1、 （） 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP w 能源的消耗急剧增加将导致环境的严能源的消耗急剧增加将导致环境的严 重污染，因此，一方面要充分利用能重污染，因此，一方面要充分利用能 源（源（）以减少对环）以减少对环 境的污染；另一方面，要寻找无公害境的污染；另一方面，要寻找无公害 的的新能源新能源。 热热 泵泵 HEAT PUMP目前世界能源的消耗情况（目前世界能源的消耗情况（P1，图图1），与未来新能源的开发。），与未来新能源的开发。w如如太阳能太阳能、核能核能（）、）、 生物能生物能、风能风能、潮汐能潮汐能、地热能地热能等。等。限制
2、和减少化石燃料燃烧产生限制和减少化石燃料燃烧产生的的CO2等温室气体的排放，是保护环境等温室气体的排放，是保护环境的重要措施，采用热泵技术是最有效的重要措施，采用热泵技术是最有效手段之一。手段之一。 （P2） 热热 泵泵 HEAT PUMPw 我国单位产量的能耗高以及我国单位产量的能耗高以及 能源利用率低。能源利用率低。w 对环境的影响（如大气污染对环境的影响（如大气污染 对人类健康的影响及温室气体对地对人类健康的影响及温室气体对地 球生态环境的影响球生态环境的影响。） 热热 泵泵 HEAT PUMPw 能回收和利用低位热能，充分利用大量能回收和利用低位热能，充分利用大量 废弃的低温余热资源。
3、废弃的低温余热资源。 我国国内各部门的余热资源情况我国国内各部门的余热资源情况 （表格表格）。）。w 能提高能提高一次能源利用率一次能源利用率。所以，研究和。所以，研究和 推广应用热泵技术对于节约能量、提高推广应用热泵技术对于节约能量、提高 经济效益以及保护环境有重要意义。经济效益以及保护环境有重要意义。 热热 泵泵 HEAT PUMPw 在理论上可以完全转化为功的能量，在理论上可以完全转化为功的能量， 又称又称高质量能高质量能，如电能、机械能、，如电能、机械能、 化学能、高位的水力和风力、高温化学能、高位的水力和风力、高温 的物质等。的物质等。w 不能全部而只能部分转化为功的能不能全部而只能
4、部分转化为功的能 量，又称量，又称低质量能低质量能，如物质的内能、，如物质的内能、 低温的物质等。低温的物质等。 热热 泵泵 HEAT PUMPw 指温度较高而能直接应用的热源，如指温度较高而能直接应用的热源，如 蒸汽蒸汽、热水热水、燃气燃气以及以及燃料化学能燃料化学能、 生物能生物能等。等。w 指无价值、不能直接应用的热源，如指无价值、不能直接应用的热源，如 环境空气环境空气、水水、地热地热、太阳能太阳能、废热废热、 余热余热等。等。w 能量的能量的质量高低质量高低表示作功的能表示作功的能 力大小，如力大小，如高位能高位能变为变为低位能低位能，表明，表明 能量作功能力变小，质量降低或贬值。能
5、量作功能力变小，质量降低或贬值。 热热 泵泵 HEAT PUMPw任何用能过程是能的任何用能过程是能的量与质量与质的利用的利用 过程。过程。w要使热能得到合理利用，必须合理要使热能得到合理利用，必须合理 使用高位能，必须使用高位能，必须按质用能按质用能。（图图1-5） 热热 泵泵 HEAT PUMP所谓的所谓的“”之说，严之说，严格而言是不十分确切的。因为仅仅节约格而言是不十分确切的。因为仅仅节约了了高位能高位能，利用了部分，利用了部分低位热能低位热能，也就，也就是说，能量是守恒的。一切能量使用到是说，能量是守恒的。一切能量使用到最后，都成废热传递给环境了，虽然它最后，都成废热传递给环境了，虽
6、然它在数量上看是守恒的，但质量上已经越在数量上看是守恒的，但质量上已经越来越不中用，最后降级到无用。所以，来越不中用，最后降级到无用。所以，要把要把能量贬值能量贬值作为重要的问题来对待。作为重要的问题来对待。 热热 泵泵 HEAT PUMP 靠高位能拖动，迫使热量从低位热源流靠高位能拖动，迫使热量从低位热源流向高位热源的装置，称为向高位热源的装置，称为热泵热泵（又称（又称“温度升温度升高器高器”）。）。 热泵虽然需要使用一定量的高位能，但热泵虽然需要使用一定量的高位能，但供给的却是消耗的高位能和吸取的低位热量的总供给的却是消耗的高位能和吸取的低位热量的总和，因此，从用能的角度看是经济合理的。和
