热泵教学第1章绪论

第一章绪论1．1热泵的起源及其发展历史1．1．1热泵的定义与制冷机“热泵”(heatpump)这一术语是借鉴“水泵”一词得来的。在自然界中，水从高处自发流向低处，水泵可将水从低处泵送到高处利用。同样，热量可自发从高温热源传向低温热源，而热泵可将低温热源的热量“泵送”(交换传递)到高温热源加以利用，所以热泵实质上是一种热量提升装置。“热泵”的解释

1我国《暖通空调术语标准》(GB50155—92)

－“能实现蒸发器和冷凝器功能转换的制冷机”；2《新国际制冷词典》(NewInternationalDictionaryofRefrigeration)－“以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统”。

热泵与制冷机不同之处主要有以下两点:

1）两者的应用目的不同。一台热泵(或制冷机)与周围环境在能量上的相互作用是从低温热源(heatSOUroe)吸热，然后放热至高温热源(或称热汇，heatsink)，同时按照热力学第二定律必须消耗机械功(如电力驱动热泵消耗电能)。如果应用的目的是为了获得高温(制热工况)，也就是着眼于从低温热源吸热，通过循环放热至高温部分，就是热泵。如果应用的目的是为了获得低温(制冷工况)，也就是着眼于从低温热源吸热，就成了制冷机。

2）两者的工作温度区往往有所不同。上述所谓高温热源或低温热源都是相对于环境温度而言的，热泵将环境温度作为低温热源，而制冷机则是将环境温度作为高温热源。相对于同一环境温度来说，热泵的工作温度区明显高于制冷机。

当一个装置同时实现制热与制冷功能时，即这种装置运行时高温热源(冷凝器)输出用于制热，而低温热源(蒸发器)吸热用于制冷，这种“一举两得”的同时供热供冷的联合装置既可称热泵也可称制冷机。

热泵技术的节能与环保作用、需要解决的问题:1）热泵技术是利用低温可再生能源的有效技术之一，也是解决暖通空调的能源与环境问题的有效措施之一。但发展热泵的道路还很艰巨，特别是如何用可再生能源替代常规矿物燃料.2）能源是热泵技术发展的必然趋势。尽管近年来地源热泵、太阳能热泵、城市污水热泵等得到了迅速的发展，但有关系统集成技术研究、相关基础性研究和关键技术创新等尚待进一步加强，以使我国的热泵技术得到进一步科学的发展、推广与应用。

1．1．2热泵技术的应用范围

热泵技术在世界各国有大量的应用方式和实例。例如：以热泵作为住宅的供暖(冷)机组；热泵用于大型建筑物或建筑群的供暖(冷)；热泵在室内或室外露天游泳池中的应用；热泵用于余热(排风废热)回收与利用；采用热泵回收和应用制冷装置的冷凝废热利用；人工冰场和游泳池相结合的热泵系统；热泵技术用于木材和生物制品的干燥；热泵技术对工农业生产中低品位能量的回收和高效利用等。

目前热泵技术已成为解决暖通空调的能源与环境问题的有效措施之一。从热泵的发展历程可以看出，热泵的发展不仅与国家经济发展水平和热泵本身的技术水平有关，而且与能源结构与供应特别是政府的政策导向密切相关。尽管目前在世界范围内热泵作为空调产品已进入成熟期，但发展节能型和环境友好型热泵的道路还很艰巨研。因此，在今后应加大热泵的基础性究，强调关键技术创新，加强系统集成技术研究，在关键的基础研究和应用基础研究方面取得突破，以使我国的热泵技术健康发展和科学地推广与应用。

1．2热泵的分类

由于热泵系统构成、设备特性、热源的种类以及用途的多样性，热泵的分类也多种多样，常见的分类方法有按驱动能源种类分类、按工作原理分类、按热源的种类分类、按主要用途分类、按供热温度分类、按热源和供冷供热介质的组合方式分类、按压缩机类型分类、按热泵机组安装方式分类、按热泵的供能方式分类、按能量提升级数分类等。

1．2．1按驱动能源种类分类

(1)电动机驱动。(2)热驱动热驱动又可分为热能驱动(如吸收式热泵、蒸气喷射式热泵)及发动机驱动(如内燃机驱动、汽轮机驱动等)。

1．2．2按工作原理分类

(1)蒸气压缩式这是热泵中最为普遍而广为应用的一种形式。在这类热泵中，热泵工质通常在由压缩机、冷凝器、节流装置及蒸发器等部件组成的系统中进行循环，并通过工质的状态变化及相变来实现将低品位热能泵送至高品位温度区的目的。(2)气体压缩式与蒸气压缩式热泵的区别在于这类热泵中工质始终以气态进行循环而不发生相变，如飞行器的空调系统多采用空气压缩循环。(3)蒸气喷射式实际上这类热泵是以蒸气喷射泵代替机械压缩机，其余的工作原理均与蒸气压缩式相同。作为驱动力的蒸气可来自锅炉，也可利用工艺过程中的水蒸气或其他蒸气。(4)吸收式消耗较高品位的热能来实现将低品位热能向高品位温度区传送的目的。吸收式热泵通常由发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器及节流阀等组成。吸收式热泵的工质最常见的有水一溴化锂(工质为水，吸收剂为溴化锂)、氨一水(工质为氨，吸收剂为水)及其他。吸收式热泵又可按其供热温度的高低分为第一类(增热型)热泵及第二类(升温型)热泵。前者供热的温度低于驱动热源，而后者供热的温度高于驱动热源；前者以增大制热量为主要目的，而后者以升高温度品位为主要目的。(5)热电式利用帕尔帖(Peltier)效应，即当直流电通过由两种不同导体组成的回路时会在回路的两个连结端产生温差的现象。如将低温端置于环境中，则可在另一端获得高温，这就成了热电式热泵。反之，将高温端置于环境中，则就成了热电式制冷机。这类热泵虽具有无运动件、工作可靠、寿命长、控制调节方便、振动小、噪声低、无环境污染等优点，但因热电堆元件的成本、效率等原因，限制了它的发展与应用。

(6)化学热泵利用化学吸收、吸附、浓度差等现象或化学反应等原理制成的热泵。

1．2．3按热源种类分类热泵的热源往往是低品位的，可分为空气、地表水(又可分为江河水、湖泊水、海水等)、地下水、城市自来水、土壤、太阳能、废热(水、气)等。

1．2．4按主要用途分类

(1)住宅用制热量一般为1～7Okw。(2)商业及农业用制热量为2～120kw。(3)工业用制热量为0．1～10MW。还可进一步划分为干燥用、工艺过程浓缩用、蒸馏用等。1．2．5按供热温度分类

(1)低温热泵供热温度<100℃。

(2)高温热泵供热温度>100℃。

1．2．6按热源与供热介质的组合方式分类

(1)空气一空气热泵

2）空气一水热泵

3)水一空气热泵

4)水一水热泵

5)土壤一水热泵(大地耦合式热泵)

6)土壤一空气热泵(大地耦合式热泵)

1．2．7按压缩机类型分类主要有往复活塞式、涡旋式、滚动转子式、螺杆式、离心式等。1．2．8按热泵供能方式分类分为单纯制热、交替制冷与制热、同时制冷与制热。1．2．9按热泵机组安装形式分类分为单元式热泵机组、分体式热泵机组、现场安装式热泵机组。

1．2．10按热量提升级数分类(1)初级热泵(primary。heatp