热泵考试整理

1、用是除环境之外没有其他热源的条件下， 当系统由任意状态可逆的变化到与给定的环境相平 衡的状态时， 能够最大限度的转化为有用功的那部分能量；无 是在系统中总能量不能转化为有用功的那部分。 热量用 ：为与流动工质用区别，将能转变为功的这部分热量称为热量用。 用分析循环的特点： 1. 既考虑了能量的数量又考虑了能量的质量， 是综合考虑了热力学第一 定律和第二定律的状态参数，用大者做功能力大，小者做功能力小 2. 用函数不仅能分析系 统总的损失，也能分析各部件的损失。可以更确切的解释过程的不足之处，探索改进途径， 对不可逆过程的探索有重要意义。用效率 ：系统输出的用于输入系统的用之比 用平衡方程于热平

2、衡方程的区别 ：1. 热平衡方 程是能量衡算的普通形式， 根据热力学第一定律对不同品味能量总量的数量衡算， 只反映用 能系统中能量的“量”上的利用情况 ; 用平衡方程包括了热力学第一定律和热力学第二定律 的概念， 表示相同品味能量即理论最大有用功的衡算， 反应用能系统中能量有效性及无效性 的质的利用情况 2. 能量是守恒的，但用不守恒，在利用过程中，一部分用转化成无 熵方程分析问题的不足 ：熵方程只能功能分析整个系统的能量损失， 但不能分析每个部件的 损失情况，而且熵这个函数比较抽象，以此来处理实际问题很抽象。理论上可以完全转化为功的能量， 为高位能 ；不能全部而只能部分的转化为功的能量，为

3、低位能；二者由能量的可用性差别， 即能量质量的高低来 区分；高位热源 指温度较高能直接应 用的热源； 低位热源 指无价值，不能直接应用的热源。空气热源泵存在的问题 ： 1.空气温度越低，蒸发温度下降，热泵温度升高，效率下降2. 低温时的凝露与结霜使热泵性能降低，甚至不能工作 3. 室外气温变化，会引起供热与耗热的 供需矛盾 解决： 防止结霜（热气隔霜法、空气隔霜法、热水融霜法）加大室外换热器面积、 空气流量热泵系统设置蓄热器的目的 ：当热泵的制热量供过于求时， 将多余的热量储存起来， 而在热 量供应不足的时候使用，从而调节了供热与用户用热之间的平衡 优点 ： 1.储存低峰时的热 量并供给高峰时

4、使用， 使热泵装置经常在高效下运行， 提高装置利用率， 减少设备能量损耗 2.设备容量减小，故减小了设备费和基建投资 3. 调节电负荷平衡、电量高峰及低峰负荷 4. 弥补低位热源的不可靠性和间断性热泵常用电机优缺点：优点 1. 只要电动机选择恰当，运行就比较稳定、可靠、高效 2. 直流 与三相交流整流子电动机转速容易调节，功率可灵活得满足热泵各种运行工况的需要 3. 三 相交流异步电动机结构可靠，保养简单 缺点 1. 启动频繁的热泵不采用单相交流电动机 2. 直流与三相交流整流子电动机造价昂贵 3. 三相交流异步电动机调速困难，一次能源利用率 低 热泵的驱动电机绕组用制冷剂蒸气冷却和不用时比较

5、 ：制热量增大、输入功率减小、制热 系数增大、压缩机容积效率（ t e=0°c 增大、 t e=-15 ° c 减小）、制冷剂质量流量减小、压缩 机转速增大、压缩机排气温度增大、曲轴箱中油温增大、电动机绕组温度减小 热泵系统中为何设置集液器 热泵系统运行中，压缩机发生回液的可能性比较多。为了避免 大量回液现象的发生，在系统的吸气管上设置集液器将蒸汽中夹带的液体分离并暂存。 原 理：蒸汽进入集液器后液体北风离开，气体经过U型管返回压缩机，大量液体凝聚在底部。U形管底部限流孔使少量液体和油陆续返回压缩机，平衡孔防止虹吸现象。图见旧书135页用空气作为低位热源的优点： 取之不尽用

6、之不竭、无偿获得、处处都有、安装方便、对换热 设备无害 缺点： 1. 室外空气的状态参数随地区和季节的不同而变化，对热泵供热能力和制 热性能系数影响大 2. 冬季室外温度较低时，市委换热器中公职蒸发温度也很低，易在换热 器表面结霜，从而使传热效果恶化 3. 空气热容量小，为获得足够热量是需要较大空气量。 设置辅助热源的意义： 因为在选择热泵时， 通常不是根据建筑物计算负荷来确定热泵容量的， 而是采用平衡点温度，所以当温度低于平衡点温度时，辅助热源既起到了补充加热的作用，这就是其意义所在 为何要合理确定平衡点温度 ：在设计中，若按冬季空调室外计算温度选 择热泵机组时，势必导致热泵机组过多或过大，

