第二章 热泵的基本工作原理与评价

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,2 热泵的基本工作原理与评价,高位能与低位能,热泵的定义,热泵的基本工作原理,热泵的种类与形式,热泵的评价,1,2.1高位能和低位能,1-水坝中的水；,2-供水池；,3-湖水中的水；,4-水轮机；,5-水泵,2,不同取水方案比较,取水方案1 由水坝直接供水。,假设供水量为10 吨/,s，,且不计机械摩擦损失和管路阻力损失。则方案1不需要外界作功，但将损失掉势能 10 1001000=10,6,kg.m/s,取水方案2 用水泵从湖中取水，由坝中的水驱动水轮机，水轮机再拖动水泵。,用水坝中的水,0.909,吨,/,s,其作功值为0.,909,100,1000=9.09,10,4,kg.m/s,。,拖动水轮机，,从湖中取水9.09吨,即能完成取水任务。,3,由此可见，坝中的水和湖中的水，虽然都是水，但其价值是不同的。坝中的水具有作功能力，其价值也高。,能量不仅有数量多少之分，也有质量问题。,4,不同供热方案的比较,方案,1,直接用电加热，则需要,10,kW,电能。,方案2 采用热泵供热，即用电能拖动热泵机组向室内供热。,假定供热温度45，低温物体温度0，如果热泵按理想的逆卡诺循环工作，则所需要的电能为1.145,kW,热,负荷10,kW,5,不同温度下的能量比较,室温下的4.1868,kJ,的热量,100下的4.1868,kJ,的热量相比，数量相等，但其质量却不同。,6,综上所述，可以说明以下几点,:,评价能源的价值时，既要看其数量，又要看其质量。能量按其质量可划分为高位能和低位能两种。同样，热源也可分为高位热源和低位热源。,合理地使用高位能的问题是十分重要的。因为实际的能量利用过程有两个特性：量的守恒性和质的贬值性。任何用能过程实质上也可以说成能的量与质的利用过程。要使热能得到合理利用，必须合理使用高位能，必须做到按质用能。,7,由燃料直接提供采暖等所需的低位能，即使在不损失热量的条件下,室内所得到的热量最多为燃料发热量的100%，也应该说是一种巨大的浪费。因为,在这种情况下，储藏在燃料中的化学能所具有的作功能力未加以合理利用而被贬值了。,8,节约能量的途径，过去认为不用能即节能，实际上应该提高能量的利用率，“建筑节能”应更准确地表述为“建筑合理用能”。,9,2.2热泵的定义,目前,标准、论文、书籍中有关“热泵”的定义与内涵却各不相同，常给人们一种模糊不清的热泵概念。因此,有必要做个概念明确的统一定义，其内涵要更全面、更准确。,10,不同文献中热泵的定义,GB50155-99,“热泵”的解释是“能实现蒸发器和冷凝器功能转换的制冷机”。,在,(,New International Dictionary of Refrigeration),“,热泵,”,的定义是“以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统”。,11,徐邦裕、马最良等编,“热泵”定义为“靠高位能拖动，迫使热量从低位热源流向高位热源的装置。,热泵的原理与应用（郁永章编）,“热泵”是把处于低位的热能输送至高位的机械”,。,制冷工程技术词典（尉迟斌编）,热泵解释为“可连续将热量从温度较低的物体（或环境）传递给温度较高物体的机械”。,12,热泵定义的剖析与看法,把“热泵”理解为制冷机、制冷系统、装置与机械，各不相同。显然热泵不是制冷机，也不是制冷系统，而应该是一种装置或称为机械。热泵概念的引出应从合理的使用高位能的角度引出。,制冷机可以作为热泵的工作机。因为制冷循环既制造了低于环境温度的物质，并从环境温度下的物体中吸取热量，又制造了高于环境温度的热量，而获得供热效果，形成了所谓的热泵作用。,把“热泵”理解为一种装置或机械还不够，而应明确是一种节能装置或节能机械,13,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、太阳能、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。