7、，因此，从用能的角度看是经济合理的。 ：由动力机和工作机组成的节能机械，是由动力机和工作机组成的节能机械，是热泵系统中的核心部分。热泵系统中的核心部分。由热泵机组、高位能输配系统、低位能由热泵机组、高位能输配系统、低位能采集系统和热能分配系统四大部分组成的一种能采集系统和热能分配系统四大部分组成的一种能级提升的能量利用系统。级提升的能量利用系统。 热热 泵泵 HEAT PUMP空调系统中选用热泵时，称为空调系统中选用热泵时，称为热泵空调系统，或简称热泵空调系统，或简称。（P9，图，图1-9） w用能遵循能级提升的原则用能遵循能级提升的原则w用大量的低温再生能替代高位能用大量的低温再生能替代高位
8、能w冷热源合二为一，节省设备投资冷热源合二为一，节省设备投资w比常规空调更节能、环保比常规空调更节能、环保 热热 泵泵 HEAT PUMPw 热泵按热源种类、驱动方式、用途、热泵按热源种类、驱动方式、用途、工作原理、工艺类型等分类。工作原理、工艺类型等分类。基本框图（基本框图（图图1-10） P10，表，表1-2 热热 泵泵 HEAT PUMP w 空气源热泵空调系统空气源热泵空调系统w 地源热泵空调系统地源热泵空调系统w 分散式系统分散式系统w 集中式系统集中式系统 图图1-11 热热 泵泵 HEAT PUMP w临界温度应比冷凝温度高得多临界温度应比冷凝温度高得多w单位容积制热量要大（离心
9、式例外）单位容积制热量要大（离心式例外）w饱和压力应适中（饱和压力应适中（pk 25bar，po 1bar）w绝热指数要小（特别是对于活塞式压绝热指数要小（特别是对于活塞式压缩机）缩机）w液体比热要小（节流损失小）液体比热要小（节流损失小） 热热 泵泵 HEAT PUMPw凝固点要低凝固点要低w密度和粘度要小（离心式密度要大）密度和粘度要小（离心式密度要大）w不燃不爆、无毒无味、无腐蚀性不燃不爆、无毒无味、无腐蚀性w具有良好的化学稳定性具有良好的化学稳定性w与润滑油具有亲和性（溶解度大小利弊）与润滑油具有亲和性（溶解度大小利弊）w与水的溶解关系与水的溶解关系w对环境的友好性（对环境的友好性（和
10、和）w价廉易得价廉易得 热热 泵泵 HEAT PUMPw暖通空调领域中应用的热泵基本上是蒸暖通空调领域中应用的热泵基本上是蒸汽压缩式热泵汽压缩式热泵w暖通空调应用的热泵一般具有制热与制暖通空调应用的热泵一般具有制热与制冷两种功能冷两种功能w热泵工质与制冷剂基本上一致热泵工质与制冷剂基本上一致w常见热泵工质热力性质表（常见热泵工质热力性质表（P16,表表1-4）w工质种类框图（工质种类框图（图图1-12） 热热 泵泵 HEAT PUMP同制冷剂同制冷剂(表表1-71-9)ODP值值 与与GWP值两个指标值两个指标 (表表1-51-6) 主要从主要从安全安全、效率效率和和价格价格等三等三个方面加以
11、考虑。个方面加以考虑。有较大的差有较大的差别，其对压缩机的结构尺寸及成本价别，其对压缩机的结构尺寸及成本价格影响显著，应重点考虑。至于制热格影响显著，应重点考虑。至于制热性能系数方面，则相差不是很大。性能系数方面，则相差不是很大。 热热 泵泵 HEAT PUMPw CO2热泵热水器热泵热水器w CO2汽车热泵式空调汽车热泵式空调CO2热泵干燥系统热泵干燥系统w 安全性安全性(毒性与燃爆性毒性与燃爆性)w 刺激性气味刺激性气味 热热 泵泵 HEAT PUMPw19491966w19661977w19771988w19881999w2000(P2228) 热热 泵泵 HEAT PUMPw我国热泵工
12、业相对于世界上工业发达国我国热泵工业相对于世界上工业发达国家来说，有一段明显的滞后期。家来说，有一段明显的滞后期。，天津大学的一些学者最早，天津大学的一些学者最早开始从事热泵的研究。开始从事热泵的研究。上海电冰箱厂研制成我国第一台上海电冰箱厂研制成我国第一台制热量制热量3720w的的，但，但因换向阀的工作可靠性等原因，长期未因换向阀的工作可靠性等原因，长期未有发展。有发展。，由于能源危机所推动的，由于能源危机所推动的世界性热泵热也影响了我国学术界。世界性热泵热也影响了我国学术界。 热热 泵泵 HEAT PUMP，我国热泵在各场合的应用研，我国热泵在各场合的应用研究发展较快，广州能源研究所设计并
13、建究发展较快，广州能源研究所设计并建造了一套用于加热室内游泳池的热泵。造了一套用于加热室内游泳池的热泵。由上海由上海704研究所、开封通用机器研究所、开封通用机器厂和无锡第四织布厂联合试制成功双效厂和无锡第四织布厂联合试制成功双效第一类吸收式热泵第一类吸收式热泵。上海空调机厂和上海冷气机厂试上海空调机厂和上海冷气机厂试制成功国内生产的第一批制成功国内生产的第一批热泵型立柜式热泵型立柜式空调机组空调机组。上海市通用机械技术研究所首次上海市通用机械技术研究所首次进行了第二类吸收式热泵的模拟试验，进行了第二类吸收式热泵的模拟试验，同年上海交通大学、上海第一冷冻机厂同年上海交通大学、上海第一冷冻机厂联