7、使系统初投资过高。同时，在运行中，热泵 机组又无法在满负荷下运行， 导致热泵机组的能效比下降， 使系统运行费用提高。 为了避免 发生这样的问题， 要合理选择平衡点温度。 它的高低带来什么问题 ：平衡点选择过低， 则选 用的辅助热源较小， 这样热泵机组相对要大， 会导致系统投资大幅度提高， 且安装、电力增 容和运行费较高，而且机组长期在部分负荷下运行，使用效率不高，既不经济又不节能。平 衡点选择过高，则所需辅助热源过大，不能充分发挥热泵的节能效益，也不利于节能。 土壤作为低位热源有何特点 优点： 1. 全年地温波动小，冬季土壤温度比空气高，因此热泵 制热性能系数高 2.埋地盘管不需要除霜 3.

8、采暖季节，室外温度最低时， 土壤温度不是最低， 特泵供热能力不会降到最低 4.土壤具有蓄能的作用 缺点： 1.土壤导热系数小，故工矿与其 之间热交换强度小，需要增大换热面积，故金属耗量大 2. 土壤对金属具有腐蚀作用，对埋 地盘管应进行防腐处理 3. 运转过程中采热引起地温变化，地温又造成热泵蒸发温度变化， 使运行工况不稳定 如何防止地盘管传热系数下降： 1.埋地盘管周围填细砂2. 采用柔性盘管，使它与周围土壤一起移动而与土壤有紧密的结合 3. 创造人工湿土壤并使其冻结。通过 这三种方法防止盘管与周围土壤之间出现空隙现象，从而防止传热系数的下降 常用埋管方 式有：1水平埋管（单管、多管、双管、

9、螺旋管）2.竖直埋管（U型地埋管、套管式地埋管）3.螺旋型埋管 其特点： 1.水平 沟的造价低于打井费用， 可以灵活安装，但使用面积大，千 层地表的温度受气候影响较大， 土壤传热的特性随着气候雨水埋设深度而波动 2. 竖直 在所 有闭式系统中所需管长最小，泵功率最小，占地面积最小，土壤温度不受天气影响，需要钻 井设备且费用比水平管沟高 3. 螺旋形： 比其他形式的水平环路占地少， 安装费用相对较少， 但所需管子较长，受天气影响大，泵功率要求大，管路系统容易在填埋时损坏 辨析热泵总是节能的 不确切 有热力学第一定律可知， 在一个系统内能量既不能产生， 也不 能消失， 只能从一种形式转变为另一种形

10、式， 转变方向是一定的， 只能从高位能转变为低位 能，因此说节能是不确切的，因为仅仅是节约了高位能， 而利用了部分低位能，能量的数量 虽然守恒， 但是能量使用到最后成为废热传递给大气环境， 质量越来越差， 到最后毫无用处。 因此在节能问题上，要把能量贬值看为重要问题。节约能源的质量真正意味着节约能量。 合理利用高位能的重要性 世纪的能量利用过程具有量的守恒性和贬值性，任何用能过程实 质上也可以说成是能的量和质的利用过程，要使热能得到合理利用，必须合理使用高位能、 按质用能太阳能供热技术上的问题 ：太阳辐射热量有季节、 昼夜的规律变化， 同时还受到阴晴、 云雨 等随机因素强烈影响， 是太阳能辐射

11、热量具有很大的不稳定性。 要利用不需解决不稳定性和 间歇性 经济上的问题 集热器是太阳能供热、 供冷中最重要的组成部分， 其性能与成本对整 个系统的成败起着决定性作用。 但是高、 中温平板集热器和聚光型集热器价格昂贵， 是极大 障碍 解决方法 ：常利用 10-20°c 低温下集热， 再由热泵装置进行升温的太阳能呢个系统来 解决 优点 ：采用结构简单的低温平板集热器，效率较高，成本低，还可将集热器与蒸发器 组合在一起，集成太阳能热泵直膨式集热器 建筑热回收 是将本来拍到周围环境中去的热量加以有效利用 使用条件： 1 .最好同时又制冷 和供热的需要，而且排除热量与需热量接近2. 需要供热

