热泵技术及地热利用T300

热泵技术环境与市政工程学院刘雄参考文献热泵技术张旭．化学工业出版社．2007.02热泵技术及其应用陈东．谢继红化学工业出版社．2006.03可再生能源利用与建筑节能王荣光．沈天行机械工业出版．2004.01

绪论

热泵的起源及定义热泵的作用热泵的历史热泵的分类关于水泵和热泵

高水位水水泵水低水位高温热源热量热泵热量低温热源1。热泵的起源和定义理论基础:1824年提出的卡诺循环。。热泵的定义能实现蒸发器和冷凝器功能转的制冷机

以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统2.热泵的作用利用低温可再生能源的有效手段之一解决暖通空调的能源与环境问题的有效措施之一可再生能源它是指那些随着人类的大规模开发和长期利用，总的数量不会逐渐减少趋于枯竭，甚至可以不断得以补充，即不断“再生”的能量资源如：太阳能、地热、风能、水能、海洋能、潮汐能等．国外研究究情况国内研究究情况热泵在国国内的应应用现状状3.热泵的历历史热泵的历历史理论基础础:1824年提出的的卡诺循循环1852年：汤姆姆逊热量量倍增器器（以空空气作为为工质））1912年瑞士苏苏黎世安安装世界界上第一一台水源源热泵系系统1973年世界范范围的能能源危机机后，才才受到特特别关注注国外研究究情况主要研究究机构：：国际能能源机构构（IEA）1978年专门设设立热泵泵的研究究课题一直延续续到现在在共有14个国家参参与课题题研究已完成25个子课题题的研究究目前仍有有4个子课题题在进行行国内研究究情况上世纪五五十年代代开始研研究，最最早开展展成果研研究的的单位是是——天津大学学热能研研究所；；1980年以后受受到人们们的重视视，很多多单位也也开展研研究，我我校是其其中之一一；1990年以后得得到大规规模应用用。最广广泛应用用的是空空气源热热泵；2000年973项目—《高效节能能的关键键科学问问题》子课题资资助了对对空气源源热泵的的研究。。热泵在国国内的应应用现状状目前主要要以空气气源热泵泵空调器器和中小小型的商商用空气气源热泵泵机组组为主据国家统统计局2000年统计：：在所有有空调机机组中，，空气源源热泵的的占有率率为48%；所耗电电量占2000年全国总总发电量量的8.64%；地源热泵泵、水源源热泵日日益受到到重视．．４．热泵的分分类（１）按按驱动能能源种类类分类：：１１））电动机机驱动热热泵2）柴油机机驱动热热泵3）汽油机机驱动热热泵4）燃气机机驱动热热泵5）蒸气透透平驱动动热泵6）热能驱驱动的热热泵：吸吸收式热热泵（２）按按工作原原理分类类１）蒸气气压缩式式最最普遍遍，广为为应用的的一种形形式。往往复式压压缩机、螺杆式式压缩机机、涡旋旋式压缩缩机、离离心式压压缩机２）气气体压压缩式式热热泵工工质始始终以以气态态进行行循环环而不不发生生相变变．如如飞机机中的的空气气压缩缩循环环3）吸收收式分分为两两类：：第第一一类热热泵：：其供供热温温度低低于驱驱动热热源第第二类类热泵泵：其其供热热温度度高于于驱动动热源源4）热电电式5）化学学热泵泵（３））按低低温热热源种种类分分类空气源源热泵泵水源热热泵：：地表水水（河水水、湖湖水、、污水水、海水水等）、地下水水土壤源源热泵泵太阳能能热泵泵（４））按供供热温温度分分类低温热热泵供供热热温度度＜100℃高温热热泵供供热热温度度＞100℃（５））按热热源与与供热热介质质的组组合合方式式分类类空气－－空气气热泵泵空空气气为热热源空气－－水热热泵空空气气为热热源水－空空气热热泵水水为为热源源水－水水热泵泵水水为为热源源土壤－－水热热泵土土壤壤为热热源土壤－－空气气热泵泵土土壤壤为热热源最最后后两种种方式式也称称为：：大地地耦合合式热热泵（６））按热泵泵机组组安装装形式式分类类单元式式热泵泵机组组分体式式热泵泵机组组现场安安装式式热泵泵机组组第２章章热热泵的的驱动动能源源及性性能指指标2.1热泵的的热源源１１．