蒸气压缩式热泵的工作原理

1、第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 2.1 蒸气压缩式热泵理论循环蒸气压缩式热泵理论循环 2.2 蒸气压缩式热泵的工质蒸气压缩式热泵的工质 2.3 蒸气压缩式热泵的压缩机蒸气压缩式热泵的压缩机 2.4 蒸气压缩式热泵机组蒸气压缩式热泵机组 2.5 蒸气压缩式热泵的故障分析与处理蒸气压缩式热泵的故障分析与处理 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 2.1 蒸气压缩式热泵理论循环蒸气压缩式热泵理论循环 2.1.1 引入原因引入原因 2.1.2 理论循环的组成理论循环的组成 2.1.3 与

2、理想循环相比较的特点与理想循环相比较的特点 2.1.4 热力计算热力计算 2.1.5 热泵循环的改善热泵循环的改善 2.1.6 讨论讨论 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 2.1 .1 引入原因引入原因 理想热泵循环存在着难点：理想热泵循环存在着难点： 状态点参数确定问题状态点参数确定问题 干压缩问题干压缩问题 膨胀功回收问题膨胀功回收问题 空气热泵循环存在着基本缺点：空气热泵循环存在着基本缺点： 由于吸热过程和放热过程是在定压非定温下进行，与逆由于吸热过程和放热过程是在定压非定温下进行，与逆 卡诺循环的相应过程相差较远，因而制热系数低；卡诺循环的相应过程相差较远，

3、因而制热系数低； 由于空气的比定压热容较小，则循环的制热量也较小。由于空气的比定压热容较小，则循环的制热量也较小。 采用蒸气压缩热泵循环可以改善（？）。采用蒸气压缩热泵循环可以改善（？）。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 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。 工作原理图： 冷 凝 器 蒸 发 器 节 流 阀压 缩 机 电 动 机 蒸 气 压 缩 式 热 泵 的 工 作 原 理 图 2.1.2 理论循环的组成理论循环的组成 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 用膨胀阀代替膨胀机。 蒸气的压缩在过热区进行，而不

4、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） 2.1.3 与理想论循环相比较的特点与理想论循环相比较的特点 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 用膨胀阀代替膨胀机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，使制热系数下降。 节流损失与（ Tk - T0）和物性有关。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 干压缩代替湿压缩干压缩代替湿压缩 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

5、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。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 具有温差的等压传热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。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 影响热泵性能的主要因素：t0 0，tk k，tsh sh，trcrc 压焓图的应用 蒸气压缩式热泵理论循环的热力计算 2.1.4 热力计算热力计算 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 压焓图的应用压焓图的应用 压焓图的引入压焓

6、图的引入 用线段表示吸、放热量，功量用线段表示吸、放热量，功量 直观、方便、清晰直观、方便、清晰 压焓图的组成压焓图的组成 蒸气压缩式热泵理论循环在压焓图上的蒸气压缩式热泵理论循环在压焓图上的 表示表示 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 压焓图的组成 纵坐标：压力 横坐标：焓 h lgP C x=0 x=1 t s vx 状态变化图状态变化图 等温线及其变化等温线及其变化 等熵线及其变化等熵线及其变化 等比容线及其变化等比容线及其变化 等干度线及其变化等干度线及其变化 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 蒸气压缩式热泵理论循环在压焓图上的表

7、示 坐标及状态变化图坐标及状态变化图 压缩过程压缩过程12 定压放热过程定压放热过程2 3 节流过程节流过程3 4 定压吸热过程定压吸热过程4 1 h lgP C 1 23 4 T0T3Tk Pk P0 q0 qk wc 各个过程前后能量分析各个过程前后能量分析 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 蒸气压缩式热泵循环的热力计算（一） 依据：蒸发、冷凝、再冷、压缩机吸气温度，制热量h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）制热能力qk（ qvk），kJ/kg （kJ/m3） qvk = qk /v1 =（ h2 - h4 ）/ v

8、1 制冷剂的质量流量Mr： Mr = h / qk （kg/s） 制冷剂的体积流量Vr：Vr = Mr v1 = h / qv （ m3 /s） 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 蒸气压缩式热泵理论循环的热力计算（二） 单位质量（容积）制热能力qk （ qvk） 制冷剂的质量流量Mr 制冷剂的体积流量Vr 蒸发器的冷负荷o：o=Mrqo=Mr（h1 - h4）（ kW） 压缩机的理论耗功量Pth：Pth=Mrwc=Mr（h2 - h1）（ kW） 理论制冷系数： = 0 / Pth = q0 /wc= （h1 - h4 ）/（h2 - h1） 理论制热系数h： h=

9、 h / Pth = qk/wc= （h2 - h4 ）/（h2 - h1） 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 2.1.5 热泵循环的改善热泵循环的改善 膨胀阀前液态制冷剂再冷却 回收膨胀功 多级压缩热泵循环 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 膨胀阀前液态制冷剂再冷却膨胀阀前液态制冷剂再冷却 措施 分析 结果 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 措措 施施 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 第