12、的场所接近回收热量的场所 3. 回收热量所增加的设备费用能在近期内得到回收4. 热量回收与热量利用应互不影响，系统控制简单，安全性高供热季节性能系数 HSPI=整个供热季节采暖时间的耗热量比整个供热季节消耗的总能量 供热负荷系数HDLF供热设计热负荷比热泵提供的热量化学热泵 广义指利用化学现象的热泵，即利用化学反应、吸收、吸附、浓度差等化学现象 的热泵 狭义指利用化学放映的热泵能源利用系数： 供热量与消耗的初级能源之比共沸工质 ：是有两种或两种以上不同工质按一定的比例混合在一起的工质，在一定压力下平衡的液相和气象的组分相同，且保持恒定沸点非共沸工质 ：是有两种或两种以上不同工质按一定的比例混合

13、在一起的工质， 在一定压力下 平衡的液相和气象的组分不同，且沸点不恒定什么使热泵 ：热泵是一种利用高位热能使能量从低位热源流向高位热源的节能装置 热泵与制冷机的不同 ：a 热泵与制冷机的工作温度范围不同b 二者目的不同， 热泵实现供热，制冷机实现制冷水源热泵的特点： a 属于再生能源利用技术 b 高效节能 c 运行稳定可靠 d 环境效益显著 e 一 机多用，应用范围广（可供暖、空调、生活热水、同时供冷与供热） f 自动运行（可设计简 单的系统，部位较少，机组运行简单可靠，维护费用低，自动控制程度高） 制约条件： a 可 利用的水源条件的限制， 理论上可利用一切水源， 但实际中水利用成本差异很大

14、， 所以不同 地区是否有合适的水源称为水源热泵应用的一个限制条件 b 水层的地理结构的限制， 对于从 地下抽水回灌的使用必须考虑使用地的地质结构，确保经济性的同时考虑当地地质土壤条 件，保证用后的尾水的回灌可以实现 c 投资的经济性， 不同地区、 不同用户及国家能源政策 及燃料价格影响，水源条件的不同等都会使投资经济性有所不同水源热泵对水处理技术的要求：a水量充足，能满足用户制热（冷）负荷的需要b水温湿度，满足机组工况正常运行要求 c 水质要求， 适宜于系统机组、 管道等材质， 不至于产生严重腐 蚀损坏 d 供水稳定，供水应长期可靠，保证水源热泵长期稳定运行水处理技术： a 除砂器与沉淀池b净

15、水过滤器c电子水处理仪，用于除去水中钙镁离子， 防止管路结垢d板式换热 器，防止由于水矿化度高而造成对金属的腐蚀 e 除铁设备， 防止水中铁生成氢氧化铁沉淀而 产生褐色污渍当前国际上热泵研究的几个热点： 能源问题和环境污染问题，能源危机和矿物能源燃烧过 程产生有害物对生态环境得到污染， 是对现代人类生存的严重威胁与挑战， 热泵技术是开发 和强化高位能利用率的重要手段，是获取可再生资源及保持生态平衡的有效途径之一。 近几年热泵技术的新进展是什么：（1）进入 21 世纪后，热泵的快速发展不单是为了解决能源问题而更主要的是为了改善环境问题。 通过热泵的应用和发展， 来推动暖通空调的可持续 发展， 实

16、现暖通空调的生态化和绿色化； （ 2）热泵技术深受业主的的欢迎，全国各省市均有热泵应用工程实例， 初步形成我国寒冷地区以地下水源热泵、 水环热泵空调系统为主， 大地 耦合热泵为辅， 夏热冬冷地区以空气源热泵、 地表水源热泵、 水环热泵为主，大地耦合热泵 为辅的新格局； （3）进入 21 世纪后，中国热泵市场空前繁荣，产品规格种类齐全，国内生 产厂家众多； （4）进入 21 世纪后，热泵技术的创新紧跟时代，主动发现和回答暖通空调领 域中亟待解决的能源和环境问题； （ 5）在经济全球化的条件下，要求不断加强对外学术交流和合作，热泵技术也不例外，进入 21 世纪后，对外交流与合作十分活跃，在这个过程

17、中， 已深感学习外国技术时应当避免照抄、 照搬现象， 把国外的技术消化、 吸收后有机地融入国 内学术与技术中，走面向世界、平等对话的必然之路。吸附式与吸收式热泵相比较有何特点：1、二者均可采用余热和低品位热能驱动；2、与吸收式相比， 不存在结晶和精馏问题， 适用范围比较广， 可用于振动、 旋转等场所； 3、无 CFCS 问题； 4、与吸附式相比，吸附式对材料没有 / 较小腐蚀性； 5、与吸附式相比，独体吸附剂 为多微孔介质，比表面积大，导热性能低，故吸附解析时间长，制冷量小，COP直不高试用T-S图说明劳伦斯循环的工作过程：（图P42）被加热物体（高温热源）由温度Tc加热到Tb,环境介质的温度