14、合研制了联合研制了350kw第二类吸收式热泵第二类吸收式热泵。 热热 泵泵 HEAT PUMP，专利总数，专利总数287项，其中发项，其中发明专利明专利119项。多项创新成果问世，如项。多项创新成果问世，如土土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统、空气壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统、空气源热泵蓄能热气除霜系统、三套管蓄能源热泵蓄能热气除霜系统、三套管蓄能型太阳能与空气源热泵集成系统等。型太阳能与空气源热泵集成系统等。全国共有地源热泵工程项目全国共有地源热泵工程项目3869项，同年项，同年11月月31日，建设部发布了日，建设部发布了地地源热泵系统的工程技术规范源热泵系统的工程技术规范（GB50366-20
15、05），并于，并于06年年1月月1日起日起正式实施。正式实施。的北京奥运会和的北京奥运会和的上海世的上海世博会使得热泵技术在我国的应用越来越博会使得热泵技术在我国的应用越来越广泛。广泛。 热热 泵泵 HEAT PUMPw热泵的理论基础来源于热泵的理论基础来源于年发表的年发表的关于关于的论文。的论文。年年首先提出了一种热泵的首先提出了一种热泵的设想，也称设想，也称（图图1-13）。）。但由于但由于能源费用能源费用和和能源有效利用率能源有效利用率等等方面的因素，限制了其进一步发展。方面的因素，限制了其进一步发展。，在他的著作中介绍在他的著作中介绍了了1927年苏格兰一台年苏格兰一台的安装的安装及试
16、验情况，热泵才取得较快发展。及试验情况，热泵才取得较快发展。 热热 泵泵 HEAT PUMP始开，各国开始对热泵有了始开，各国开始对热泵有了进一步的认识，到进一步的认识，到年年的的开发工作有了很大的进展，家用热泵开发工作有了很大的进展，家用热泵和工业建筑用热泵大批投放市场。和工业建筑用热泵大批投放市场。 （表表1-11），美英两国开始对使用地下，美英两国开始对使用地下盘管吸收盘管吸收 （地源热泵地源热泵）进行广泛的研究。热泵）进行广泛的研究。热泵工业在工业在19501960年代的十年间，进入年代的十年间，进入快速成长阶段，热泵装置的年产量成快速成长阶段，热泵装置的年产量成倍或十倍的增长。倍或十
17、倍的增长。 热热 泵泵 HEAT PUMP，热泵却由于其，热泵却由于其可靠性低可靠性低和和设备费用高设备费用高而遭到严重的打击，美国陆而遭到严重的打击，美国陆军当局甚至禁止在兵营里装设热泵装置，军当局甚至禁止在兵营里装设热泵装置，热泵，热泵工业进入了徘徊期。工业进入了徘徊期。的中东战争导致的的中东战争导致的，使，使热泵又以其可回收低温废热和节约一次热泵又以其可回收低温废热和节约一次能源的特点，在产品经过改进后，重新能源的特点，在产品经过改进后，重新受到各国（受到各国（包括美国包括美国）的广泛重视。）的广泛重视。 热热 泵泵 HEAT PUMP，日本进行了，日本进行了的研究开发工作，所谓超级热泵
18、是超性的研究开发工作，所谓超级热泵是超性能压缩式热泵的简称，包括：能压缩式热泵的简称，包括：w-可用于建筑物可用于建筑物空调和区域空调，采暖时的能量效率可空调和区域空调，采暖时的能量效率可达达4.5，制冷时则为，制冷时则为5.3；w-可用于供应热可用于供应热水（水（85）时，能量效率可达）时，能量效率可达6，用作工，用作工业加热输出时（业加热输出时（150300），能量效），能量效率达率达2.3以上。以上。 w。 热热 泵泵 HEAT PUMPw据国际能源机构（据国际能源机构（IEA）统计，）统计，全世界热泵安装总数达到全世界热泵安装总数达到9000万套（图万套（图1-15）。）。 ，地源热泵
19、成为完全产业，地源热泵成为完全产业化的成熟技术，化的成熟技术，美国安装了美国安装了45000台，欧洲各国的应用也非常迅速（表台，欧洲各国的应用也非常迅速（表1-13），热泵的快速发展不单是，热泵的快速发展不单是为了解决能源问题，更重要的是为了改为了解决能源问题，更重要的是为了改善环境问题。通过热泵的应用与发展，善环境问题。通过热泵的应用与发展，来推动暖通空调的可持续发展，实现暖来推动暖通空调的可持续发展，实现暖通空调的生态化和绿色化。通空调的生态化和绿色化。 热热 泵泵 HEAT PUMPw热泵的魅力还不仅在于节能，更为重要热泵的魅力还不仅在于节能，更为重要的是消除锅炉供暖中烟气对环境的污染，