对对热源源的要要求：：①①供热热工况况时，，热源源温度度应尽尽可能能高②②热源源应尽尽可能能提供供必要要的热热量，，避免免采用用附加加装置置③③风机机、水水泵等等辅助助设备备的能能耗应应尽可可能小小④对对换热热器应应无腐腐蚀，，尽可可能不不产生生污染染和结结垢２．设设计中中应注注意问问题：①热泵低低温热热源与与辅助助热源源的匹匹配当当没没有足足够蓄蓄热时时，高高峰负负荷可可采用用辅助助热源源②热源源多元元化当当有有多种种热源源可供供利用用时，，应合合理组组合③蓄热热问题题太太阳阳能、、空气气、水水作为为热源源，其其温度度具有有周期期，或或间断断性，，应考考验蓄蓄热．．2.1.1自然能能源1.空气2.1.1自然能能源1.空气优优点：：使用用方便便，随随时随随地可可以利利用，，是目目前热热泵装装置的的主要要热源源缺缺点：：空气气温度度、湿湿度随随地域域和季季节、、昼夜夜有很很大变变化，，对热热泵的的设计计和运运行有有重要要影响响．具具体体表现现：①①随着着空气气温度度下降降，热热泵的的效率率降低低使使空空气源源热泵泵的使使用范范围受受到限限制１.空气②随着空空气温温度的的变化化，使使热泵泵的供供热量量与建建筑所所需热热负荷荷相矛矛盾③③结结霜２．水水河水、湖水水、污污水、、海水水（地地表水水）地下水水2.1.1自然能能源２．水水河水、湖水水—取水点点、取取水系系统海水---取水点点、取取水系系统及及换热热器的的防腐腐污水---水量、、取水水系统统及换换热器器的防防腐.3.土壤土土壤源源热泵泵：是是一种种利用用地下下浅层层土壤壤中冷冷热量量的空空调系系统．．地表表下5-400m土壤作作为低低温热热源的的优点点：①①一一年中中土壤壤温度度波动动小且且相对对稳定定，冬冬季土土壤温温度高高于地地面空空气②②埋埋地热热交换换器不不需要要除霜霜③③土壤壤具有有较好好的蓄蓄热性性能，，冬季季从土土壤中中取出出的热热量可可在夏夏季得得到补补偿．④土壤对对地面面空气气温度度波动动有衰衰减和和延迟迟作用用，故故可以以提供供较低低的冷冷凝温温度和和较高高的蒸蒸发温温度⑤⑤埋地地热交交换器器不占占用地地面用用地缺缺点点：①①埋地地热交交换器器受土土壤性性质影影响较较大②②连连续运运行时时，冷冷凝温温度或或蒸发发温度度受土土壤温温度变变化影影响而而发生生波动动③③土土壤热热导率率较小小，换换热量量小．现在的的共识识：在在目前前和将将来土土壤源源热泵泵是最最有前前途的的节能能装置置和系系统之之一4.太阳能能太阳能能利用用技术术与热热泵技技术的的结合合有两两大类类１.太阳能能驱动动热泵泵（solarpoweredheatpump,SPHP)2.太阳能能辅助助热泵泵(solarassistedoraidedheatpump,SAHP)太阳能能驱动动热泵泵：分分为两两类①太阳能能光电电或热热电驱驱动的的压缩缩式热热泵②太阳阳辐射射热直直接驱驱动的的吸收收式热热泵、、吸附附式热热泵、、喷射射式热热泵和和化学学热泵泵特点：：多数数以制制冷空空调为为主要要目的的，对对太阳阳能集集热温温度要要求较较高，，普遍遍存在在体积积大，，成本本高，，效率率低等等问题题，较较难实实现小小型化化和商商业化化发展展太阳能能辅助助热泵泵特点：：多数数以供供热为为主，，对太太阳能能集热热温度度要求求不高高，系系统形形式多多样，，有合合理的的经济济技术术性能能，较较好的的商业业实用用化前前景．．分为两两类：：①①直直膨式式②②非直直膨式式太阳能能辅助助热泵泵2.1.2热泵排排热热热源１．建建筑物物内部部热源源利利用用热泵泵回收收建筑筑物内内余热热典典型系系统：：水环环热泵泵－－－也称称为水水源热热泵式式冷热热风机机组它主要要用在在有内内区和和周边边区的的建筑筑物：：内内区－－－供供冷周周边边区－－－供供热内内区区制冷冷所排排出的的热量量用于于周边边区供供热，，当冷冷热负负荷不不匹配配时通通过锅锅炉或或冷却却塔补补充．．