10、第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 分分 析析 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 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 结结 果果 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 制热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 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 回收膨胀功回收膨胀功 措施：用膨胀机代

11、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 制热系数增加 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 多级压缩热泵循环多级压缩热泵循环 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 制热系数增加 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 t0 0，tk k，tsh sh，trcrc如何确定？ 如何确定？ 循环过程在循环过程在T-s图和图和lgp-h图上如何表示？图上如何表示？ 各个状态点及状态参数如何确定？各个状态点及状

12、态参数如何确定？ 基本理论循环、再冷循环、回热循环有何不同？基本理论循环、再冷循环、回热循环有何不同？ T-s图和图和lgp-h图上如何表示热量？图上如何表示热量？ T-s图和图和lgp-h图上如何表示功量？图上如何表示功量？ 2.1.6 讨论讨论 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 t0 0的确定：低温热源温度和蒸发器的结构形式。确定：低温热源温度和蒸发器的结构形式。 空气：空气： t0 0= teia eia-（812） 液体：液体：t0 0= teiw eiw-（46） tk k的确定：供热介质温度和冷凝器的结构形式。确定：供热介质温度和冷凝器的结构形式。 空气

13、：空气： tk k= tcia cia+（510） 液体：液体：t0 0= （tciw ciw+ tcowcow ）/2+（46） tsh sh的确定： 确定： 一般：tsh sh= t0 0+（58） 氟利昂： tsh sh= t0 0+15 trc rc的确定：供热介质温度和再冷却器的传热温差。 的确定：供热介质温度和再冷却器的传热温差。 trc rc= tk k-（35） 2.1.6 讨论讨论 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 2.2 蒸气压缩式热泵的工质蒸气压缩式热泵的工质 2.2.1 热泵工质的发展历程热泵工质的发展历程 2.2.2 热泵工质与环境保护热泵

14、工质与环境保护 2.2.3 对热泵工质的要求对热泵工质的要求 2.2.4 热泵工质的种类及代号热泵工质的种类及代号 2.2.5 传统热泵工质及其替代传统热泵工质及其替代 返回首页返回首页 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 2.2.1 热泵工质的发展历程热泵工质的发展历程 从历史上看，制冷剂的发展经历了三个阶段从历史上看，制冷剂的发展经历了三个阶段: : u早期制冷剂阶段早期制冷剂阶段(1830(183019301930年年) ) u氯氟烃氯氟烃CFCsCFCs与含氢氯氟烃与含氢氯氟烃HCFCsHCFCs制冷剂阶段制冷剂阶段 (1930(193019901990年年)

15、 ) u氢氟烃氢氟烃HFCsHFCs和天然工质为主的绿色环保制冷剂和天然工质为主的绿色环保制冷剂 阶段阶段(1990(1990年至今年至今) ) 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 2.2.2 热泵工质与环境保护热泵工质与环境保护 1.1.臭氧层的破坏及臭氧层的破坏及蒙特利尔议定书蒙特利尔议定书 2.2.温室效应及温室效应及京都议定书京都议定书 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 臭氧层破坏及臭氧层破坏及蒙特利尔议定书蒙特利尔议定书 产生背景 臭氧层破坏 蒙特利尔议定书要点 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 产生背

16、景产生背景 1974年，年，马里奥马里奥. J J . 莫利纳莫利纳（Mario J. Molina）与与F. S. 罗兰罗兰 (Frank Sherwood Rowland)合作发表论文合作发表论文由于含氯由于含氯 氟甲烷引起同温层下沉，氯原子催化分解臭氧氟甲烷引起同温层下沉，氯原子催化分解臭氧，首次，首次 提出氯氟烃即氟利昂气体对臭氧层的破坏。（提出氯氟烃即氟利昂气体对臭氧层的破坏。（即：即：CFC问题问题） 1987年，年，马里奥马里奥. J J . 莫利纳莫利纳与其他科学家共同努力，与其他科学家共同努力， 促成促成36个国家、个国家、10个组织在加拿大签署了个组织在加拿大签署了关于消耗

17、臭关于消耗臭 氧层物质的蒙特利尔协议氧层物质的蒙特利尔协议。正式规定了逐步削减。正式规定了逐步削减CFC 生产与消费的日程表。中国，生产与消费的日程表。中国，1991年年 1995年，年，马里奥马里奥. J J . 莫利纳莫利纳与与F. S. 罗兰因上述成就而获罗兰因上述成就而获 得诺贝尔化学奖。得诺贝尔化学奖。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 臭氧层破坏及其危害臭氧层破坏及其危害 在距地面在距地面11-50km的大气区域称为平流层，的大气区域称为平流层， 此层空气稀薄，日照强烈。空气在强光照此层空气稀薄，日照强烈。空气在强光照 射下射下,会发生如下反应：会发生如