20、的是消除锅炉供暖中烟气对环境的污染，保护和净化人类赖以生存的自然环境。保护和净化人类赖以生存的自然环境。推进热泵技术的发展是能源工程综合利推进热泵技术的发展是能源工程综合利用的需要。用的需要。w国内外对热泵的应用，主要集中在民用国内外对热泵的应用，主要集中在民用空调领域。对发达国家所消耗的一次能空调领域。对发达国家所消耗的一次能源统计表明，在所消耗的能量中，源统计表明，在所消耗的能量中，40%用于建筑采暖，用于建筑采暖，38%用于工业生产，其用于工业生产，其余用于交通、照明等用途。而建筑采暖余用于交通、照明等用途。而建筑采暖中中85%用于房间的采暖，在满足房间采用于房间的采暖，在满足房间采暖耗
21、热方面，热泵可以作出重要贡献。暖耗热方面，热泵可以作出重要贡献。 热热 泵泵 HEAT PUMPw日本是热泵技术和市场发展最快的国家日本是热泵技术和市场发展最快的国家之一。日本政府面临能源稳定供应和高之一。日本政府面临能源稳定供应和高效利用的重大任务，在效利用的重大任务，在1973至至1982年十年十年间，总能耗对国民生产总值的比值降年间，总能耗对国民生产总值的比值降低了低了30%，其中热泵技术的发展起了重，其中热泵技术的发展起了重要作用。要作用。w在美国，在美国，1983年热泵市场进入持续发展年热泵市场进入持续发展时期，到时期，到1985年年销售量达到年年销售量达到100万台，万台，热泵使用
22、领域主要是：家用和办公用空热泵使用领域主要是：家用和办公用空调及热水器以及小型区域供暖。调及热水器以及小型区域供暖。 热热 泵泵 HEAT PUMPw1973年年油价暴涨带来了热泵发展的新时油价暴涨带来了热泵发展的新时期，欧共体确认热泵技术是寻求替代能期，欧共体确认热泵技术是寻求替代能源的重要手段。源的重要手段。w1980年年国际能源结构（国际能源结构（IEA）发表了节）发表了节能能“战略研究战略研究”结果，其中热泵是节油结果，其中热泵是节油技术的重要方面，据预测到技术的重要方面，据预测到2020年年，IEA成员国中热泵将占采暖设备的成员国中热泵将占采暖设备的75%，燃油采暖将逐渐被热泵所取代
23、，欧共体燃油采暖将逐渐被热泵所取代，欧共体预计到届时将有预计到届时将有1000万台热泵投入使用。万台热泵投入使用。w1990年以来年以来，欧美国家在地源、水源热，欧美国家在地源、水源热泵的应用越来越广，在供热装置的占比泵的应用越来越广，在供热装置的占比越来越高。（越来越高。（P35-36） 热热 泵泵 HEAT PUMP制冷与热泵系统制冷与热泵系统 的基本能量转换关系的基本能量转换关系 热热 泵泵 HEAT PUMP图图1 矿物燃料的消耗模式矿物燃料的消耗模式 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP图图1-6 理想的热泵机组理想的热泵机组 1-动力机；动力机；2-工作机
24、工作机图图1-5 合理利用能源的原则合理利用能源的原则(a)传统的分产分供传统的分产分供 （b）能量的梯级利用）能量的梯级利用 （c）能级的提升）能级的提升图图1-7 热泵系统框图热泵系统框图图图1-10 热热泵泵基基本本框框图图图图1-11热热泵泵空空调调系系统统分分类类框框图图 404407410近共沸混合工质20世纪60年代研究与试用非共沸混合工质。由两种或多种工质按一定比例混合在一起 的工质，在一定压力下平衡的液相和气相的 组分不同，且沸点不恒定。20世纪50年代出现共沸混合工质，如502由两种或多种工质按一定比例混合在一起的工 质，在一定压力下平衡的液相和气相的组分相 同，且保持恒定
25、的沸点。非共沸混合工质共沸混合工质混合工质八氟环丁烷 二氯环丁烷环状有机化合物丁烯、丙烯非饱和碳氢化合物饱和碳氢化合物卤代烃有机化合物无机化合物单一工质热泵工质目前，常用的有：R134aR123R124R22R32R744(CO2）R717（NH3）早期制冷剂 1834年采用乙醚制冷R717、R744、R718自然工质是解决环境 问题的最终方案1928年合成R12，开始由天然工质步入合成工质时代20世纪70年代发现含氯或溴的合成工质对大气臭氧层有破坏作用1997年（京都协议）将CFC、HCFC、HFC物质列入温室气体减排清单当非共沸混合工质的饱和液线和干饱和 蒸气线非常接近时，其泡、露点温度差
