7 冷热源工程 第七章 热泵

冷热源工程（第4版）普通高等教育建筑环境与能源应用工程系列教材重庆大学出版社主编：龙恩深

蒋星池

第七章热泵心系人间冷暖、服务国家战略热泵1、了解热泵的常用分类方式，掌握热泵各种低位冷热源的热工性质及参数变化对热泵性能的影响；2、了解各种空调冷热利用的不同能源方式，掌握不同热泵的能源利用系数，熟悉其他能源方式的能源利用系数；3、掌握不同热泵的系统形式、热泵热回收系统形式以及各种系统形式在实际工程中的利用特点，熟悉不同热泵在建筑空调供热中的应用及应用要点；4、掌握可再生能源在热泵系统中利用的形式。本章学习目标：7.1热泵的基本知识1、热泵的工作原理所谓热泵，从工程热力学原理上说实质就是制冷机。是一种以消耗部分能量作为补偿条件，使热量从低温物体转移到高温物体的能量利用装置。多年来，世界上一直在推广热泵，因其供热经济性明显，每一次能源危机和燃料涨价，总会引起大小不一，范围不等的“热泵热”。热泵与制冷机工作工况切换示意图热泵的制热工况与制冷工况7.1热泵的基本知识2、热泵的分类（1）以空气作为热源，可制热也可制冷（2）有气-气热泵与气-水热泵；（3）节省机房等有效建筑面积，施工安装方便；（4）不需要锅炉及相关设备；（5）无需冷却水系统（6）调节控制方便（7）结霜问题7.1热泵的基本知识3、典型热泵系统的特点1）空气源热泵系统（1）地下水（2）地表水7.1热泵的基本知识3、典型热泵系统的特点2）地源热泵系统7.1热泵的基本知识3、典型热泵系统的特点3）地埋管地源热泵系统（1）制冷剂循环（2）低温水循环（3）高温水循环1）电磁四通换向阀转换7.1热泵的基本知识4、蒸汽压缩式热泵系统主要通过制冷剂换向或水路换向来实现制冷与供热转换。7.1热泵的基本知识4、蒸汽压缩式热泵系统2）水路转换热能补偿，实现从低温向高温输热的设备。第一类热泵：输出热的温度低于驱动热源的温度（增热型）第二类热泵：输出热的温度高于驱动热源的温度（升温型，热变换器）7.1热泵的基本知识5、吸收式热泵系统特点分为机组COP和系统COP机组COP=Q/PQ为机组制热量；P为机组输入功率；系统COP=Q/PP为包含热泵机组功率及低位热源循环水泵功率、用户侧循环水泵与末端设备的输入功率。7.2热泵的性能1、热泵性能参数表征1）热泵的性能系数COPEER为制冷工况下能效COP为制热工况下能效7.2热泵的性能1、热泵性能参数表征2）水源热泵机组的全年综合性能系数通过水源热泵机组在额定制冷工况和制热工况下满负荷运行时的能效，与多个典型城市办公建筑的总制冷小时数和总制热小时数的占比综合加权计算得出的全年性能系数。ACOP=0.56EER+0.44COP7.2热泵的性能1、热泵性能参数表征HSPF=供热季节热泵总制热量/供热季节热泵总输入能量3）空气源热泵机组的制热季节性能系数评价机组整个制热季节运行效率指标。4）吸收式热泵的热力系数忽略热损失和溶液泵功率时：第一类热泵：第二类热泵：电能、液体燃料、气体燃料虽同是热源，但其价值有异，电能是由其他初级能源转变而成的，在转换中有损失。因此采用不同能源驱动热泵时，其经济性是不一样的，通常，可以采用供热量与初级能源的比即能源利用系数E来评价。

电动热泵的能源利用系数为：7.2热泵的性能1、热泵性能参数表征5）能源利用系数E=η1η2εh7.2热泵的性能1、热泵性能参数表征5）能源利用系数1）低位冷热源品位对热泵性能系数的影响7.2热泵的性能2、低位热源品位与热泵性能的关系根据建筑负荷特性确定机组台数、机组容量，及运行策略。2）热泵机组选型时应注意的问题7.2热泵的性能2、低位热源品位与热泵性能的关系（1）负荷特性的适应性根据实际情况对机组的工况进行修正。2）热泵机组选型时应注意的问题7.2热泵的性能2、低位热源品位与热泵性能的关系（2）低位冷热源的实际参数修正1、热回收热泵系统有内区的大型建筑物中，将建筑物分为周边区和内部区两大部分。周边地区受环境温度变化的影响，冬季需采暖，夏季需制冷。而内部区域中的灯光、人员、各类设备的热量需经排风系统排出。甚至在冬季，内部区域也需制冷。如将原来应排到环境中去的热量加以有效的利用，则称为建筑物的热回收。用双管束冷凝器的热回收热泵系统7.3热泵在建筑中的应用有循环加热模式和一次加热模式两种。2、热泵用于卫生热水7.3热泵在建筑中的应用1）按照热泵热水机的构造分类高温热泵一般只制热出水温度高于60℃，或出风温度能够达到80℃以上的热泵。由于高温介质的产生，系统复杂于普通热泵系统。方式有：蒸汽压缩、第二类吸收式热泵。7.4高温热泵在工业中的应用1、高温热泵工质高温热泵工质要求有更高的热力性能，并在高温高压条件下与压缩机有良好的匹配。1）热力学性质临界温度高标准沸点压力适中工质饱和液和饱和气线要陡比容小供热系数高容积制冷量大2）物理化学性质导热系数及传热系数大密度小、黏性小与润滑油有良好的互溶性相容性好3）环保及安全性能ODP及GWP要小安全无毒，不燃烧不爆炸电气绝缘性好为了达到更高的温度，经常采用的有：单级、多级及复叠式系统。7.4高温热泵在工业中的应用2、高温热泵系统循环1）热水（热空气）制备循环7.4高温热泵在工业中的应用2、高温热泵系统循环2）蒸汽制备循环1）高温热泵用于石油开采7.4高温热泵在工业中的应用3、高温热泵的应用2）高温热泵生产蒸汽7.4高温热泵在工业中的应用3、高温热泵的应用用蒸汽压缩式机组回收余热，用于建筑供暖。3）压缩式热泵用于工业余热回收7.4高温热泵在工业中的应用3、高温热泵的应用例如用电厂凝