18、下反应： O2=2O O2+O=O3 这两个反应导致平流层距地面高约这两个反应导致平流层距地面高约15- 35km范围内生成厚约范围内生成厚约20km的一层臭氧层，的一层臭氧层， 臭氧层中约有臭氧层中约有3亿吨臭氧。亿吨臭氧。 氟里昂破坏臭氧层的化学方程式：氟里昂破坏臭氧层的化学方程式： CCl2F2=CClF2+Cl Cl+O3=ClO+O2 ClO+O3=ClO2+O2 一个一个Cl能破坏能破坏10万个万个O3。 1998年拍摄的最大臭氧 层空洞 大气中臭氧的含量减少1%，皮肤癌患者增加2%；白内障增加0.6%。 消耗臭氧潜能值ODP（Ozone Depletion Potential）

19、9月16日定为“国际保护臭氧层日” 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 蒙特利尔议定书蒙特利尔议定书要点要点 CFC类物质，含类物质，含CFC11、12、113、114、115等等 发达国家，发达国家，1996.1.1，停止生产和消费，停止生产和消费 发展中国家（人均小于发展中国家（人均小于0.3kg），最后停用日期），最后停用日期2010年年 HCFC类物质，含类物质，含HCFC22、123、124b等等 发达国家，发达国家，1996年起冻结生产量，年起冻结生产量，2004年开始削减，年开始削减，2020 年完全停用。年完全停用。 发展中国家，发展中国家，2016年

20、起冻结生产量，年起冻结生产量，2040年完全停用。年完全停用。 欧洲有些国家提前禁用欧洲有些国家提前禁用 我国我国“九五九五”期间工作目标：在期间工作目标：在1996年的基础上，年的基础上， 将消耗臭氧层物质生产和消费量削减将消耗臭氧层物质生产和消费量削减50%。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 现 状 禁用期限不断提前。发达国家对于CFCs类物质的禁用 期限，从原来的2000年12月提前到1995年12月； 禁用物质的种类不断扩大。从原先规定的CFCs和哈龙 物质，逐步扩大到HCFCs物质、甲基氯仿和甲基溴等； 禁用物质冻结基准不断降低。1993年11月哥本哈根

21、会 议上原规定发达国家HCFCs物质1996年冻结基准为当年 的HCFCs消费量加3.1% CFCs消费量。但在1995年12月 维也纳会议改为1996年的HCFCs消费量加2.8% CFCs消 费量。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 瑞士、意大利规定瑞士、意大利规定2000年禁用年禁用HCFCs物质物质 瑞典、加拿大规定为瑞典、加拿大规定为2010年年 欧共体规定为欧共体规定为2015年。年。 德国规定德国规定2000年禁用年禁用HCFC-22。 美国规定美国规定2003年年1月月1日起禁用日起禁用HCFC-141b（作（作 发泡剂），发泡剂），2010年年1月

22、月1日起不再生产使用日起不再生产使用HCFC- 22的新制冷空调设备，并于的新制冷空调设备，并于2020年年1月月1日起完全日起完全 禁用禁用HCFC-22和和HCFC-142b，不再制造使用，不再制造使用 HCFC-123和和HCFC-124的新设备。的新设备。 发 达 国 家 的 超 前 行 为 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 CFCs和和HCFCs物质的削减和禁用时间表为：物质的削减和禁用时间表为： 1999年年7月月1日将日将CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC-114 和和CFC-115冻结在冻结在19951997年的平均水平年的平均水平

23、2005年年1月月1日要求日要求CFC-11、CFC-12、CFC-113、CFC- 114和和CFC-115从从19951997三年平均水平的基础上削减三年平均水平的基础上削减 50%；2007年年1月月1日要求日要求CFCs类物质削减类物质削减85% 2010年年1月月1日禁用日禁用CFCs类物质类物质 2016年年1月月1日将日将HCFCs物质冻结在物质冻结在2015年平均水平年平均水平 2040年年1月月1日禁用日禁用HCFCs物质物质 发 展 中 国 家 的 情 况 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 温室效应及温室效应及 京都议定书京都议定书 产生背景产生

24、背景 温室效应及其危害温室效应及其危害 京都议定书京都议定书 要点要点 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 产生背景产生背景 近二十年来，因近二十年来，因CO2等温室气体过量排放屡增不减，由此带来的全球变暖等温室气体过量排放屡增不减，由此带来的全球变暖 已为科学观测所证实，温室气体及其相应的气候变化亦成为目前科技界乃已为科学观测所证实，温室气体及其相应的气候变化亦成为目前科技界乃 至全人类极为关注的环境问题之一至全人类极为关注的环境问题之一 。 1992年在里约热内卢召开的年在里约热内卢召开的“联合国环境与发展大会联合国环境与发展大会”标志着全球致力于标志着全球致力于

25、 减缓气候变化和削减温室气体排放国际合作的起点。减缓气候变化和削减温室气体排放国际合作的起点。 1992年年5月通过案文月通过案文联合国气候变化框架公约联合国气候变化框架公约 （UNFCCC）。）。 1992年年6月，包括时任中国政府总理李鹏在内的月，包括时任中国政府总理李鹏在内的153个国家和欧洲共同体代个国家和欧洲共同体代 表签署了表签署了联合国气候变化框架公约联合国气候变化框架公约。 1994年年3月月21日，日，联合国气候变化框架公约联合国气候变化框架公约正式生效正式生效 。 1995年年3月，第一次缔约方会议（月，第一次缔约方会议（COP1）在柏林召开，）在柏林召开，柏林授权柏林授权

