热泵概述课件

1、热泵概述 主讲：周振起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。热泵就是一种利用自然界中低品位热能的装置。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。热泵的含义3热泵的定义与内涵热泵： 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。 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(如空气、土壤、水中所含的热能、

2、工业废热等)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。 热泵的定义 热泵的低位热源与高位热源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。项目自 然 资 源排 热 热 源空气井水河水海水土壤太阳能建筑物内热量排水生产废热温度/-15356150300300121080103510421060气候影响大小较大小小较大较小

3、小小热源适用性良好良好良好良好一般良好良好一般良好适用规模小-大小-大小-大大小-大小-中中-大中小-大低位热源的特点：品位较低，数量大；自然低位热源是再生能源的一部分；分布广泛。常见热泵热源的比较 热泵的低位热源 热泵的驱动能源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

4、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；10装置用途用热废热来源洗衣房热水废水旅馆、医院温水废水印染和其他纺织工业热水、热碱水废水造纸和其他加工工业热水、干燥过程排气、废水麦芽作坊干燥室蒸气农用空调装置采暖、热水马棚、孵化室等香蕉催熟装置催熟间冷藏室干燥装置干燥空气排气、排出的空气去湿废热利用热泵热泵的用途热泵的特点空气源热泵特点：1、节能，有利于能源的综合利用；2、有利于环境保护；3、冷、热及通风三项功能结合，设备利用率高，节省投资；4、 采用电驱动，调控方便，可实现无人坚守运行；5、 设备占用场地面积小，无条件限制。热泵的特点地源热泵特点1、

5、地源热泵技术属可再生能源利用技术地源热泵是利用了地球表面浅层地下热资源作为冷热源，进行能量转换。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。地热能已成为清洁的可再生能源的一种形式。 2、地源热泵属经济有效的节能技术地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。 3、地源热泵环境效益显著，闭式地源热泵系统可实现零污染物排放。 4、地源热泵一机多用，应用范围广，地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，可实现一机多用。热泵的工作原理压缩式热泵的工作原理 压缩式热泵的工作原理压缩式热

6、泵一般有压缩机、冷凝器、节流阀及蒸发器组成。压缩机 ：起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵（制冷）系统的心脏。蒸发器 ：是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的。冷凝器： 是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的。节流阀： 对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。吸收式热泵的工作原理1-发生器2-冷凝器3-节流阀4-蒸发器5-吸收器6-溶液阀7-溶液泵吸收式热泵系统流程图 吸收式热泵的工作原理溶液循环:从发生器来的溶液在吸收器中

7、吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，这一吸收过程为发热过程，为使吸收过程能够持续有效进行，需要不断从吸收器中取走热量，吸收器中的溶液再用溶液泵加压送入发生器，在发生器中，利用外热源对溶液加热，使之沸腾，产生的制冷剂蒸汽进入冷凝器冷凝，溶液返回吸收器再次吸收低压制冷剂，从而实现低压制冷剂蒸汽转变为高压蒸汽的压缩升压过程。 利用空气作冷热源的热泵，称之为空气源热泵。 空气源热泵有着悠久的历史，而且其安装和使用都很方便，应用较广泛。但由于地区空气温度的差别，在我国典型应用范围是长江以南地区。在北方地区，冬季平均气温低于零摄氏度，空气源热泵不仅运行条件恶劣，稳定性差，而且因为存在结霜问题，效率低下。 空气源热泵

8、技术优点：冬夏共用，设备利用率高，不需另设锅炉房。节水节能。由于不用冷却塔，节水。由于空气源热泵的能效比达到3左右，因而与电供暖相比，只消耗1/3的电能。结构紧凑，省去冷却塔、冷却水系统，节省投资与空间，避免军团菌的危害和冷却水处理的麻烦。安装在室外，不占机房面积，节省土建投资，模块组装，多机头，易于分区运行与控制。 空气源热泵技术释放热量100KW消耗电能23KW释放冷量21KW空气源热泵工作原理空气源热泵工作原理空气源热泵运行工作原理是按照逆卡诺循环进行，低温冷媒通过节流装置减压进入蒸发器，在蒸发器中吸收周围空气的热量转化成常温冷媒，再进入压缩机压缩升温成为95 以上的高温气体冷媒（即为高