水环热热泵．特点：：一般般仅在在建筑筑物有有余热热，系系统按按供热热工况况运行行时，，才具具有节节能的的意义义．应用：：我我国国夏热热冬暖暖地区区（如如广州州，福福州等等）不不适宜宜采用用该技技术，，而而北北方和和长江江流域域地区区（如如北京京，哈哈尔滨滨，上上海，，重庆庆等城城市））适宜宜采用用该技技术．．２．生生活废废水特点：：经污污水处处理场场处理理后的的二次次水全全年水水温一一般在在10-23℃(污水处处理工工艺的的要求求）是是热泵泵理想想的冷冷热源源也可直直接利利用原原生污污水作作为热热泵的的热源源原原生生污水水－即即未经经处理理的污污水2.2热泵性能评评价指标１．热泵性性能系数（（coefficientofperformance,cop)它是指热泵泵收益（供供冷量或制制热量）与与付出代价价（所消耗耗的机械功功或热能））的比值同一类型的的热泵，通通常用标准准工况（或或额定工况况）的性能能系数来衡衡量不同热热泵的性能能（１）蒸气气压缩式热热泵制热系数．能效比(energyefficiencyratio,EER)它是指热泵泵供热量与与电动机输输入功率的的比值在我国，实实际使用中中认为COP中的输入功功率是轴功功（２）吸收收式热泵性能指标常常用热力系系数表示：：热热力力系数是指指吸收式热热泵的制热热量与输入入热量之比比２．热泵的的制热季节节性能系数数Heatingseasonalperformancefacter,HSPF)供热季节热热泵的总供供热量与整整个供热季季节总输入入能量之比比它与热泵本本身的设计计和制造有有关，还与与热源，供供热负荷系系数，热泵泵的运行特特性有关供热负荷系系数：是指指供热设计计负荷与热热泵提供热热量之比3.热泵能源利利用系数(Ｅ)它是指供热热量与热泵泵运行时消消耗的一次次能源的总总量之比可用于评价价不同种类类热泵的性性能不同供暖方方式的Ｅ值值电电采采暖0.3锅炉采暖0.7(电动)热泵0.9燃气轮机供供热（三联联供）1.45４．热泵的的（火用））效率它是指收益益（火用））与热泵泵的消耗（（火用用）之比比（（火火用）的的定义：在在除环境外外无其它热热源的条件件下，当系系统由任意意状态可逆逆地变化到到与给定的的环境相平平衡的状态态时，能够够最大限度度地转换为为有用功的的那部分能能量与与环环境相平衡衡：热热平衡衡，机械平平衡，化学学平衡．也是评价不不同种类热热泵性能的的指标第３章水水源热泵第一节分分类①①水环环热泵系统统（waterloopheatpump))主要用于同同有供冷和和供热需求求的建筑物物②地下水源源热泵空调调系统③地表水热热泵空调系系统具体类型1）水－空气气热泵机组组－－－主要要用在水环环热泵空调调系统具体类型2）水－水热热泵机组－－－早早在20世纪30年代就已问问世主要特点：：一一机机两用（供供冷和供热热）一一机三用（（供冷、供热和生活活热水）小小型型机组设四四通阀，实实现制冷、制热工况的的转换－－－大大型的闭式式环路水－－水热泵机机组无四通通阀，通过过水系统实实现制冷、制热工况的的转换采用水--水式热泵机机组的典型地下下水源热泵泵系统第一节地地下水源源热泵系统统将地下汲出出，利用其其冷热量后后，再回灌灌到地下受地下水使使用政策的的影响较大大（一）地下下水源热泵泵系统分类类异井回灌地地下水源热热泵（闭式式系统）异井回灌地地下水源热热泵（开式式系统）同井回灌地地下水源热热泵热源井井（二）地下下水源热泵泵系统应注注意问题（1）应等量回回灌回回灌灌的目的：：1）保护地下下水源，避避免出现地地质灾害2）改善和提提高浅层地地能（热））的利用率率3）回灌保持持含水层内内的压力，，维持浅层层地能（热热）开采条条件地下水源热热泵系统应应注意问题题回灌方式：：1）重力回灌灌又又称无压自自流回灌依依靠自自然重力进进行回灌，，即：依靠靠井中回灌灌水位和静静水位之差差优优点点：系统简简