26、。 1997年年12月月11日，在日本京都举行的第日，在日本京都举行的第3次缔约方大会上，各缔约方代表次缔约方大会上，各缔约方代表 签署了具有里程碑意义的签署了具有里程碑意义的京都议定书京都议定书。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 产生背景产生背景 1998年年5月月29日，中国签署日，中国签署京都议定书京都议定书，成为其第，成为其第37个签约国个签约国 。 2001年年3月月28日，布什政府以减少温室气体排放将会影响美国经济发展和日，布什政府以减少温室气体排放将会影响美国经济发展和 发展中国家也应承担减排和限排温室气体义务为由，宣布拒绝执行发展中国家也应承担减排

27、和限排温室气体义务为由，宣布拒绝执行京都京都 议定书议定书 。 2004年年12月月4日，原先对日，原先对京都议定书京都议定书持怀疑和犹豫态度的俄罗斯转变持怀疑和犹豫态度的俄罗斯转变 立场，签署了立场，签署了京都议定书京都议定书 。 2005年年2月月16日，日，京都议定书京都议定书终于开始生效终于开始生效 。 2007年年12月月15日，日，180多个国家和地区代表在印尼通过了多个国家和地区代表在印尼通过了“巴厘岛路线巴厘岛路线 图图” 。 2009年年12月月19日，会议达成不具法律约束力的日，会议达成不具法律约束力的哥本哈根协议哥本哈根协议 。 2010年年12月月11日，坎昆会议大会通

28、过了具有广泛共识的日，坎昆会议大会通过了具有广泛共识的坎昆协议坎昆协议 。 2011、2012年分别在德班和多哈召开了年分别在德班和多哈召开了COP1718。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 温室效应及其危害温室效应及其危害 温室效应温室效应 温室气体温室气体 温室效应带来的危害温室效应带来的危害 全球变暖潜能值全球变暖潜能值GWP（Global Warming Potential） 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 温室效应温室效应 是指地球大气层上的一种物理特性。假若没有大气是指地球大气层上的一种物理特性。假若没有大气 层，层，地球

29、表面的平均温度地球表面的平均温度不会是现在合宜的不会是现在合宜的15，而，而 是十分低的是十分低的-18。这温度上的差别是由于一类名为温这温度上的差别是由于一类名为温 室气体所引致，这些气体吸收红外线辐射而影响到地室气体所引致，这些气体吸收红外线辐射而影响到地 球整体的能量平衡。在现况中，地面和大气层在整体球整体的能量平衡。在现况中，地面和大气层在整体 上吸收太阳辐射后能平衡于释放红外线辐射到太空外。上吸收太阳辐射后能平衡于释放红外线辐射到太空外。 但受到温室气体的影响，大气层吸收红外线辐射的份但受到温室气体的影响，大气层吸收红外线辐射的份 量多过它释放出到太空外，这使地球表面温度上升，量多过

30、它释放出到太空外，这使地球表面温度上升， 此过程可称为此过程可称为天然的温室效应天然的温室效应。但由于人类活动。但由于人类活动 释放释放 出大量的温室气体，结果让更多红外线辐射被折返到出大量的温室气体，结果让更多红外线辐射被折返到 地面上，加强了地面上，加强了温室效应温室效应的作用。的作用。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 温室气体温室气体 六种主要温室气体六种主要温室气体CO2、CH4、氧化亚、氧化亚 氮（氮（N2O）氢氟碳化物（）氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳）、全氟化碳 （PFCs）、六氟化硫（

31、）、六氟化硫（SF6）中，由于）中，由于CO2 的增加对增强温室效应的贡献大约是的增加对增强温室效应的贡献大约是70%， 它对温室效应的贡献超过它对温室效应的贡献超过CH4、N2O、O3、 FCs等其他温室效应气体的总和。等其他温室效应气体的总和。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 温室效应带来的危害温室效应带来的危害 地球上的病虫害增加地球上的病虫害增加 海平面上升海平面上升 气候反常，海洋风暴增多气候反常，海洋风暴增多 土地干旱，沙漠化面积增大土地干旱，沙漠化面积增大 纽约、上海、悉尼、东京等纽约、上海、悉尼、东京等 人类有可能再次面临类似上世纪人类有可能再次面

32、临类似上世纪30年代的全年代的全 球性经济大衰退，全球将有两亿人会因为干球性经济大衰退，全球将有两亿人会因为干 旱或食物短缺而成为难民。旱或食物短缺而成为难民。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 1.过敏加重 研究结果显示，与全球变暖相关的较高的二氧化碳水平 和温度在过敏问题上发挥了作用，因为这让花期提前来临， 并让花粉生成量增加。 全球变暖七大惊人可怕后果全球变暖七大惊人可怕后果 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 2.生物外壳变厚 空气中二氧化碳含量的增加让人担心海洋中的二 氧化碳也会随之增加，二氧化碳水平上升让海水的酸 度增加，可能让

