第二期学术报告：热泵

1、1第二期学术报告热泵技术应用的研究分析 报告人： 李子申 时 间：2013-12-122热泵技术应用的研究分析n热泵的定义热泵的定义n热泵技术的基本工作原理热泵技术的基本工作原理 n热泵的种类与形式热泵的种类与形式n热泵技术的应用及评价热泵技术的应用及评价3热泵技术定义n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装置。现在我国主要利用的热泵技术，按低位热源分为：水源（海水、污水、地下水、地表水等）热泵，地源（包括土壤、地下水）热泵，以及空气源热泵。n热泵可以从低温热源中提取热量用于供热。热泵的供热量远远大于它所消耗的机械能，所以说热泵技术是一种低温余热利用的节能技术。 4热泵定义的剖析

2、与看法n顾名思义，热泵也就是像泵那样，可以把不能直接利用顾名思义，热泵也就是像泵那样，可以把不能直接利用的低位热能的低位热能( (如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能、如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能、工业废热等工业废热等) )转换为可以利用的高位热能，从而达到节约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。部分高位能（如煤、燃气、油、电能等）的目的。n制冷机可以作为热泵的工作机。因为制冷循环既制造了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

3、了高于环境温度的热量，而获得供热效果，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。形成了所谓的热泵作用。n把把“热泵热泵”理解为一种装置或机械还不够，而应明确是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一种节能装置或节能机械 5热泵利用方式把地能中的热量把地能中的热量“取取”出来，出来，提高温度后，供给室内采暖提高温度后，供给室内采暖把室内的热量把室内的热量“取取”出来，出来，释放到地下，给室内制冷释放到地下，给室内制冷6热泵的基本工作原理n热泵可设想如右图所示的节能装热泵可设想如右图所示的节能装置（或称节能机械），由动力机置（或称节能机械），由动力

4、机和工作机组成热泵机组。利用高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、位能来推动动力机（如汽轮机、燃气机、燃油机、电机等），然燃气机、燃油机、电机等），然后在由动力机来驱动工作机（如后在由动力机来驱动工作机（如制冷机、喷射器）运转，工作机制冷机、喷射器）运转，工作机像泵一样，把低位的热能输送至像泵一样，把低位的热能输送至高品位，以向用户供热。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热泵能流图 输入少量的高品位能源（如电能） 获得较多能量消耗消耗1 1份电能，得到份电能，得到4 4份以上的总能量份以上的总能量消耗的电能消耗的电能2.91kWh2.9

5、1kWh，即即25002500大卡（大卡（25%25%）热泵机组热泵机组性能系数性能系数（COP=4COP=4）供热量供热量1000010000大卡大卡（100%100%）吸收的地下能量吸收的地下能量75007500大卡大卡（75%75%）免费的自然能源免费的自然能源能流图能流图8热泵的制热性能系数：热泵的制热性能系数：静输入的能量有效制热量h92.4热泵的种类与形式热泵可按多种特征进行分类热泵可按多种特征进行分类n按低位热源分：按低位热源分：n按热泵与供热介质的组合方式分按热泵与供热介质的组合方式分 n按用途分按用途分 n按供热温度分按供热温度分n按热泵循环的驱动方式分按热泵循环的驱动方式分

6、10按低位热源分n空气源热泵空气源热泵n水源热泵（地表水、地下水、生活废水、水源热泵（地表水、地下水、生活废水、工业废水）工业废水）n土壤源热泵土壤源热泵n太阳能热泵等太阳能热泵等 11按热泵与供热介质的组合方式分n空气空气/ /空气热泵空气热泵n空气空气/ /水热泵水热泵n水水/ /空气热泵空气热泵n水水/ /水热泵水热泵n土壤土壤/ /空气热泵空气热泵n土壤土壤/ /水热泵水热泵 n 低温热源低温热源/ /热媒：热媒：12按热泵工作方式分n蒸汽压缩式热泵蒸汽压缩式热泵n吸收式热泵吸收式热泵n蒸汽喷射式热泵蒸汽喷射式热泵n帕尔贴热泵帕尔贴热泵n吸附式热泵吸附式热泵 n化学热泵化学热泵13蒸汽

7、压缩式热泵 14n蒸汽压缩式热泵蒸汽压缩式热泵 （实际循环）实际循环）LhhhhTTT55. 055. 0国外研制的热泵装置，其制热性能系国外研制的热泵装置，其制热性能系数一般为数一般为3 36 6之间。之间。 15吸收式热泵 与蒸汽压缩式热泵不同的是，压缩式热泵靠消耗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。机械功，而吸收式以消耗热能来完成。16蒸汽喷射式热泵 n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