26、小于 1 摄氏度。氯氟烃（CFC）氢氯氟烃(HCFC)氢氟烃(HFC）甲烷、乙烷图图1-12 热热泵泵基基本本框框图图 热热 泵泵 HEAT PUMP图图1-13 汤姆逊热量倍增器汤姆逊热量倍增器 热热 泵泵 HEAT PUMP冷冷温暖温暖温暖温暖冷冷温暖温暖温暖温暖温暖温暖地源热泵技术示意基本原理基本原理 热热 泵泵 HEAT PUMP图图1-14 1954-1976年间美国单元式热泵制造台数年间美国单元式热泵制造台数 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMPw 同制冷循环同制冷循环 （图图2-2、2-3及
27、公式及公式2-22-6分析）分析）w 不是逆卡诺循环不是逆卡诺循环 （图图2-4及公式及公式2-82-9分析）分析） 热热 泵泵 HEAT PUMPw 图图2-5及及公式公式2-10w 同时兼有制冷机与热泵功能的同时兼有制冷机与热泵功能的 热机称为热机称为联合循环机联合循环机，这类机器能够，这类机器能够 获得最高的能量效果。获得最高的能量效果。w 因为，消耗同样的功，却因为，消耗同样的功，却 同时获得了制冷量和制热量，所以其同时获得了制冷量和制热量，所以其 性能系数较高。（性能系数较高。（图图2-1c及及公式公式2-6） 热热 泵泵 HEAT PUMPw 由两个和热源之间由两个和热源之间无温差
28、无温差的的 热交换过程和两个等熵过程所组成的热交换过程和两个等熵过程所组成的 逆向可逆循环。它是消耗功最小、性逆向可逆循环。它是消耗功最小、性 能系数最高的热泵循环。能系数最高的热泵循环。w （图图2-6） 热热 泵泵 HEAT PUMP等于一个以等于一个以放热平均温放热平均温度度Th，m和和吸热平均温度吸热平均温度TA，m为高、低温热源温度的为高、低温热源温度的等效逆等效逆卡诺循环卡诺循环的性能系数。的性能系数。 （公式公式2-15） 热热 泵泵 HEAT PUMP同压缩式制冷循环同压缩式制冷循环讲解讲解 qh、 h 的差别的差别 （图图2-8及及公式公式2-162-20）由两个由两个等压过
29、程等压过程和两个和两个等熵过程等熵过程组组成。（成。（图图2-10、图图2-11及及公式公式2-2127） 最早的空气制冷机是封闭的最早的空气制冷机是封闭的布雷顿布雷顿循环循环。 热热 泵泵 HEAT PUMP 由两个由两个等温等温和两个和两个等容等容过程组过程组成，主要用于低温系统，图成，主要用于低温系统，图2-12及公式及公式2-282-32。 1816年由年由斯特林斯特林提出，最初用提出，最初用于热机。于热机。1861年年柯克柯克提出斯特林制冷循提出斯特林制冷循环，近年来，也在研究用斯特林循环的环，近年来，也在研究用斯特林循环的动力机动力机，驱动压缩式热泵的热泵机组。，驱动压缩式热泵的热
30、泵机组。 热热 泵泵 HEAT PUMP与压缩式热泵循环比较与压缩式热泵循环比较Qh=Qc+Qa、 h 差别差别 （图图2-13、14、15及公式公式2-332-40）同温差电制冷循环同温差电制冷循环Qh 、 h的差别的差别 （图图2-16及公式及公式2-412-52）w由于成本高、效率低以及可靠性差，妨由于成本高、效率低以及可靠性差，妨碍了温差电热泵的普遍应用，只能用于碍了温差电热泵的普遍应用，只能用于功率低、体积小、噪音低的特殊场合。功率低、体积小、噪音低的特殊场合。 热热 泵泵 HEAT PUMPCO2的临界温度接近环境温度，的临界温度接近环境温度，根据循环的外部条件，可实现三种循环。根
31、据循环的外部条件，可实现三种循环。w 亚临界循环（亚临界循环（Subcritical Cycle）w 跨临界循环（跨临界循环（Transcritical Cycle）w 超临界循环（超临界循环（Hypercritical Cycle）w 目前制冷、空调、热泵热水器等设备中目前制冷、空调、热泵热水器等设备中采用的采用的CO2循环形式，基本上都是跨临循环形式，基本上都是跨临界循环方式。（界循环方式。（P54，图，图2-17） 热热 泵泵 HEAT PUMP 图图 2-1a)热泵装置热泵装置 (b)制冷装置制冷装置c)同时供冷供热联合循环机同时供冷供热联合循环机 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2
32、-2 制冷循环与热泵循环的制冷循环与热泵循环的温度区间比较温度区间比较 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-3 被加热物体温度升高时，被加热物体温度升高时，热泵循环的热泵循环的T-s图图 热热 泵泵 HEAT PUMPAhArTTTwQ1（2-5）00112112TTTWWQWQWQQhrrhr其其中中：，（2-6） 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-4 有传热温差的热泵循环有传热温差的热泵循环 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-5 两相区的逆卡诺循环两相区的逆卡诺循环 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-6 劳伦兹循环劳伦兹循环mAmHmHhTTT
