热泵讲义第2章课件

讲述内容绪论热泵的理论循环热泵工质热泵的低位热源热泵的驱动能源及装置吸收式热泵热泵在供热和空调方面的应用讲述内容绪论1热泵的理论循环概述理想的热泵循环机械压缩式热泵循环热力压缩式热泵循环其他热泵热泵的理论循环概述2概述热泵循环是一种逆向循环。（如图所示）循环目的：把低温热源的热量转移到高温热源去。如循环的目的是给高温物体（如供暖的房间）不断地提供热量，以保证高温物体的温度，称之为热泵循环。如果循环的目的是从低温物体（如冷藏室、冷库等）不断取走热量，以维持物体的低温，称之为制冷循环。概述热泵循环是一种逆向循环。（如图所示）3WWWT0TAThQ2Q2Q2Q1Q1Q1T0—低温热源温度Th—高温热源温度TA—环境温度Q1—工质从低温热源吸热量

Q2—工质向高温热源放热量W—为完成逆循环工质消耗的外界功量概述WWWT0TAThQ2Q2Q2Q1Q1Q1T0—低温热源温度4概述衡量热泵循环和制冷循环的经济性指标都用性能系数（COP）来表示，它是得到的收益与耗费的代价之比值。习惯上，热泵循环的性能系数称为供热系数COPh，而将制冷循环的性能系数称为制冷系数COP。常见的热泵形式有：机械压缩式、热力压缩式（吸收式、蒸气喷射式和吸附式）以及热电式等。概述衡量热泵循环和制冷循环的经济性指标都用性能系数（5理想的热泵循环逆卡诺循环Lorenz循环理想的热泵循环逆卡诺循环6理想的热泵循环-逆卡诺循环经济性指标最高的热泵循环是同温限间的逆卡诺循环。理想的热泵循环-逆卡诺循环经济性指标最高的热泵循环是同温限间7过程1→2

工质被等熵压缩，升温、升压过程中耗功：wc

过程2→3

工质向热源等温放热，放出热量为：qk过程3→4工质等熵膨胀，降温、降压过程中做功：we过程4→1

工质从冷源等温吸热，吸收热量为：q01234STabTk’T0’qkq0wcwe∑w=？循环特性分析：q0

、∑w、εc过程1→2工质被等熵压缩，升温、过程2→3工质向热源等温8理想逆循环性能单位质量制冷量：单位质量耗功量：单位质量放热量：循环的制冷系数：q0=T0’

（sa-sb）qk=Tk’

（sa-sb）∑w=wc-we=qk-q0=（Tk’

-T0’

）（sa-sb）εc=q0/∑w=T0’/（Tk’

-T0’

）=1/（Tk’

/T0’-1）循环的制冷系数：εh=qk/∑w=Tk’/（Tk’

-T0’

）=1/（1-Tk’

/T0’

）理想逆循环性能单位质量制冷量：单位质量耗功量：单位质量放热量9理想逆循环几个结论循环性能的影响因素？只与高低温热源温度有关，与工质性质无关性能系数随高、低温热源温度如何变化？制冷（供热）系数随高温热源温度降低、低温热源温度升高而升高；随高温热源温度升高、低温热源温度降低而降低。高、低温热源温度对性能系数的影响谁大？低温热源理想逆循环几个结论循环性能的影响因素？10

通常热泵循环是以环境作为低温热源，即T2=TA。于是，逆卡诺循环的供热系数为：通常热泵循环是以环境作为低温热源，即T2=T11高温热源温度Th：30，35，。。。，70低温热源温度TA：5高温热源温度Th：30，35，。。。，7012在一定的环境TA下，用热空间温度Th愈高，即Th与TA的温差愈大则εh愈小；反之，Th愈低，即Th与TA的温差愈小，则εh愈大。在一定的环境TA下，用热空间温度Th愈高，即13高温热源温度Th：40低温热源温度TA：-10，-8，。。。，6，8高温热源温度Th：4014当用热空间温度Th一定时，TA愈低，Th与TA的温差愈大，则εh愈小；反之，TA愈高，即Th与TA的温差愈小，则εh愈大。当用热空间温度Th一定时，TA愈低，Th与TA的温差愈大，15维持不必要的更高温度Th是对能量的浪费，应予以避免。寻找更高温度的低温热源是目标。维持不必要的更高温度Th是对能量的浪费，应予以避免。16理想的热泵循环-Lorenz循环热源温度有限，热泵工作时，高、低温热源温度都变。Lorenz循环提出变温热源间的理想逆向循环。构成：两定熵+两无温差变温1——2：等熵压缩2——3：可逆放热过程3——4：等熵膨胀过程4——1：可逆吸热过程经济性指标介于同温限间的逆卡诺循环与考虑温差的逆卡诺循环之间。逆卡诺循环的供热系数为：