9、温位能），然后进入冷凝器，在冷凝器内冷媒冷凝放热，加热冷水，放热后的冷媒进入储液罐，经节流装置节流后变为低温低压状态，再次进入蒸发器。冷媒在蒸发器、压缩机、冷凝器、节流装置四大部件之间不断循环运行，从而不断地将从空气中吸取的热量传递给需要加热的冷水，直至水箱中的冷水达到设定温度。 水源热泵1、水源热泵的概念 水源热泵是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。 地球表面浅层水源如深度在1000米以内的地下水、地表的河流、湖泊和海洋中的水吸收了太阳进入地球的辐射能量，并且水

10、源的温度一般都十分稳定。 水源热泵机组就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取能量，由空气或水作为载质提升温度后送到建筑物中。 通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。水源热泵系统 水源热泵系统的组成 用户（室内末端等）系统 由用户侧水管系统，循环水泵，水过滤器，静电水处理仪，各种末端空气处理设备，膨胀定压设备及相关阀门配件组成。 水源中央空调主机系统 由压缩机，蒸发器，冷凝器，膨胀阀，各种制冷管道配件和电器控制系统等组成。 水源水系统 由水源取水装置，取水泵，水处理设备，输水管网和阀门配件等组成。 控制系

11、统 制冷工况可通过阀门切换来实现，即使水源水进冷凝器，蒸发器的冷冻循环水接用户系统（反之则为制热工况） 。3、水源热泵的特点属可再生能源利用技术水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，水源热

12、泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。水源热泵技术高效节能水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也高。而夏季水体为18-35，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户3040的供热制冷空调的运行费用。运行稳定可靠水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除

13、霜等难点问题。水源热泵技术环境效益显著水源热泵使用的电能是一种清洁能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比减少30以上，与电供暖相比减少70以上。水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质。水源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。水源热泵技术一机多用，应用范围广水源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置

14、或系统。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热泵有着明显的优点。不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。水源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，小型的水源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。 自动运行水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计成简单的系统，部件少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长，可达到15年以上。 当然，象任何事物一样，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。 可利用的水源条件限制 水层的地理结构的限制 投资的经济性水源热泵技术4、国内外水源热泵的发展及特点 欧洲第一台热泵机组是在1938年制

15、造的。它以河水为热源，向市政厅供热，输出的热水温度可达60。在冬季采用热泵作为采暖，在夏季用来制冷。1973年能源危机的推动，使热泵的发展形成了一个高潮。目前，欧洲的热泵理论与技术均已高度发达，这种“一举两得”并且环保的设备在法、德、日、美等发达国家业已广泛使用 。 我国最早在50年代，就曾在上海、天津等地尝试夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大学热能研究所吕灿仁教授最早开展了我国的热泵研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。 目前，国内的清华大学、天津大学、重庆建筑大学、上海交大、天津商学院、中国科学院广州能源研究所等多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。国内许多大型建筑的中

16、央空调也指定选用水源热泵产品。水环路热泵系统水环路热泵系统(WLHP)作为水源热泵系统最基本的一种形式，是目前国内外实际应用较多的一种系统形式。水环路热泵系统其主要特点是采用闭式环路循环冷却水系统来连接全部的水源热泵机组，从而构成一个中央空调系统。（1）通常采用锅炉作为加热装置 在国外多采用电热锅炉作为加热装置，亦可采用燃煤、燃油或燃气锅炉。（2）闭环路系统通常多采用冷却塔方式来排热该系统相当于分散机组形式将一大型集中式冷水机组分散到各分区的末端装置水源热泵机组。循环冷却水要经过每台热泵机组。（3）可独立控制，便于计量和收费： 可实现分户用电独立控制，供热空调耗能用电负荷在用户位置计量与收费。