33、一些海洋生物难以形成保护性外壳。 但是研究表明，二氧化碳增多让一些有壳生物构筑外 壳时更加自如，证明这对不同的动物有着截然不同的 影响。 全球变暖七大惊人可怕后果全球变暖七大惊人可怕后果 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 3.遗迹成废墟国家地理杂志提供的英国“巨石阵”的照片。 遍布全球各地的寺庙、古遗址和其他遗迹是过往 文明的不朽之作，经受住了时间的考验。但是全球变 暖可能最终将它们毁于一旦。 全球变暖七大惊人可怕后果全球变暖七大惊人可怕后果 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 4.适者生存 全球变暖让春天提前来临，早起的鸟儿 也许不光是有

34、虫吃，它们还可以将自己的基因 传给下一代。由于植物提早进入繁茂期，按照 通常的时间迁徙的动物可能会得不到食物。这 最终可能改变整个种群的基因面貌。 全球变暖七大惊人可怕后果全球变暖七大惊人可怕后果 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 5.物种收缩 随着气温的上升，生物群体数量和个体大 小似乎都在缩小：小的物种比大的更有生存优势； 有些动物的体形似乎比实际年龄偏小。从鱼和苏 格兰羊身上都看到了这样的结果。 全球变暖七大惊人可怕后果全球变暖七大惊人可怕后果 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 6.卫星飞行速度加快 大气最外层的气体非常稀薄，但仍会

35、对卫 星产生阻力，导致其飞行速度放慢。不过大气外 层的二氧化碳正在增多。虽然低空大气的二氧化 碳分子会因碰撞产生热量，高空稀少的二氧化碳 分子使它们不容易碰撞，于是向外辐射能量，进 而冷却了周围的空气，导致空气下沉。这样一来， 大气就更加稀薄，对卫星的阻力也更小了。 全球变暖七大惊人可怕后果全球变暖七大惊人可怕后果 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 7.山脉变高 虽然增幅不明显，但一百年来，由于山顶冰雪的融化， 阿尔卑斯山和其他山脉在不断升高。几千年来，冰雪重重地 压着大山，而融化的冰雪让这一重负消失，于是地面缓慢回 升。 全球变暖七大惊人可怕后果全球变暖七大惊人可

36、怕后果 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 Ozone Depletion Potential消耗臭氧潜能值消耗臭氧潜能值 Global Warming Potential全球变暖潜能值全球变暖潜能值 制冷剂制冷剂 ODPGWP制冷剂制冷剂 ODPGWP CFC-11 1.01.0 HCFC-124 0.02 0.0920.10 CFC-12 0.952.83.4 HFC-125 0 0.510.65 CFC-13 1.0 HFC-134a 0 0.240.29 CFC-113 0.851.31.4 HCFC-141 0.09 0.0840.097 CFC-114 0

37、.73.74.1 HCFC-142 0.055 0.340.39 CFC-115 0.47.47.6 HFC-143a 0 0.720.76 HCFC-22 0.050.320.37 HFC-152a 0 0.0260.033 HCFC-123 0.0180.0170.02 一个一个CFC-11分子所造成的分子所造成的“温室效应温室效应”与一万个与一万个CO2分子相当。分子相当。 CO2的的GWP=1； R22：510(或或1700)； R134a：420。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 2007年联合国政府专门委员会年联合国政府专门委员会(IPCC)发布发布

38、了第四次评估报告，提出的主要结论就了第四次评估报告，提出的主要结论就 是：是：全球气候变暖已经是一个不争的事全球气候变暖已经是一个不争的事 实，而且变化的幅度已经超过了地球本身实，而且变化的幅度已经超过了地球本身 自然变动的范围。自然变动的范围。人类活动尤其是对化石人类活动尤其是对化石 燃料的使用，很可能是导致全球气候变暖燃料的使用，很可能是导致全球气候变暖 的主要原因。的主要原因。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 由人类行为导致的全球变暖将带来一些 突然的或不可逆转的影响。比如极地陆 地冰盖的部分消融将使海平面上升，造 成低洼区域海岸线和洪水的大变化，对 河流三

39、角洲和低地岛屿产生巨大影响。 IPCC报告新论点报告新论点 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 从从1961年年1993年，全球海平面上升的速率已经从年，全球海平面上升的速率已经从 每年每年1.8毫米增加到毫米增加到3.1毫米。毫米。海平面上升的原因是海平面上升的原因是 热量扩展、冰川、冰盖以及极地冰层的消融。热量扩展、冰川、冰盖以及极地冰层的消融。 本世纪末，全球气温可能上升本世纪末，全球气温可能上升1.16.4 ，海平，海平 面将上升面将上升18厘米厘米59厘米。厘米。 如果气温上升幅度超过如果气温上升幅度超过1.5 ，全球，全球2030的动的动 植物物种面临灭绝

