热泵与建筑节能实用教案

1、p 定义：以消耗一部分高品位能源(煤、石油、机械能、电能或高温热能)为补偿，使热能从低温热源向高温热源传递的装置。其实质是借助降低一定量的功的品位，提供品位较低而数量更多的能量。由于热泵能将低温热能转换为高温热能，提高能源的有效利用率，因此是回收(hushu)低温余热、利用环境介质(地下水、地表水、土壤、室外空气、废热等)中储存的能量的重要途径。17.1 热泵的定义热泵的定义(dngy)与涵义与涵义热泵(r bn)原理水泵的作用是把水从低处往高处送，热泵就 是 热 传 导 的 “ 水泵”。把低温的热源提升，提供生活用能。用千瓦的电驱动热泵后，可以“搬运”4千瓦的浅层地能。 高位能低位能动力机环

2、境温度工作机高于环境温度的热源供给热用户第1页/共30页第一页，共30页。17.1 热泵的定义热泵的定义(dngy)与涵义与涵义第2页/共30页第二页，共30页。p 涵义：p 热泵是一种节能装置：虽然消耗一定的高位能，但供给用户的热量是消耗的高位热能与吸取的低温热能的综合。用户获得的热量永远大于消耗的高位能。p 由动力机和工作组组成热泵机组。利用高位能来推动动力机(如汽轮机、燃气机、燃油机、电机等)，然后由动力机驱动工作机(如制冷机、喷射器)运转，工作机像泵一样，把低位热能送至高品位，以向用户供热。p 热泵既遵循热力学第一定律(dngl)，热量在传递和转换过程中的能量守恒；也遵循第二定律(dn

3、gl)，热量不可自发的、不付代价的、自动的从低温物体转移至高温物体。热泵是依靠高位能的拖动，迫使热量有低温物体传递给高温物体。17.1 热泵热泵(r bn)的定义与涵义的定义与涵义第3页/共30页第三页，共30页。17.1 热泵(r bn)的定义与涵义第4页/共30页第四页，共30页。17.1 热泵热泵(r bn)的定义与涵义的定义与涵义p 热泵与热机的区别：p 热机：利用高温热源的能量来产生机械功，热效率值总是小于1的。p 热泵：靠消耗机械功将低温热源的热量转移(zhuny)到高温物体中去，制热性能系数(+1)总是大于1的。空气(kngq)源热泵室外机第5页/共30页第五页，共30页。p不同

4、供热方案不同供热方案(fng n)的比较的比较 方案1：直接用电加热，则需要10kW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(lxing)的逆卡诺循环工作，则所需要的电能为1.145kW。 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”。热负荷(fh)10kW17.1 热泵的定义与涵义第6页/共30页第六页，共30页。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

5、浪费 。因为,在这种情况(qngkung)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！第7页/共30页第七页，共30页。p 热泵机组：动力机、工作机组成的节能机械，是热泵系统的核心部分(b fen)。p 热泵系统：热泵机组、高位能输配系统、低位能采集系统和热能分配系统组成。17.2 热泵热泵(r bn)机组与热泵机组与热泵(r bn)系统系统热泵系统(xtng)框图低位能采集系统高位能输配系统热泵机组热能分配系统低位能采集系统第8页/共30页第八页，共30页。p 以典型地下水源热泵系统为例讲解四个系统：p 热泵机组：冬天，通过蒸发器从地下水(低位热源)吸取热量，在冷凝器中

6、放出温度较高的热量供给用户；夏天，蒸发器直接将冷冻水送入用户，降温除湿，中间介质(水)在冷凝器中吸取建筑中的热量，并回送入地下蓄热供冬天采暖用。p 低位能采集系统：直接系统用水、空气等直接输给热泵机组的系统；间接系统则借助于水或者防冻剂的水溶液通过换热器将低位热源的热量传输出来，输送给热泵机组。p 高位能输配系统：用电动机作为驱动装置是最常见的。但是发电中，很多废热被损失，采用燃料发动机更好。p 热分配系统：应用(yngyng)非常广泛，工业、农业、建筑暖通空调等。暖通空调用热品味不高，均小于60。17.2 热泵热泵(r bn)机组与热泵机组与热泵(r bn)系统系统第9页/共30页第九页，共

7、30页。典型地下水源热泵系统(xtng)图(冬天)第10页/共30页第十页，共30页。典型地下水源热泵系统(xtng)图(夏天)第11页/共30页第十一页，共30页。热泵空调系统：空调系统中选用了热泵系统遵循能量提升的用能原则：避免了常规空调系统用能的单向性，即热源消耗高位能，向建筑物提供低温热量，向环境排放废物。热泵空调系统遵循热量循环使用的用能模式。使用大量的再生(zishng)能替代高位能冷源与热源合二为一：夏天制冷，冬天供暖，冷热源一体化，节省设备投资。常规暖通空调系统，分别设置冷源、热源。热泵空调系统更具节能效果和环保效益17.3 热泵热泵(r bn)空调系统空调系统热泵空调(kn