17、对于用户合理使用空调系统，节约空调系统的能耗，有利于公平、公正、公开地摊派空调运行管理费用。水环路热泵系统（4）水环路热泵系统通过循环冷却水作为热源在整个环路中循环经过各个分区的末端热泵装置，将需要供冷分区内机组释放给环路水的热量带走，供给需要供热分区内机组热量，而不需同时开启冷热源就能达到节能的效果。（5）该系统的循环冷却水系统的水温,通常全年维持在1532。在这种温度范围运行有如下优点:a.可避免由于水温过低而产生管壁结露现象，故管道不需采用保温层；b.可避免水温过高，减少了系统循环冷却水的膨胀量；c.由于循环冷却水温度适中，还可与消防喷淋系统相结合，可大大降低系统的设备初投资。水环路热泵

18、系统（6）应用灵活：作为分散式的系统，水环热泵系统对于各种新建或改造工程都更为方便。新建大楼可先安装连接水源热泵机组的主管及支管，热泵机组则可按实际需要逐步分层或分间的安装。对改造工程则可省去新建制冷机房的麻烦。（7）运行维修简便：系统设备简单不需进行复杂地调试工作，安装方便，启动调整容易。机组备用性好，个别机组损坏不会影响到整个系统的空调效果水环路热泵系统水环路热泵系统的运行工况（1）供冷工况：环路中的大部分或全部的热泵机组处在供冷模式下运行。热泵从被调节环境空气中吸取热量释放给环路循环水，使得循环水水温保持不断升高的趋势，冷却塔则满载运行向室外排走过剩的热量，以维持环路水温不高于32，通常

19、环路水温接近于32。（2）过渡季节：在现代化的办公建筑中由于照明、人员、或者是现代化的电器设备大量使用如电脑、复印机而引起的较大的内区负荷，或者建筑的南面朝阳保温较好使得外围护结构引起的热损失小于日照得热负荷而需要间断供冷，北面朝向仍需供热。或是过渡季时，系统存在同时的冷热负荷需要分区供冷或供热，环路中部分水源热泵以供冷模式运行，部分热泵以供热模式运行。当环路水温大于设定的最高的温度时，冷却塔则间歇启动运行。当环路水温小于设定的最低温度时，加热装置则间歇启动运行。环路的水温在1532之间。水环路热泵系统（3）理想的平衡状况：系统理想的运行状况是当供冷分区向循环环路所排放的热量与供热分区从循环环

20、路所吸收的热量相当，即不需要开启冷却塔也不需要开启辅助加热装置，依靠循环环路将热量在内区与周边区转换而达到热平衡。（4）供热工况运行：环路中的大部分或全部热泵机组均在供热模式下运行。热泵从环路循环水中吸取热量释放给被调节的环境空气，维持一定的室温，而环路循环水温呈不断下降的趋势，加热装置则满载运行向环路加热，以维持环路水温不低于15。 地源热泵诞生于20世纪80年代中期。 据美国10年来的统计资料，地源热泵的运行费用（采暖）比耗电空调节约22%25%，比燃油、燃煤锅炉运行费用节约40%60%。 系统平均寿命预计1518年，开式循环系统30年，闭式循环系统寿命预计50年。地 源热泵技术 地源热泵

21、技术是一项值得大面积推广的建筑供能技术。地源热泵是一种利用浅层和深层的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作为冬季热源和夏季冷源，然后再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统，是一种利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型中央空调系统。 抽取地下水水源热泵，但由于技术限制，全部回灌不易做到，监督实施也比较困难，而且容易造成地下水污染。 地源热泵系统简介地 源热泵技术 在国外目前大面积推广使用的是埋管式地源热泵技术，是充分利用浅层地热的最佳技术途径。 目前埋管式地源热泵在欧美国家已得到普遍应用，已被充分证明是成熟可行的技术，在我国，建设部和一些省市的建筑节能政策中明确提出要推广使用地源热泵。（欧

