70年代开始,开展了对热管的研究和应用。什么是热管 热管是利用封闭在管内工质的相变进行传热的管状换热元件，由多根热管组成的换热装置称为热管换热器。 热管具有结构简单和不存在交叉污染等特点，但是热管的物理过程和流动过程的机理是极为复杂的，它是伴随着物质相变的两相流动的传热传质过程。 从热管与外界的换热情况来看，将热管分三个区段： 1、加热段 2、绝热段 3、冷却段 从热管内部工质的传热传质情况来看，热管也分三个区段： 1、蒸发段 2、输送段 3、凝结段热管的特性 极好的导热性极好的导热性 良好的均温性良好的

9、均温性 热流方向可逆热流方向可逆 热流热流密度密度可变可变 适应性较强适应性较强 可可实现单实现单向传热向传热热管的类型 按工作温度分 按工作液回流的原理分 按形状分热轮热轮是由多孔和高比热容的材料制成，是一种蓄热型回转式气-气换热装置，有转盘式和转鼓式两类结构形式。热轮的优缺点 优点 1、装置的体积小，传热效率高。 2、结构紧凑，成本低廉。 3、具有自吹灰能力，传热面不易积灰。 4、蓄热元件温度高，可减轻热气流对它的低温腐蚀 5、蓄热元件不但允许有较大的磨损，而且更换也较方便。 缺点 1、结构复杂并有转动部件 2、运动部件要消耗能量，低负荷运行时不经济。 3、漏风率大，约为15%-20% 4、冷热流体流动的压力损失大约为1000-2000Pa. 热轮的节能效果 1、热轮在工业生产余热回收中的利用 2、热轮在空调系统中的节能应用第四节 企