40、；如果气温上升植物物种面临灭绝；如果气温上升3.5 以上，以上，40 70的物种将面临灭绝。的物种将面临灭绝。 IPCC报告新论点报告新论点 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 n世界各地区都将受到气候变化影响， 受冲击最强烈的国家将是发展中国 家。报告明确地预测了非洲、亚洲、 拉美、极地、小岛屿国家等区域所 面临的气候变化影响。 IPCC报告新论点报告新论点 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 全球变暖将导致气候灾害更加普遍。热带风暴将更 频繁、更猛烈地光顾。高温和暴雨天气将危害世界 部分地区，导致森林火灾和病疫蔓延等后果。海平 面上升将令

41、沿海地区洪涝灾害增多、陆地水源盐化。 一些地区饱受洪涝灾害的同时，另一些地区将在干 旱中煎熬，遭遇农作物减产和水质下降等困境。 IPCC报告新论点报告新论点 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 这是这是20022002年年6 6月月2727日，桔红色的晚日，桔红色的晚 霞浮现在澳大利亚悉尼纳拉宾海霞浮现在澳大利亚悉尼纳拉宾海 滩的上空。由于空气污染严重，滩的上空。由于空气污染严重， 空气中的悬浮颗粒遭遇冷空气，空气中的悬浮颗粒遭遇冷空气， 透过阳光的照射便形成了如此灿透过阳光的照射便形成了如此灿 烂的烂的“晚霞晚霞”。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热

42、泵的工作原理 20022002年年1111月月2525日，在德国法兰克福附近的一个发电厂上空，一道彩虹划过日，在德国法兰克福附近的一个发电厂上空，一道彩虹划过 被污染的厂区。被污染的厂区。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 飞机尾气污染已成为重要的交通污染之一，却未引起人们足够的重视。这是飞机尾气污染已成为重要的交通污染之一，却未引起人们足够的重视。这是20012001年年1212月月 2828日，一架飞机在夕阳的照耀下从澳大利亚悉尼上空飞过。日，一架飞机在夕阳的照耀下从澳大利亚悉尼上空飞过。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 温室效应使

43、沙漠面积扩大温室效应使沙漠面积扩大 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 1979年9月北极冰原情况 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 2005年9月北极冰原情况 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 两者比较 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 京都议定书京都议定书 要点要点 以以1990年排放的温室气体为基数，在年排放的温室气体为基数，在2008年至年至2012年间，年间， 实现平均减排实现平均减排5.2%，其中欧盟将减少，其中欧盟将减少8%，美国，美国7%，日本，日本 和加拿大和加拿大6

44、%。 议定书中还引入了三种灵活机制议定书中还引入了三种灵活机制排放贸易（排放贸易（ET）、联合履）、联合履 约（约（JI）和清洁发展机制（）和清洁发展机制（CDM）。）。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 巴厘岛路线图 2007年12月15日，原定两周结束的在印尼巴厘岛举行的 联合国气候变化大会在拖期一天后，最终通过了倍受世人 关注的“巴厘岛路线图”。 “巴厘岛路线图”主要内容包括：形成全球长期减排目标 的共识，对于气候变化的影响如干旱和洪水等采取适应行 动；进一步采取措施削减温室气体排放量；推广应对气候 变化的技术；对于适应和减缓气候变化措施提供资金支持。 第第2

45、章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 2.2.3 对热泵工质的要求对热泵工质的要求 优良的热力学性能优良的热力学性能 应具有良好的热物理性能应具有良好的热物理性能 应具有良好的化学稳定性应具有良好的化学稳定性 与润滑油有良好的兼容性：可靠性与功耗。与润滑油有良好的兼容性：可靠性与功耗。 安全性：无毒、无刺激性、无燃烧及爆炸性安全性：无毒、无刺激性、无燃烧及爆炸性 应具有良好的电气绝缘性应具有良好的电气绝缘性 经济性：价廉易得经济性：价廉易得 不能造成对大气臭氧层的破坏不能造成对大气臭氧层的破坏 不能引起全球气候变暖不能引起全球气候变暖 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气

46、压缩式热泵的工作原理 优良的热力学性能优良的热力学性能 临界温度高于冷凝温度临界温度高于冷凝温度 热泵的工作温度区间内有合适的饱和压力热泵的工作温度区间内有合适的饱和压力 冷凝压力不能太高，热泵部件，较高工作压力冷凝压力不能太高，热泵部件，较高工作压力 希望有较低的标准沸点，低蒸发温度时热泵系统，真空希望有较低的标准沸点，低蒸发温度时热泵系统，真空 流体比热容小，节流损失小流体比热容小，节流损失小 绝热指数，排气温度绝热指数，排气温度 单位容积制热量，机器尺寸单位容积制热量，机器尺寸 热泵工质在给定区域内运行时，循环效率高热泵工质在给定区域内运行时，循环效率高 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作