33、,（2-15） 热热 泵泵 HEAT PUMP温温 度度 T熵熵 S洛伦兹循环的洛伦兹循环的T-s图图 洛伦兹循环洛伦兹循环工作在二个工作在二个变温热源之变温热源之间。与逆卡间。与逆卡循环不同之循环不同之处主要是：处主要是：蒸发吸热和蒸发吸热和冷却放热均冷却放热均为变温过程为变温过程 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-8 蒸汽压缩式热泵的工作原理图蒸汽压缩式热泵的工作原理图 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-10 封闭的布雷顿热泵循环流程图封闭的布雷顿热泵循环流程图 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-11 布雷顿热泵理论循环的布雷顿热泵理论循环的p-
34、v图与图与T-s图图 热热 泵泵 HEAT PUMP433122TTTTTTh（2-27） 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-13 吸收式热泵原理简图吸收式热泵原理简图 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-14 吸收式热泵循环的吸收式热泵循环的T-s图图 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-15 有溶液热交换器的吸收式热泵图式有溶液热交换器的吸收式热泵图式 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP图图2-l6 温差电热泵示意图温差电热泵示意图 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PUMP 热热 泵泵 HEAT PU
35、MPw空气源（一般为环境空气）空气源（一般为环境空气）w水源（地表水地下水海水等）水源（地表水地下水海水等）w土壤源（又称地源）土壤源（又称地源）w太阳能（清洁能源）太阳能（清洁能源）w工业或民用余废热（废水或废气）工业或民用余废热（废水或废气） 热热 泵泵 HEAT PUMPw要有足够的数量和较高的品位要有足够的数量和较高的品位w没有任何附加费用或仅有极少的附加费用没有任何附加费用或仅有极少的附加费用w输送热量的载热（冷）剂的动力消耗要尽输送热量的载热（冷）剂的动力消耗要尽 可能小可能小w载热（冷）剂对金属材料应无（或尽量小）载热（冷）剂对金属材料应无（或尽量小）腐蚀作用腐蚀作用w热源温度的
36、时间特性和供热的时间特性应热源温度的时间特性和供热的时间特性应 尽量一致尽量一致 热热 泵泵 HEAT PUMPw热源的载热剂应尽量洁净、无杂质热源的载热剂应尽量洁净、无杂质w热源与系列化的热泵产品应匹配热源与系列化的热泵产品应匹配w热源的热源的蓄热问题蓄热问题（蓄热装置可减小热（蓄热装置可减小热泵装置的容量，使热泵能经常在高效泵装置的容量，使热泵能经常在高效率下运行）率下运行）w低温热源与辅助热源的低温热源与辅助热源的匹配问题匹配问题w研究土壤、空气、水、太阳能和蓄热研究土壤、空气、水、太阳能和蓄热等的等的综合利用问题综合利用问题 热热 泵泵 HEAT PUMPw取之不尽、用之不竭，可无偿地
37、获取，取之不尽、用之不竭，可无偿地获取，安装使用方便安装使用方便w热泵的容量和制热性能系数受室外空热泵的容量和制热性能系数受室外空 气的状态参数（如温度和相对湿度）气的状态参数（如温度和相对湿度） 影响大，容易造成影响大，容易造成热泵供热量与建筑热泵供热量与建筑 物耗热量物耗热量之间的供需矛盾。之间的供需矛盾。 热热 泵泵 HEAT PUMPw冬季室外温度很低时，室外换热器表冬季室外温度很低时，室外换热器表面容易面容易结霜结霜，导致热泵制热性能系数，导致热泵制热性能系数和可靠性降低，甚至无法正常供热。和可靠性降低，甚至无法正常供热。w需要较大的空气循环量（空气的热容需要较大的空气循环量（空气的