22、美普遍使用的是在别墅中，在冬天取暖、夏天空调的地区） 地源热泵系统简介地 源热泵技术地源热泵工艺系统图地源热泵工作原理地源热泵工作原理地源热泵工艺系统图水平式埋管垂直式埋管地 源热泵技术地源热泵技术地源热泵技术地源热泵技术埋地式换热器的传热强化、土壤源热泵系统仿真及最佳匹配参数的研究还不够深入,无法为设计提供最简洁的方法；土壤源热泵自身存在的缺点：地埋换热器受土壤性质影响较大；连续运行时，热泵的冷凝温度或蒸发温度受土壤温度变化的影响而发生波动；土壤导热系数小，使地埋换热器的面积较大等；关于埋地盘管的数学模型和土壤热场特点的理论研究还不够深入，仍处于试验阶段；由于它涉及钻探工程，使施工困难，系统

23、投资比较大。因此在热泵技术开发应用中，应通过热泵的批量生产和技术改进来降低成本，使热泵技术的优越性更加突出；我国有关地源热泵的现成技术资料不多，缺少这方面的设计、生产、安装和维护人员，而且生产相关设备的厂家少，需加强相关技术人才的培养； 影响地源热泵应用的主要原因 地 源热泵技术需向世界上热泵技术比较发达的国家学习，但应注意：由于我国气候条件不同，因此不能照搬外国的技术成果，而应注意吸收国外正反经验，合理布局，稳步发展，在条件相对成熟的地区多进行试验和总结；地下情况远比地上的复杂，需要进行详细的勘察。提供正确可靠供工程设计参考的技术数据；使用地源热泵系统，要优化，扬长避短；开发成熟的可供工程设

24、计参考的设计计算方法；现有的设计只有专业公司会做，一般设计人员基本不会，严重制约了该技术的推广；现有的产品规格、品种还不够齐全，影响使用；地下换热器的安装、施工技术还没有普及，一般的施工队伍无法保证质量。 地 源热泵技术地源热泵技术各种热源实际可利用热值:（即单位量能源产热量的实际可利用值）名称 热值热效率实际可利用热值 电热水器 3600kJ/度95% 3240kJ/度 燃柴油锅炉 43000kJ/80% 34400kJ/燃气锅炉 35580kJ/M390% 32000kJ/M3太阳能热水器（加电辅） 综合补充系数为1.41热泵机组夏季 3600kJ/度420% 15120kJ/度 过度季3

25、600kJ/度370% 13320kJ/度 冬季3600kJ/度250% 9000kJ/度 热泵与其它空调方式比较不同设备制取每吨热水成本名称 能耗量 能源单价 热水成本平均成本电加热水夏季146510kJ3240kJ/度 =45.22度 0.5元/度22.61 (元) 27.79元 吨水过度季188370kJ3240kJ/度 =58.14度 29.07 (元) 冬季209300kJ3240kJ/度 =64.60度 32.30 (元) 燃油加热水夏季146510kJ34400kJ/ =4.26 6.00 元/25.56 (元) 31.39元 吨水过度季188370kJ34400kJ/ =5.4

26、7 32.82 (元) 冬季209300kJ34400kJ/ =6.08 36.48 (元) 燃气加热水夏季146510kJ32000kJ/M3 =4.58M32.05 /M39.39(元)11.54元 吨水过度季188370kJ32000kJ/M3 =5.89M312.07(元)冬季209300kJ32000kJ/M3 =6.54M313.41(元)太阳能热水器（加电辅）146510kJ3240321.41=20.4度0.5元/度10.20(元)10.20元 吨水热泵机组夏季146510kJ15120kJ/度 =9.69度0.5元/度4.85 (元)7.53元 吨水过度季188370kJ 1

27、3320kJ/度 =14.14度 7.07 (元)冬季209300kJ 9000kJ/度 =23.26度11.63 (元)不同设备制取每吨热水成本对比27.79元 吨水电加热水燃油加热水31.39元 吨水11.54元 吨水10.20元 吨水7.53元 吨水空气源热泵机组太阳能热水器（加电辅）燃气加热水热泵产品的价格每输出功率100KW的设备投资额度为：空气源热泵：10万元左右；水源热泵：30万元左右（其中30为水源引水工程）；地源热泵：50万元左右（其中地下埋管工程占一半） 。1、各种热泵性能对比对比项目空气源热泵水源热泵地源热泵产品单机输出功率 制 热：6-240KW；同时制冷：2-40KW；制 热：6-3700KW；制 冷：2-