47、原理蒸气压缩式热泵的工作原理 良好的热物理性能良好的热物理性能 工质的性质工质的性质 导热系数大、相变时传热性能良好，导热系数大、相变时传热性能良好， 热交换器损失热交换器损失 较低的粘度、较小的密度，流体阻力较低的粘度、较小的密度，流体阻力 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 热泵工质的性质热泵工质的性质 热力学性质热力学性质 压力、温度、比容、焓、熵等热力学参数表达。压力、温度、比容、焓、熵等热力学参数表达。 物理性质物理性质 电气性质电气性质 声速声速 汽化潜热汽化潜热 安全性安全性 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 代号代号 安全类

48、别安全类别 代号代号 安全类别安全类别 旧旧 新新旧旧 新新 R11 R12 R21 R22 R113 R114 R123 R134a 1 1 2 1 1 1 A1 A1 B1 A1 A1 A1 B1 A1 R152a R290 RC318 R500 R600a R717 R718 R744 3b 3a 1 1 3a 2 1 A2 A3 A1 A1 A3 B2 A1 A1 安全性（综合毒性、可燃性） 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 良好的化学稳定性良好的化学稳定性 压缩机排气阀附近，工质不分解压缩机排气阀附近，工质不分解 与工质直接接触的金属、非金属材与工质直接接

49、触的金属、非金属材 料不发生化学作用料不发生化学作用 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 2.2.4 热泵工质的种类和代号热泵工质的种类和代号 概述概述 热泵工质的种类热泵工质的种类 热泵工质的代号热泵工质的代号 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 概概 述述 蒸气压缩式热泵，凡在工作温度区蒸气压缩式热泵，凡在工作温度区 间内能实现相变的物质，原则上均可作间内能实现相变的物质，原则上均可作 为制冷和热泵工质，但在工程实践中要为制冷和热泵工质，但在工程实践中要 综合考虑各种因素后择优采用。当工质综合考虑各种因素后择优采用。当工质 沸点低时，一般

50、只能作制冷工质使用。沸点低时，一般只能作制冷工质使用。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 热泵工质的种类热泵工质的种类 无机化合物：氨、水、二氧化碳等无机化合物：氨、水、二氧化碳等 有机化合物：卤代烃、环状有机化合物、碳氢化合物有机化合物：卤代烃、环状有机化合物、碳氢化合物 （饱和和未饱和）、有机氧化物等（饱和和未饱和）、有机氧化物等 单一工质：由同一种物质组成单一工质：由同一种物质组成 混合工质：由两种或两种以上的物质组成。混合工质：由两种或两种以上的物质组成。 v共沸混合工质：压力恒定，相变温度相等，气液相成分相同。共沸混合工质：压力恒定，相变温度相等，气液相成

51、分相同。 只有某些特定的单工质按某一比例混合时才有可能形成。只有某些特定的单工质按某一比例混合时才有可能形成。 v非共沸混合工质：任意两种单工质组成的混合工质一般情况下非共沸混合工质：任意两种单工质组成的混合工质一般情况下 均是。均是。 露点、泡点、温度滑移。露点、泡点、温度滑移。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 热泵工质的代号热泵工质的代号 无机化合物：无机化合物：R7*后为分子量，则氨、水、二氧化？后为分子量，则氨、水、二氧化？ 有机化合物（分子式：有机化合物（分子式：CmHnFxClyBrz v卤代烃：卤代烃： （2m+2=n+x+y+z） R（ （m-1）

52、（）（n+1）xB（z） 如：如：CF2Cl2 应该为：应该为： R？ ？ ； ；CHF 2 Cl 应该为：应该为： R？ ？（ （新方法新方法） v饱和碳氢化合物：（饱和碳氢化合物：（2m+2=n）R（ （m-1）（）（n+1） x B（z） 如：如：CH4应该为：应该为：R？ ？； ；C3H8应该为：应该为： R？ ？ 。 。 共沸混合工质：共沸混合工质： R5*后两位为序号，现已到后两位为序号，现已到R509 非共沸混合工质：非共沸混合工质： R4*后两位为序号，现已到后两位为序号，现已到R414 ， 23 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 新方法新方法 CF

53、C问题，破坏臭氧层，问题，破坏臭氧层，Cl、H作用不同作用不同。 为从代号上直接反映卤代烃对臭氧层的破坏程度，将为从代号上直接反映卤代烃对臭氧层的破坏程度，将 它分为：它分为： CFC氯氟烃氯氟烃 HCFC 氢氯氟烃氢氯氟烃 HFC 氢氟烃氢氟烃 HC 碳氢碳氢 FC 氟烃氟烃 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 2.2.5 传统热泵工质及其替代传统热泵工质及其替代 R11及其替代 R12及其替代 R22及其替代 R502及其替代 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 R11及其替代 R11的特征 单位容积制热量低，沸点较高（单位容积制热量低，