38、热容量较小），因此，风机的容量也相应量较小），因此，风机的容量也相应增大，运行费用和噪音大大增加。增大，运行费用和噪音大大增加。w一级区区划指标（一级区区划指标（P59，表，表3-1）w二级区区划指标（二级区区划指标（P60，表，表3-2） 热热 泵泵 HEAT PUMPw水的热容量大，传热性能好，换热设备水的热容量大，传热性能好，换热设备结构紧凑。结构紧凑。w水温较稳定，故热泵运行工况也较稳定水温较稳定，故热泵运行工况也较稳定w可使用可使用地表水地表水（河水、湖水、海水），（河水、湖水、海水），地下水地下水（深井水、泉水、地热水等），（深井水、泉水、地热水等），生活废水和工业用水生活废水和工
39、业用水（工业冷却水、生（工业冷却水、生产工艺排放的废温水、污水等），来源产工艺排放的废温水、污水等），来源广阔。广阔。 热热 泵泵 HEAT PUMPw必须靠近水源，应设有蓄水装置必须靠近水源，应设有蓄水装置w对水质有一定的要求（对水质有一定的要求（洁净度洁净度、防腐防腐蚀蚀等问题）等问题）无论是深井水还是地热水，都无论是深井水还是地热水，都是热泵良好的低位热源。是热泵良好的低位热源。地下水地下水位于位于较深的地方，随季节气温的波动很小；较深的地方，随季节气温的波动很小；特别是特别是深井水深井水的水温常年基本不变，的水温常年基本不变，对热泵的运行十分有利。对热泵的运行十分有利。 热热 泵泵 H
40、EAT PUMPw我国地下水分布的不均匀性我国地下水分布的不均匀性w含水层的渗透性含水层的渗透性w地下水的温度地下水的温度w地下水的水质地下水的水质w我国地下水超采现象严重，已引起一些我国地下水超采现象严重，已引起一些地质灾害问题地质灾害问题 热热 泵泵 HEAT PUMPw夏灌冬用夏灌冬用： 把夏季温度较高的江河水，把夏季温度较高的江河水，或经热泵冷凝器使用后的冷却水、太阳或经热泵冷凝器使用后的冷却水、太阳能集热器加热后的水通过能集热器加热后的水通过深井管回灌深井管回灌到到地下含水层中储存起来，冬季再从深井地下含水层中储存起来，冬季再从深井中将水抽出作为热泵的热源。中将水抽出作为热泵的热源。
41、w冬灌夏用冬灌夏用： 把冬季温度较低的江河水，把冬季温度较低的江河水，或经热泵蒸发器冷却后的深井水以及蒸或经热泵蒸发器冷却后的深井水以及蒸发冷却的水回灌到地下含水层中储存起发冷却的水回灌到地下含水层中储存起来，到夏季再抽出作为空调的冷源。来，到夏季再抽出作为空调的冷源。 热热 泵泵 HEAT PUMP 包括包括江、河、湖、海江、河、湖、海的水源，要求冬季不的水源，要求冬季不结冰。结冰。w 江河水流量变化大江河水流量变化大 w 河流水温的变化小（河流水温的变化小（图图3-1、图、图3-2） w 河流含沙量大河流含沙量大 w 河流天然水质差异明显河流天然水质差异明显 热热 泵泵 HEAT PUMP
42、w 近海域近海域海水水温海水水温会因地、因时而异，同会因地、因时而异，同 时海洋水温也会随着其深度的不同而异时海洋水温也会随着其深度的不同而异 （P66，表，表3-6） w 海水含盐量海水含盐量高高 ，腐蚀性强腐蚀性强w 海洋生物海洋生物会造成取水构筑物、管道和设会造成取水构筑物、管道和设 备的堵塞，并不易清除备的堵塞，并不易清除 w 海水取水构筑物在设计时，应充分注意海水取水构筑物在设计时，应充分注意 到到潮汐和海浪潮汐和海浪的影响的影响 w 取水口应避开取水口应避开泥沙可能淤积泥沙可能淤积的地方，最的地方，最 好设在岩石海岸、海湾或防波堤内好设在岩石海岸、海湾或防波堤内 热热 泵泵 HEA
43、T PUMP生活废水量大面广，作为热泵的生活废水量大面广，作为热泵的低位热源，可使热泵具有较高的制热性低位热源，可使热泵具有较高的制热性能系数。能系数。是很好的热源，在整是很好的热源，在整个采暖季内，温度比较稳定。现代化城个采暖季内，温度比较稳定。现代化城市的污水处理设施十分完善，每天排放市的污水处理设施十分完善，每天排放的大量污水经初步净化后，是水源热泵的大量污水经初步净化后，是水源热泵理想的低位热源。理想的低位热源。如何贮存足够量的水以应如何贮存足够量的水以应付供热负荷的波动，以及如何保持换热付供热负荷的波动，以及如何保持换热器表面的清洁和防止水的腐蚀。器表面的清洁和防止水的腐蚀。 热热
44、泵泵 HEAT PUMP工业废温水形式很多，数工业废温水形式很多，数量可观，利用价值很大。有的温量可观，利用价值很大。有的温度较高，可作为度较高，可作为高温热源高温热源直接使直接使用；而有的温度较低，则可作为用；而有的温度较低，则可作为低温热源低温热源使用。使用。 热热 泵泵 HEAT PUMPw全年全年地温波动地温波动小，冬季土壤温度比空气小，冬季土壤温度比空气温度高，热泵的制热性能系数较高。温度高，热泵的制热性能系数较高。w埋地盘管不需要除霜。埋地盘管不需要除霜。w在采暖季节，当室外气温最低时（此时在采暖季节，当室外气温最低时（此时采暖需热量最大）。土壤的温度并不是采暖需热量最大）。土壤的