8、的兴趣。17蒸汽喷射式热泵 18珀尔帖热泵（热电热泵 温差电热泵（又称热电热泵、温差电热泵（又称热电热泵、珀尔帖热泵）是建立在珀尔帖珀尔帖热泵）是建立在珀尔帖效应的原理上的。当一块效应的原理上的。当一块N N型型半导体（电子型）和一块半导体（电子型）和一块P P型型半导体（空穴型）联结成电偶，半导体（空穴型）联结成电偶，在这个电路中接上一个直流电在这个电路中接上一个直流电源，并流过电流时，就发生能源，并流过电流时，就发生能量的转移，在一个接头上放出量的转移，在一个接头上放出热量，而在另一个接头上吸收热量，而在另一个接头上吸收热量。这种现象叫做珀尔帖效热量。这种现象叫做珀尔帖效应。应。19吸附式

9、热泵20化学热泵n化学热泵是一种新型热泵。化学热泵是一种新型热泵。n所谓化学热泵，利用化学反应吸收、吸附、浓度差所谓化学热泵，利用化学反应吸收、吸附、浓度差等现象或化学反应等原理制成的热泵。目前尚处在等现象或化学反应等原理制成的热泵。目前尚处在研究阶段。研究阶段。n实际的化学热泵一般有三种型式。实际的化学热泵一般有三种型式。n蓄热型蓄热型n增热型增热型n升温型升温型21升温型化学热泵原理图22按用途分n小型水加热器美国 1988年已运行的热泵热水器达200多万台。n全年运行的空调和采暖热泵 n同时供热供冷热泵n废热利用热泵n蒸气压缩机及蒸馏装置23不同供热方案的比较n 方案方案1 1 直接用电

10、加热，直接用电加热，则需要则需要10 kW10 kW电能。电能。 n方案方案2 2 采用热泵供热，即用采用热泵供热，即用电能拖动热泵机组向室内供电能拖动热泵机组向室内供热。热。n假定供热温度假定供热温度4545，低温物，低温物体温度体温度00，如果热泵按理想，如果热泵按理想的逆卡诺循环工作，则所需的逆卡诺循环工作，则所需要的电能为要的电能为1.145kW1.145kWn方案方案3 3 直接点燃燃料加热直接点燃燃料加热热负荷10kW24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

11、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。25同时供热供冷热泵同时供热供冷热泵26废热利用热泵27热泵技术发展n技术发展总趋势是发展高效率的供热、供冷热技术发展总趋势是发展高效率的供热、供冷热泵和超级热泵系统。泵和超级热泵系统。n机械压缩式热泵的发展：机械压缩式热泵的发展：n制冷剂侧的热泵控制。制冷剂侧的热泵控制。n压缩机能量控制。压缩机能量控制。n压缩机设计。压缩机设计。n新工质技术。新工质技术。n吸收式热泵和吸收式热变换器、压缩吸收式热泵和吸收式热变换器、压缩- -吸收式热吸收式热泵、高温热泵等泵、高温热泵等28日本超级热泵n日本在通产省工业技术院的主持下于19841992年期间

12、进行了超级热泵的研究开发工作。所谓超级热泵是超性能压缩式热泵的简称。29制冷、采暖、供应热水组合空调n日本开发的“三用”组合热泵，可以高效地利用电能，又可免除排烟对空气的污染。n且其经济性极佳，可以夜间蓄热，白天供热水。30热驱动朗肯循环n适用于大量废热而能量较昂贵的场合，通常是闭式的。31蓄热变频热泵式空调器n在暖通空调工程中采用热泵节能的经济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，其评价问题十分复杂，影响因素很多，其中主要有中主要有负荷特性、负荷特性、系统特性、地区气系统特性、地区气候特性、低位热源特性、设备价格、设候特性、低位热源特性、设备价格、设备使用寿命、燃

13、料价格、电力价格备使用寿命、燃料价格、电力价格等等。n但总的原则围绕着两方面，但总的原则围绕着两方面， 即即节能效果节能效果和和经济效益经济效益。 32蓄热变频热泵式空调器n减小除霜过程中室内空气的温降，除霜过程中室内温度波动小。n由于起动时可利用压缩机所积蓄的热量，其送风温度的升高速度显著高于普通空调器。n噪声低，能量高，效率高。 33内燃机驱动型热泵n由燃气发动机驱动，且轴的转速变化的热泵在欧美和日本得到广泛应用，但迄今为止还没有关于其性能的标准测试方法。所编制的临时建议可用于确定热泵的试验工况、热泵特性、季空气型、节特性偏差、能耗和运转费用的计算式。n在ASHRAE的加拿大渥太华会议上讨

14、论了对内燃机热泵的要求，论证了工业生产准备及市场销售问题。n据推测，热泵运转寿命为10年，资金回收期不超过3年。34国外空调用热泵应用实例n法国的排风余热回收热泵法国的排风余热回收热泵简单且廉价，可以在外界温度达8的情况下，完全满足所需要的热量。35国外空调用热泵应用实例汉堡波佩比特尔地区集中供给地下水的分散式热泵汉堡波佩比特尔地区集中供给地下水的分散式热泵36国外热泵应用实例n苏黎世苏黎世室内游室内游泳池热泳池热泵泵37热泵的评价n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。n但总的原则围