单适适用于低水水位和渗透透性良好的的含水层我我国国大量采用用地下水源热热泵系统应应注意问题题2）压力回灌灌依依靠水水泵增加后后进行回灌灌优点：①①有利于避避免回灌的的堵塞②②维持稳稳定的回灌灌速率和系系统压力③③避避免外界界空气侵入入，而引起起地下气氧氧化缺点：回灌灌时，对井井的过滤层层和含砂层层的冲击大大适用于高水水位和低渗渗透性的含含水层和承承压含水层层地下水源热热泵系统应应注意问题题（2）尽量避免免在中细砂砂区域设立立项目地下水源热热泵系统应应注意问题题（3）应采用“小流量、大大温差”系统运行方方式（4）回灌井要要定期回扬扬，一般运运行15天左右，回回扬10～20分钟（5）避免热贯贯通第二节地地表水源热热泵系统（一）分类类1）开式系统统有有取水口口分分为为：间接式式系统；直直接式系统统2）闭式系统统换换热盘管直直接放入水水体中分分为为：松散捆捆卷盘管；；伸展开盘盘管（或slinky盘管）开式系统、、闭式系统统原理图开式系统开式系统取取水方案开式系统取取水方案开式系统取取水方案开式系统取取水方案闭式系统形形式--松散捆卷盘盘管闭式系统形形式--伸展开盘管管（或slinky盘管）闭式系统特特点：1）循环介质质清洁，可可避免系统统内堵塞2）循环水泵泵功率比开开式系统小小3）存在传热热温差，系系统性能系系数比开式式系统略有有下降二、地表水水源热泵系系统运行特特点1）冬季受地地表水温度度的影响较较大2）地表水相相对于地下下水和土壤壤，是一种种更容易获获取的低位位能源。开式系统的的投资是地地源热泵系系统中最低低的；闭式系统统也比土土壤源热热泵系统统低3）根据地地表水质质的不同同，要有有合理的的水处理理方式其应用取取决于水水源的面面积，深深度，水水质，水水温三、海水水源热泵泵系统1）海水温温度分布布特点①①在在一定深深度温度度随季节节变化②②700米以下，，温度基基本不变变，6～7℃2）系统形形式①①海水水源热泵泵系统(sea-watersourceheatpump;SWHP)---用于区域域供热供供冷②②深深水冷源源系统(Deepwatersourcecooling;DWSC)---利用自然然冷源，，区域供供冷深水冷源源系统(Deepwatersourcecooling;DWSC)SWHP与DWSC的联合运运行四、污水水源热泵泵北欧和日日本发展展较早（1）污水源源热泵形形式直接式（（或称为为开式））－－－热热泵蒸发发器直接接从污水水中取热热量间接式（（或称为为闭式））－－－设设有中间间换热器器中间介质质从污水水中取热热量，热泵蒸发发器再从从中间介介质中取取热量直接式系系统（或或称为开开式系统统）间接式（（或称为为闭式））。第三节水水环热热泵空调调系统一、概概述水环热泵泵空调系系统是指指水/空气热泵泵机组的的一种应应用方式式用水环路路将小型型的水/空气热泵泵机组并并联在一一起构成一个个以回收收建筑内内部余热热为主要要特征的的空调系系统1955年获美国国专利，，也称加加利福尼尼亚系统统二、系统统组成二、系统统组成1.组成四四大部部份：室室内水源源热泵机机组（水水／空气气热泵机机组）水水循环环环路辅辅助助系统（（冷却塔塔，加热热设备，，蓄热装装置）新新风与排排风系统统－－常常采用独独立新风风系统２．运行行特点：：２．运行行特点：：①夏季－制制冷工况况－冷却却塔全部部运行－－水温维维持在35℃以下②②大部部分机组组制冷－－冷却塔塔部份运运行③③内内区，周周边区冷冷热负荷荷比例适适当时－－冷却塔塔和辅助助加热器器停止运运行－水水温维持持在13～32℃之间－蓄蓄热蓄存存多余热热量④④大部分分机组制制热－水水温下降降至13℃℃－部分辅辅助加热热器运行行⑤⑤冬季－－制热工工况－辅辅助加热热器全部部运行－－水温不不低于13℃℃３．水环环热泵空空调系统统特点①可回收建建筑物内内余热②②灵活具具体体体现：用用户户侧室内内水／空空气热泵泵机组独独立运行行，工况况自由选选择安安装灵灵活－可可分期安安装系系统布置置方便，，紧凑运运行管管理方便便－可分分户计量量收费，，调节灵灵活．