εh=Thm/（Thm－TLm）TSO4123ThmTLm理想的热泵循环-Lorenz循环热源温度有限，热泵工作时，高17机械压缩式热泵循环机械压缩式热泵消耗由热机或电动机等所作的机械功，使工质蒸气从高温低压状态被压缩至高温高压状态。1.蒸气压缩式循环（工质为蒸气）2.逆布雷顿（Brayton）循环（工质为气体）3.逆斯特林（Stiring）循环（工质为气体）机械压缩式热泵循环机械压缩式热泵消耗由181.蒸气压缩热泵循环引入原因：空气制冷循环存在着基本缺点：一是由于吸热过程和放热过程是在定压非定温下进行，与逆向卡诺循环的相应过程相差较远，因而制冷系数低；二是由于空气的比定压热容较小，则循环的制冷量也较小。采用蒸气压缩制冷循环可以改善（？）。1.蒸气压缩热泵循环引入原因：空气制冷循环存在着基本缺点：一19热泵讲义第2章课件20循环的性能分析工质通过蒸发器自冷源吸收的热量为：q2=h1-h5=h1-h4工质通过冷凝器向外界放出的热量为：q1=h2-h4

压缩机耗功量为：ωc=h2-h1供热系数为：ε=q1/ωc=(h2－h4)/（h2－h1）各点的参数，可由工质的热力性质表或—焓图（lgp－h）查得。影响热泵性能的主要因素：t0,tk,Δtsh,Δtrc.

循环的性能分析21蒸气压缩式制冷的理论循环理论循环的组成与理想循环相比的特点理论循环的热力计算蒸气压缩式制冷的理论循环理论循环的组成22理论循环的组成组成：两个等压吸热、放热过程；一个绝热压缩过程；一个绝热节流过程。理论循环的组成组成：两个等压吸热、放热过程；一个绝热压缩过程23与理想循环相比的特点用膨胀阀代替膨胀机。蒸气的压缩在过热区进行，而不是在湿蒸气区进行。（用干压缩代替湿压缩）两个传热过程都是等压过程，并且具有传热温差。（有温差的传热）与理想循环相比的特点用膨胀阀代替膨胀机。24用膨胀阀代替膨胀机原因：膨胀功小；简化装置、便于调节。措施：用膨胀阀代替膨胀机。后果：产生两部分节流损失，使制冷系数下降。节流损失与（Tk-T0）和物性有关。用膨胀阀代替膨胀机原因：膨胀功小；简化装置、便于调节。25干压缩代替湿压缩原因：有效吸气量减少，制冷量降低破坏压缩机润滑、液击，损坏压缩机。措施：在蒸发器出口设气液分离器；加大蒸发器的面积；采用回热循环等。后果：产生过热损失。干压缩代替湿压缩原因：26具有温差的等压传热原因：实际换热面积不可能无穷大。措施：增加相关设备及管路。后果：即产生节流损失；又产生过热损失。具有温差的等压传热原因：实际换热面积不可能无穷大。27理论循环的热力计算压焓图的应用蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算例题及讨论理论循环的热力计算压焓图的应用28压焓图的应用压焓图的引入用线段表示吸、放热量，功量直观、方便、清晰压焓图的组成蒸气压缩式制冷理论循环在压焓图上的表示压焓图的应用压焓图的引入29压焓图的组成纵坐标：压力横坐标：焓hlgPCx=0x=1tsvx状态变化图等温线及其变化等熵线及其变化等比容线及其变化等干度线及其变化压焓图的组成纵坐标：压力hlgPCx=0x=1tsvx状态变30蒸气压缩式制冷理论循环在压焓图上的表示坐标及状态变化图压缩过程1→2定压放热过程2→3节流过程3→4定压吸热过程4→1hlgPC1234T0T3TkPkP0q0qkwc各个过程前后能量分析蒸气压缩式制冷理论循环在压焓图上的表示坐标及状态变化图压缩过31蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算（一）依据：蒸发、冷凝、再冷、压缩机吸气温度，制冷量Φ0等。步骤：先求出各状态点参数；再对各环节进行热计算。内容：单位质量（容积）制冷能力q0（qv），kJ/kg