8、dio)系统第12页/共30页第十二页，共30页。17.4 热泵热泵(r bn)的评价的评价 在暖通空调工程中采用热泵节能的经济评价问题(wnt)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：节能效果和经济效益。 11eeechWQWWQWQv 热泵(r bn)的制热性能系数v 热泵的供热季节性能系数HSPFiiiiTWTqHSPF采暖季的总耗功量采暖季的总供热量第13页/共30页第十三页，共30页。17.5 热泵热泵(r bn)的分类与用途的分类与用途p热泵可按多种特征进行分类p按低位热

9、源分p按热泵与供热介质(jizh)的组合方式分 p按用途分 p按供热温度分p按热泵循环的驱动方式分第14页/共30页第十四页，共30页。u按低位热源(ryun)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(trng)源热泵 太阳能热泵等 17.5 热泵(r bn)的分类与用途第15页/共30页第十五页，共30页。u按热泵与供热介质的组合(zh)方式分 空气/空气热泵(r bn) 空气/水热泵(r bn) 水/空气热泵(r bn) 水/水热泵(r bn) 土壤/空气热泵(r bn) 土壤/水热泵(r bn) n 低温(dwn)热源/热媒：17.5 热泵的分类与用途第16页

10、/共30页第十六页，共30页。u按用途(yngt)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 同时供热供冷热泵废热利用热泵蒸气压缩机及蒸馏(zhngli)装置17.5 热泵的分类(fn li)与用途第17页/共30页第十七页，共30页。空气空气(kngq)源热泵源热泵 第18页/共30页第十八页，共30页。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

11、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(tngsh)供热供冷热泵第19页/共30页第十九页，共30页。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(lyng)热泵17.5 热泵的分类(fn li)与用途第20页/共30页第二十页，共30页。17.6 地源热泵系统(xtng)p地源热泵概述p地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，是热泵的一种(y zhn),热

12、泵是利用卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方。通常热泵都是用来做为空调制冷或者采暖用的。地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环。第21页/共30页第二十一页，共30页。制冷模式：制冷模式： 在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽- -液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带

13、的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终(zu zhn)(zu zhn)由水由水路循环转移至地表水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地路循环转移至地表水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以下的过程中，通过风机盘管，以1313以下的冷风的形式为房间供冷。以下的冷风的形式为房间供冷。 供暖模式：供暖模式：在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将

14、冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，通换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以3535以上热风的形式向室内供暖。以上热风的形式向室内供暖。17.6 地源热泵系统(xtng)第22页/共30页第二十二页，共3

15、0页。p地源热泵系统的一般(ybn)形式 17.6 地源热泵系统(xtng)第23页/共30页第二十三页，共30页。 地球表面吸收(xshu)了太阳能的47，相当于人类一年所需能量的500多倍 地球深处热流或较深层的地热能对地表(dbio)浅层也起到了加热作用第24页/共30页第二十四页，共30页。u地源热泵系统(xtng) 地表水(江、河、湖、海)源热泵系统 地下水源热泵系统 污水(w shu)源(生活废水、工业废水)热泵系统 土壤源热泵17.6 地源热泵系统(xtng) 地源热泵冬天代替锅炉从土壤中取热，向建筑物供暖，夏天代替普通空调向土壤排热，给建筑物制冷。是目前效率最高、对环境最有利的

16、热水、取暖和制冷系统。第25页/共30页第二十五页，共30页。地源热泵地源热泵 17.6 地源热泵系统(xtng)第26页/共30页第二十六页，共30页。p地源热泵系统(xtng)的特点及优势 1、可再生能源利用形式 地表浅层收集了47%的太阳能量，或城市生活(shnghu)生产余热，它利用地表浅层的可再生能源，符合可持续发展的战略要求。2、高效节能 地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，土壤与空气温差一般为17度，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%60%，因此要节能和节省运行费用4050左右

17、。制热系数高达3.54.5，而锅炉仅为0.70.9，可比锅炉节省70%以上的能源和40%60%运行费用；制冷时要比普通空调节能30%左右。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。17.6 地源热泵系统(xtng)第27页/共30页第二十七页，共30页。3、节省空间、美观 传统空调系统的换热器置于室外，破坏建筑的外观。而地源热泵把换热器埋于地下，没有冷却塔、锅炉房和其它设备，省去了锅炉房，冷却塔占用的宝贵面积，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象，保持建筑物外观的完美。 4、保护环境 地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40以上，与电供暖相比，相当于减少70以上，真正的实现了节能减排。设备的运行没有燃油、燃煤污染。不抽取地下水，没有地下水位下降、地面沉降和开凿(kizo)回灌井等问题，是真正的绿色环保能源利用方式。17.6 地源热泵系统(xtng)第28页/共3