,14,热泵定义内涵的理解：,热泵虽然需要消耗一定量的高位能，但所供给用户的热量却是消耗的高位热能与吸取的低位热能的总和。因此，热泵是一种节能装置。,15,热泵可设想如右图所示的节能装置（或称节能机械），由动力机和工作机组成热泵机组。利用高位能来推动动力机（如汽轮机、燃气机、燃油机、电机等），然后在由动力机来驱动工作机（如制冷机、喷射器）运转，工作机像泵一样，把低位的热能输送至高品位，以向用户供热。,低位能,环境温度,高于环境温度的热源,高位能,动力机,工作机,16,热泵既遵循热力学第一定律，在热量传递与转换的过程中，遵循着守恒的数量关系；又遵循着热力学第二定律，热量不可能自发的、不付代价的、自动的从低温物体转移至高温物体。在热泵定义中明确指出，热泵是靠高位能拖动，迫使热量由低温物体传递给高温物体。,17,2.3,热泵的基本工作原理,热泵的工作原理与制冷的原理相同，但它们工作的温度范围不同。,图中,T,A,是环境温度，,T,e,是低温物体的温度，,T,h,是高温物体的温度。,按热泵驱动功的型式，可把常见的热泵分为多种形式：,18,机械压缩式热泵,19,吸收式热泵；,20,蒸汽喷射式热泵；,21,帖尔帖热泵（热电热泵,22,吸附式热泵,23,热泵的制热性能系数：,24,机械压缩式热泵（,理想情况，卡诺循环）,25,机械压缩式热泵（,实际循环）,国外研制的热泵装置，其制热性能系数一般为,36,之间。,26,2.4,热泵的种类与形式,热泵可按多种特征进行分类,按低位热源分：,按热泵与供热介质的组合方式分,按用途分,按供热温度分,按热泵循环的驱动方式分,27,按低位热源分,空气源热泵,水源热泵（地表水、地下水、生活废水、工业废水）,土壤源热泵,太阳能热泵等,28,按热泵与供热介质的组合方式分,空气,/,空气热泵,空气,/,水热泵,水,/,空气热泵,水,/,水热泵,土壤,/,空气热泵,土壤,/,水热泵,低温热源,/,热媒：,29,按用途分,小型水加热器美国,1988,年已运行的热泵热水器达,200,多万台,。,全年运行的空调和采暖热泵,同时供热供冷热泵,同时供热供冷热泵,废热利用热泵,蒸气压缩机及蒸馏装置,30,装置的用途,用热,用冷,鱼类加工厂,清洗用温水,制冷,肉类加工厂,清洗用温水,冷却和制冷,农舍,清洗机器和清洁用温水,牛奶冷却、空调用冷,乳品厂,清洗用温水,牛奶冷却、储存室冷却,屠宰场,清洗用温水,冷藏库及速冻间,溜冰场,采暖、游泳池,冰场制冷,大型冷库,供热、出售热量,冷藏间,啤酒厂,温水,啤酒窖及麦芽汁冷却,工业能源中心,温水和热水,冷盐水、冰、冰水,同时供热供冷热泵,31,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,32,按供热温度分,低温热泵，供热温度,100,高温热泵，供热温度,100,按热泵循环的驱动方式分,电动机驱动,电动热泵；,热力驱动热泵,热能驱动，如吸收式热泵、蒸气喷射式热泵；发动机驱动（内燃机、气轮机、燃气机等）,。,33,常见闭式蒸汽压缩循环热泵,图示,34,35,36,37,38,39,40,41,42,2.5,热泵的评价,在暖通空调工程中采用热泵节能的经济评价问题十分复杂，影响因素很多，其中主要有,负荷特性、,系统特性、地区气候特性、低位热源特性、设备价格、设备使用寿命、燃料价格、电力价格,等,。,但总的原则围绕着两方面，,即,节能效果,和,经济效益,。,43,几个评价指标,热泵的制热性能系数,GB/T7725-1996,标准中规定，制热性能系数中消耗的功率应为有效输入功率，包括压缩机功率和冲霜输入功率、控制与安全装置输入功率、风扇和水泵输入功率。,44,热泵的供热季节性能系数,HSPF,式中,第,i,个温度段热泵的供热量，,kW,；,第,i,个温度段热泵的有效输入功率，,kW,；,第,i,个温度段的供热小时数，,h,。,45,热泵的能源利用系数,E,46,