（kJ/m3）qv=q0/v1=（h1-h4）/v1（v1–压缩机吸气比容，m3/kg）制冷剂的质量流量Mr：Mr=Φ0/q0（kg/s）制冷剂的体积流量Vr：Vr=Mrv1=Φ0/qv（m3/s）蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算（一）依据：蒸发、冷凝、再冷32蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算（二）单位质量（容积）制冷能力q0（qv）制冷剂的质量流量Mr制冷剂的体积流量Vr冷凝器的热负荷Φk：Φk=Mrqk=Mr（h2-h3）（kW）压缩机的理论耗功量Pth：Pth=Mrwc=Mr（h2-h1）（kW）理论制冷系数εth：εth=Φ0/Pth=q0/wc=（h1-h4）/（h2-h1）制冷效率ηR：指理论循环制冷系数εth与相同蒸发、冷凝温度下理想循环制冷系数εc’之比。

ηR=εth/εc’蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算（二）单位质量（容积）制冷能33蒸气压缩式制冷循环的改善膨胀阀前液态制冷剂再冷却回收膨胀功多级压缩制冷循环蒸气压缩式制冷循环的改善膨胀阀前液态制冷剂再冷却34膨胀阀前液态制冷剂再冷却措施分析结果膨胀阀前液态制冷剂再冷却措施35措施设置再冷却器大型氨制冷系统，单独设置小型氟利昂系统，适当增加冷凝器面积采用回热循环在高温高压端产生液态制冷剂的再冷却在低温低压端保证了吸气干压缩注意再冷温度、再冷度过热温度、过热度措施设置再冷却器36分析设置再冷却器工作流程复杂，系统维护相对较难压缩功没有增加时，单位质量制冷能力增加采用回热循环工作流程复杂，初投资增加压缩功增加，单位质量制冷能力增加注意再冷温度、再冷度过热温度、过热度分析设置再冷却器37结果设置再冷却器节流损失减少制冷系数提高采用回热循环节流损失减少，过热损失增加制冷系数随制冷剂的热物理性质有关，并随其性质的不同而有不同的结果结果设置再冷却器38回收膨胀功措施：用膨胀机代替膨胀阀分析：系统复杂，增加初投资压缩机耗功率减小，单位质量制冷量增加结果节流损失减少制冷系数增加回收膨胀功措施：用膨胀机代替膨胀阀39多级压缩制冷循环措施：采用闪发蒸气分离器设置中间冷却器分析：系统复杂，初投资增加，只有压缩比（Pk/P0）8时采用结果过热损失减少制冷系数增加多级压缩制冷循环措施：40COP-toCOP-to41COP-tkCOP-tk42复习T-s图和lgp-h图上如何表示热量？T-s图和lgp-h图上如何表示功量？复习T-s图和lgp-h图上如何表示热量？432.逆布雷顿（Brayton）循环构成：是由两个定压和两个定熵过程组成的循环。性能分析循环工质从低温热源吸收的热量为：q2=Cp（T1－T4）循环工质放给高温热源的热量为：q1=Cp（T2－T3）循环所耗的净功为：ωnet=ωc-ωe=Cp（T2-T1）-Cp（T3-T4）2.逆布雷顿（Brayton）循环构成：是由两个定压和两个定44循环的供热系数为：εh=q1/ωnet=(T2－T3)/[（T2－T3）－（T1－T4）]为分析影响供热系数的因素，将上式作进一步推演可得εh=1/[1-（P2/P1）（k－1）/k]=T2/（T2－T1）=T3/（T3－T4）表明：增压比л越小，供热系数越大。但增压比越小，循环中单位工质的制热量也越小（？），因此压缩比不能太小。多采用低压缩比的透平压缩机、膨胀机，并在热泵系统中加回热器进一步降低压缩比，从而提高热泵的性能。循环的供热系数为：45热力压缩式热泵循环蒸气喷射式热泵循环吸收式热泵循环吸附式热泵循环热力压缩式热泵循环蒸气喷射式热泵循环46蒸气喷射热泵循环主要特点：用引射器代替压缩机，消耗热能实现供热目的。装置：主要由发生器（锅炉、余热、废热等）、引射器(或喷射器)、冷凝器、节流阀、蒸发器和水泵等组成。工作原理图及lgp-h图：蒸气喷射热泵循环主要特点：用引射器代替压缩机，消耗热能实现供47循环中的工作蒸汽在发生器中吸热，加上在蒸发器中从低温热源吸收的热量，在冷凝器中