18、由 Ta冷却到Td,若采用拟卡诺循环，为了从温度的低温热源中吸热 或向变温的高温热源放热，尽可能得到较大的制热性能系数，工质等温吸热的温度应等于 Td,工质等温放热的温度应等于 Tb,即循环为A -B-C ' -D' -A'.由于这个逆卡诺循环的两个等温过程有传热温差，势必引起不可逆损失，循环A -B-C ' -D' -A '是具有温差的不可逆的逆卡诺循环，而且温差非定值。为了减少不可逆损失，洛伦兹提出了变温热源的逆向循环。 在这个循环中，工质的放热过程 B-C与高温热源的吸热过程 C-B相重合，但方向相反，这样 工质与热源之间的换热无传热温差，

19、A-B和C-D为可逆的绝热压缩过程和决绝热的膨胀过程。因此，循环A-B-C-D-A是可逆循环。它没有不可逆附加功的损失。试用情况：两个变温热源情况吸附式热泵的工作原理（图见资料） ：大量吸附着工质气体的颗粒状多孔性物料储存在发生 吸附器上，加热物料解析工质， 之后，冷却加压，可再次吸附工质而工质也有如同的循环回 路。什么是CO跨临界循环，画出流程图、lgp-h图和T-S图：压缩机吸气压力低于临界压力， 蒸发温度也低于临界温度，循环的吸热过程仍在亚临界条件下进行，但其压缩机排气压力高于临界压力，工质冷凝工程与亚临界状态下则完全不同，此换热过程依靠显热来完成，这类循环成为跨临界循环。转轮式热回收器

20、与热泵的联合系统的工作原理（图旧书P157）：冬季运行时，室外空气换热器2为冷凝器，排风换热器6为蒸发器，排风经转轮式热回收器后温度下降，又经排风换热器后温度再次下降，新风经转轮式热回收器、室外空气换热器被加热，由风机送入室内。循 环路线：压缩机一四通阀-室外空气换热器-止回阀-贮液器-膨胀阀-排风换热器-四通阀-压 缩机 夏季运行时，四通阀换向，此时排风换热器6为冷凝器，室外空气换热器2为蒸发器， 排风经转轮式回收器和排风换热器后被加热，新风经转轮式热回收器和室外空气换热器被冷却后由风机送入室内。循环路线：压缩机一四通阀-排风换热器-止回阀-贮液器-膨胀阀-室外空气换热器-四通阀-压缩机第一

21、类吸收式热泵：输出的热能其温度低于驱动热源（供热给发生器）的温度。原理（图P210 9-2）：制冷剂液体先从蒸发器的喷淋装置喷淋到传热管上，吸收了传热管内流动的热 水的热量而蒸发成低温制冷剂蒸汽进入吸收器，低温制冷剂蒸汽在吸收器内被溴化锂浓溶液喷淋吸收，称为稀溶液，在吸收过程中放出热量加热应用水，此应用水进入冷凝器。稀溶液由溶液泵经热交换器打入发生器内，同时溴化锂溶液浓度提高，称为浓溶液，经热交换器放热进入吸收器。高压制冷剂蒸汽进入冷凝器凝结放热成制冷剂水，同时此放热量进一步加热应用水。第二类吸收热泵：输出的热能其温度高于驱动热源（供热给发生器和蒸发器）的温 度。原理（图P212 9-6）：溴

22、化锂稀溶液先流入发生器，受到发生器管内外界提供的废热蒸 汽的加热，产生低压制冷剂蒸汽， 溴化锂溶液浓度升高称为浓溶液，由溶液泵经热交换器打入吸收器。产生的制冷剂蒸汽在冷凝器中被冷却成为制冷剂液体，由制冷机泵打入蒸发器， 蒸发器内制冷剂液体通过喷淋装置，吸收了传热管内为界提供废热蒸汽的热量蒸发成高压制冷剂蒸汽进入吸收器，该制冷剂蒸汽被溴化锂浓溶液所吸收，成为溴化锂稀溶液，同时产生吸收热，加热了应用水。四管热泵系统的工作原理：（图旧书P158）1.夏季循环制式，冷负荷大于热负荷。三通换向 阀W直通路开启，旁通路关闭，V7直通路关闭，旁通路开启。冷冻水循环路线：蒸发器 -风机盘管-三通换向阀V7-冷冻水泵-蒸发器 热水循环路线：冷凝器-风机盘管-止回阀CV-蒸发 冷却器-三通换向阀V6-热水泵-冷凝器。多余热量由蒸发冷却器排放到周围空气中，制冷压 缩机根据制冷负荷来调节能量2.冬季循环模式，热负荷大于冷负荷。三通换