54、沸点较高（23.82 ）。）。 主要用于离心式压缩机和高蒸发温度的热泵。主要用于离心式压缩机和高蒸发温度的热泵。 工作时其冷凝温度工作时其冷凝温度70 ，供热水温度约，供热水温度约68 。 R11的替代 替代替代R11的过渡制冷剂是的过渡制冷剂是R123。（毒性，受控）。（毒性，受控） 近期近期R22过渡；远期过渡；远期R134a替代。替代。 长期替代物的另一种途径是长期替代物的另一种途径是R245ea（C3H3F5 ） 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 R12及其替代 R12的特征 十分安全和常用的热泵工质。十分安全和常用的热泵工质。 在中等温度区内具有良好的工作

55、特性。在中等温度区内具有良好的工作特性。 工作有较低的冷凝压力和排气温度，制热系数高，工作有较低的冷凝压力和排气温度，制热系数高， 与矿物油任意互溶（常温）与矿物油任意互溶（常温） 。 广泛应用于往复式、螺杆式热泵机组中。广泛应用于往复式、螺杆式热泵机组中。 R12的替代 替代替代R11的过渡制冷剂的过渡制冷剂R22。（热力性能，系统）。（热力性能，系统） R134a被认为是被认为是R12最有可能的长期替代物。最有可能的长期替代物。 其他替代物：其他替代物：R152a、R142b（可燃性）可燃性） 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 R22其替代 R22的特征 应用最

56、为广泛，综合性能独特且优秀。应用最为广泛，综合性能独特且优秀。 单位容积制热量很高，安全性好。单位容积制热量很高，安全性好。 排气温度较低，制热系数较高，与矿物油互溶性排气温度较低，制热系数较高，与矿物油互溶性 已经很好解决已经很好解决 。 目前各种形式热泵机组中都能采用。目前各种形式热泵机组中都能采用。 R22的替代（四种被压缩机制造商认可的替代物） R407c（R32/R125/R134a）压力容量近，商品化）压力容量近，商品化 R134a，系统设计改进，润滑油（，系统设计改进，润滑油（POE） R410a，R410b （R32/R125） ，系统重新设计，系统重新设计 第第2章章 蒸气压

57、缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 R502及其替代 R502的特征 R502是共沸混合物（是共沸混合物（ R115/R2248.8/51.2） 单位容积制热量高于单位容积制热量高于R22，蒸发温度低时性能优。，蒸发温度低时性能优。 主要用于封闭式压缩机热泵系统。主要用于封闭式压缩机热泵系统。 R502的替代 替代替代R502的过渡制冷剂是的过渡制冷剂是R22。 一种长期替代物是一种长期替代物是R404A（R125/R143a/R134a44/52/4） 另一种长期替代物是另一种长期替代物是R507（R125/R143a50/50） 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的

58、工作原理 2.3 蒸气压缩式热泵的压缩机蒸气压缩式热泵的压缩机 2.3.1 热泵用压缩机的特点和要求热泵用压缩机的特点和要求 2.3.2 活塞式压缩机活塞式压缩机 2.3.3 涡旋式压缩机涡旋式压缩机 2.3.4 螺杆式压缩机螺杆式压缩机 2.3.5 离心式压缩机离心式压缩机 返回首页返回首页 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 2.3.1 热泵用压缩机的特点和要求热泵用压缩机的特点和要求 1.1.热泵用压缩机的工作温度范围更宽热泵用压缩机的工作温度范围更宽 热泵用压缩机的工作温度范围与空调制冷热泵用压缩机的工作温度范围与空调制冷 用压缩机的工作温度范围不同。以空气源

59、热泵用压缩机的工作温度范围不同。以空气源热泵 为例，其压缩机至少要能在蒸发温度为例，其压缩机至少要能在蒸发温度-15-15 +15+15，冷凝温度，冷凝温度6565下正常工作。其结果下正常工作。其结果 是是压缩机工作的压比高，排气温度高，吸气密压缩机工作的压比高，排气温度高，吸气密 度小，质量流量下降度小，质量流量下降。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 由于压比高，为提高容积效率，热泵压缩由于压比高，为提高容积效率，热泵压缩 机应选用机应选用较小的相对余隙容积较小的相对余隙容积。由于压差大，。由于压差大， 在机械结构方面要在机械结构方面要加大轴承的支承面积和改进加

60、大轴承的支承面积和改进 轴承材料轴承材料，保护轴承中的承载油膜，减低磨损，保护轴承中的承载油膜，减低磨损 程度。还有，热泵要在十分宽广的温度范围工程度。还有，热泵要在十分宽广的温度范围工 作，这必然会在某些工况下系统中出现过多的作，这必然会在某些工况下系统中出现过多的 制冷剂。为此，必须要将此多余制冷剂贮存在制冷剂。为此，必须要将此多余制冷剂贮存在 适当的容器中适当的容器中。 第第2章章 蒸气压缩式热泵的工作原理蒸气压缩式热泵的工作原理 封闭式压缩机中排气温度高容易引起内置封闭式压缩机中排气温度高容易引起内置 电动机和电动机和压缩机过热的现象压缩机过热的现象。必须在电机绕组。必须在电机绕组 内