45、温度并不是最低，所以，热泵的供热能力也不会降最低，所以，热泵的供热能力也不会降到最低。到最低。 热热 泵泵 HEAT PUMPw埋地盘管埋地盘管冬季从土壤中取出的热量，在冬季从土壤中取出的热量，在夏季可通过热传导由地面补充。因此，夏季可通过热传导由地面补充。因此，土壤同时也起了土壤同时也起了蓄能蓄能的作用。的作用。w土壤的导热系数小，工质与土壤之间的土壤的导热系数小，工质与土壤之间的热交换强度小，需要热交换强度小，需要增大换热面积增大换热面积，金，金属耗量大。属耗量大。w土壤对埋地盘管有腐蚀作用，应进行土壤对埋地盘管有腐蚀作用，应进行防防腐蚀腐蚀处理。处理。w在运转过程中因采热而引起地温发生变
46、在运转过程中因采热而引起地温发生变化，化，地温变化地温变化又造成土壤源热泵蒸发温又造成土壤源热泵蒸发温度的变化，使运行工况不稳定。度的变化，使运行工况不稳定。 热热 泵泵 HEAT PUMPw土壤是热泵的一种良好的低温热源，其土壤是热泵的一种良好的低温热源，其 温度变化不大，换热器基本不需要除霜，温度变化不大，换热器基本不需要除霜，并有一定的蓄能作用。并有一定的蓄能作用。w土壤土壤能源密度能源密度为为2040W/m2。以土壤为。以土壤为 热源的热泵装置不用风机，可减少噪音。热源的热泵装置不用风机，可减少噪音。 热热 泵泵 HEAT PUMPw土壤的热物性对地源热泵系统的性能影土壤的热物性对地源
47、热泵系统的性能影响较大。土壤属多孔介质，描述其热物响较大。土壤属多孔介质，描述其热物性的基本参数主要包括土壤的密度，含性的基本参数主要包括土壤的密度，含水率，空隙比，饱和度，比热容及导热水率，空隙比，饱和度，比热容及导热系数等。系数等。w土壤性质随地区不同和季节的变化而异土壤性质随地区不同和季节的变化而异w土壤主要土壤主要热力参数热力参数是是导热系数导热系数 和和比热比热cw土壤土壤含湿量含湿量和和密度密度对热力参数影响很大。对热力参数影响很大。 热热 泵泵 HEAT PUMPw土壤源热泵在运行时，首先在埋地管周土壤源热泵在运行时，首先在埋地管周围出现围出现冻土层冻土层现象。由于湿土壤冻结而现
48、象。由于湿土壤冻结而膨胀，使得盘管与周围土壤接触的更紧膨胀，使得盘管与周围土壤接触的更紧密，传热系数增大。密，传热系数增大。w土壤源热泵停止运行后，土壤冻结部分土壤源热泵停止运行后，土壤冻结部分又开始融化，而移位的土壤不能回复原又开始融化，而移位的土壤不能回复原处，使盘管与周围土壤之间产生处，使盘管与周围土壤之间产生空隙空隙，于是传热系数又大大降低。于是传热系数又大大降低。w防止产生空隙的主要方法：防止产生空隙的主要方法： 热热 泵泵 HEAT PUMPw 太阳能是地球上一切能源的主太阳能是地球上一切能源的主要来源，是取之不尽、无公害、要来源，是取之不尽、无公害、环保和洁净的能源。环保和洁净的
49、能源。w 太阳辐射热具有很大的不稳定太阳辐射热具有很大的不稳定性。因此，要利用太阳能，必性。因此，要利用太阳能，必须要解决太阳能的须要解决太阳能的间歇性间歇性和和不不可靠性可靠性问题。问题。 热热 泵泵 HEAT PUMPw集热器是太阳能供热、制冷中最重要集热器是太阳能供热、制冷中最重要的组成部分，其性能与成本对整个系的组成部分，其性能与成本对整个系统起决定性作用。统起决定性作用。高、中温平板集热高、中温平板集热器器和和聚光型集热器聚光型集热器价格昂贵，是直接价格昂贵，是直接利用太阳能供热的极大障碍。利用太阳能供热的极大障碍。w热泵装置可采用结构简单的热泵装置可采用结构简单的低温平板低温平板集
50、热器集热器，其集热器效率较高，图，其集热器效率较高，图3-10，且成本较低，常与建筑物做成一体，且成本较低，常与建筑物做成一体，是利用太阳能的较好的方案，是利用太阳能的较好的方案，图图3-11。w热泵上可不设除霜装置。热泵上可不设除霜装置。 热热 泵泵 HEAT PUMP为了解决太阳能利用的间歇性和为了解决太阳能利用的间歇性和不可靠性问题，太阳能热泵系统应设不可靠性问题，太阳能热泵系统应设蓄蓄热装置热装置。（。（卵石床蓄热卵石床蓄热）可分别装在热泵可分别装在热泵低温侧低温侧和和高温侧高温侧两边，也可只装在低温侧，两边，也可只装在低温侧，图图3-13。 太阳能热泵虽然在经济性方面存太阳能热泵虽然
