热泵工作原理及评价

第二章 热泵工作原理及经济性评价第一节 热泵的工作原理热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象。与制冷机相比相同点：都是按热机逆循环工作不同点：工作温度范围不同原理TA为环境温度，T0为低温物体温度，Th为高温物体温度。原理根据热力学第二定律，当以高位能作补偿条件时，热量是可以从低温物体转移到高温物体的。因而热泵循环中，为了向被加热的对象供热，就必须消耗高位能（功或高位热能）。一、蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式的理论循环蒸气压缩式热泵的理论循环是在两相区的逆卡诺循环基础上改造而成。二、布雷顿（Bragton）热泵循环1844年美国人高里（J.Gorrie）制造了利用空气作工质的气体压缩式制冷机。最早的空气制冷机是封闭的布雷顿循环。布雷顿循环封闭的布雷顿热泵循环流程图布雷顿热泵理论循环的P-V图与T-S图布雷顿热泵循环布雷顿热泵理论循环应具有如下条件：气体在压缩机与膨胀机中的压缩和膨胀过程都是等熵过程；气体与被冷却物和加热物体之间必须在无温差情况下相互传热；不计气体在高压热交换器与低压热交换器中流动阻力损失。三、吸收式热泵理论循环与蒸汽压缩式热泵不同的是，压缩式热泵靠消耗机械功，而吸收式以消耗热能来完成。吸收式热泵系统原理图吸收式热泵系统原理图吸收式制冷系统的组成吸收式制冷系统的组成组成设备：组成设备： 吸收器：吸收制冷剂蒸气；吸收器：吸收制冷剂蒸气； 发生器：发生器：加热加热、释放制冷剂蒸气；、释放制冷剂蒸气； 溶液泵：加压作用；溶液泵：加压作用； 节流阀：节流降压；节流阀：节流降压； 溶液热交换器：内部能量利用，溶液热交换器：内部能量利用，提高效率。提高效率。 2. 2. 循环循环 ： 制冷剂循环制冷剂循环 溶液循环：相当于压缩机的作用溶液循环：相当于压缩机的作用 压缩机消耗机械能压缩机消耗机械能 溶液循环消耗热能（少量泵功）溶液循环消耗热能（少量泵功） 3 3、工质对、工质对1. 1. 工质对（二元溶液）：工质对（二元溶液）： 两种可以相互吸收的物质形成的溶液。两种可以相互吸收的物质形成的溶液。2. 2. 吸收式热泵常用工质对：吸收式热泵常用工质对： 溴化锂水溶液；氨水溶液溴化锂水溶液；氨水溶液3. 3. 工质对的要求：两种物质互溶性好，且具有工质对的要求：两种物质互溶性好，且具有不同的沸点不同的沸点 低沸点组分：制冷剂低沸点组分：制冷剂水（水（100100）、氨（）、氨（-33.4)-33.4) 高沸点组分：吸收剂高沸点组分：吸收剂 溴化锂溴化锂(1265)(1265)、水、水(100)(100)吸收式热泵理论循环有溶液热交换器的吸收式热泵图示吸收式热泵理论循环有无溶液热交换器的吸收式热泵工作热力性能的比较单效溴化锂吸收式热泵的工作流程单效溴化锂吸收式热泵的工作流程 低温水源低温水源热媒水进热媒水进P热媒水出热媒水出高温热源高温热源吸收式热泵与蒸气压缩式热泵相比：（1 1）可以利用各种热能驱动。）可以利用各种热能驱动。（2 2）节约用电，平衡热电站的热电负荷。）节约用电，平衡热电站的热电负荷。（3 3）吸收式热泵结构简单，运行时无振动和噪声。）吸收式热泵结构简单，运行时无振动和噪声。（4 4）常用制冷剂为水或氨，对环境和臭氧层无害。）常用制冷剂为水或氨，对环境和臭氧层无害。（5 5）吸收式热泵供热性能系数低于蒸气压缩式热泵。）吸收式热泵供热性能系数低于蒸气压缩式热泵。冷热电联产系统（冷热电联产系统（BCHPBCHP）原理图）原理图蒸汽喷射式热泵理论循环蒸气喷射式热泵同吸收式热泵一样，是靠消耗热能来提取低位热源中的热量进行供热的设备。它具有结构简单，几乎没有机械运动部件，价格低廉，操作方便，经久耐用等优点，因此，尽管喷射式热泵热效率低，仍引起了人们的兴趣。蒸汽喷射式热泵工作原理蒸汽喷射式热泵系统组成蒸汽喷射式热泵工作原理用喷射器代替压缩机驱动系统工作。喷射器由喷嘴、混合室、扩压管等部分组成。推动工质循环的动力是高压蒸汽，加入的有用能为热能。温差电热泵温差电热泵（又称热电热泵、帕尔帖热泵）是建立在帕尔帖效应的原理上的。当一块N型半导体（电子型）和一块型导体（空穴型）联结成电偶，在这个电路中接上一个直流电源，并流过电流时，就发生能量的转移，在一个接头上放出热量，而在另一个接头上吸收热量。这种现象叫做帕尔帖效应。温差电热泵热电式热泵示意图电流改变方向，吸、排热端也相应易位。化学热泵化学热泵是一种新型热泵。所谓化学热泵，广义来说是指利用化学现象的热泵。狭义来说则是指利用热化学反应的热泵。实际的化学热泵一般有三种型式。蓄热型增热型升温型化学热泵蓄热型热泵的工作状态图（a）吸热过程；（b）放热过程化学热泵增热型化学热泵（a）吸热循环；（b）供热循环化学热泵升温型化学热泵工作原理图