③设计简单单，周期期短④双管系系统可同同时供冷冷和供热热⑤室内小小型水／／空气热热泵的性性能不如如大型冷冷水机组组⑥室内噪噪声一般般高于风风机盘管管机组三．水源源热泵空空调系统统设计要要点：１．建筑筑物供暖暖和供冷冷负荷其其计计算方法法与中央央空调系系统一样样２．机组组的选择择和布置置室室内水水源热泵泵机组形形式：水水平平式，立立式，坐坐地明装装式，立立柱式，，屋顶式式等①水平式式可安安装在吊吊顶内，，减少空空调设备备的占用用面积②立式机机房面积积小，有有１平方方米左右右即可，，常放在在储藏间间③坐地明明装式适适用于于周边区区，通常常安装在在窗台下下或走廊廊处④立柱式式机组适适用用于墙角角处安装装．３．机组组风道的的设计一一般用用低压小小风管风风速一般般为2-3m/s每100m的损失约约为67pa在风管上上应采取取消声措措施为为了了防止结结露，送送风管应应进行保保温处理理.４．水循循环管路路(1)循环水温温度夏季，机组全全部处于于制冷工工况，，水温超超过35℃,就需进行行冷却冬季，水温低低于13℃时，辅助助热源投投入运行行当当机组供供热量较较富余时时，可适适当降低低水温，，可保持持在10℃以上低低温温型水源源热泵，，其循环环水温可可降至10℃．（２）循循环环路路的管材材焊接钢管管，铜管管，ＰＶＶＣ管（（聚氯乙乙烯管）），ＣＰＰＶＣ管管（氯化化聚氯乙乙烯管））使用塑料料管时，，应注意意的几点点：①应符合合规范要要求②水温﹥﹥49℃,易变形③要求有有特殊的的支撑，，设较多多的支吊吊架．④在高层建建筑中，，应注意意其承压压能力限限制⑤除靠近近水泵，，冷却塔塔，辅助助锅炉附附近以外外，DN200以下的管管道应尽尽量选用用塑料管管（３）管管路的布布置型式式同程式或或异程式式水循环管管路的造造价占水水环热泵泵空调系系统总造造价的25﹪～35﹪.．（４）定定压膨胀水箱箱定压气体定压压补给水泵泵定压四、水水环热泵泵空调系系统的问问题与对对策（1）合理选选择应用用场所1）一般仅仅在建筑筑物有余余热，系系统按供供热工况况运行时时，才具具有节能能的意义义2）我国夏夏热冬暖暖地区（（如广州州，福州州等）不不适宜采采用该技技术，而而北方和和长江流流域地区区（如北北京，哈哈尔滨，，上海，，重庆等等城市））适宜采采用该技技术．四、水环热泵泵空调系系统的问问题与对对策在冬季，，太阳能能热水系系统作为为水环热热泵系统统的热源源，不足足部分由由辅助加加热器补补充特点：①太阳能热热水系统统与水环环热泵系系统彼此此独立，，组成闭闭式系统统②辅助加热热器补充充热量的的不足③通过调节节阀控制制环路水水温在要要求范围围四、水水环热泵泵空调系系统的问问题与对对策2）开式太太阳能水水环热泵泵系统四、水水环热泵泵空调系系统的问问题与对对策（2）选择合合理的系系统形式式和外部部低温热热源1）闭式太太阳能水水环热泵泵系统四、水水环热泵泵空调系系统的问问题与对对策开式太阳阳能水环环热泵系系统的特特点：①以建筑物物的消防防水池作作为蓄热热水池，，由太阳阳能集热热系统、、水环热热泵系统统和热水水供应系系统组成成，也有有辅助加加热器②夏季季：：太太阳阳能能集集热热系系统统提提供供生生活活热热水水负负荷荷③冬季季：：太太阳阳能能集集热热系系统统即即提提供供生生活活热热水水负负荷荷，，也也为为水水环环热热泵泵系系统统提提供供热热量量，，不不足足部部分分由由辅辅助助加加热热器器补补充充开式式太太阳阳能能水水环环热热泵泵系系统统的的工工作作流流程程ⅰ）当当环环路路水水温温高高于于35℃℃时电电动动阀阀①①、、②②、、③③关关闭闭，，电电动动阀阀④④、、⑤⑤开开启启水水环环热热泵泵系系统统与与消消防防水水池池隔隔开开，，形形成成闭闭式式循循环环，，冷冷却却塔塔4投入入运运行行太太阳阳能能作作为为生生活活热热水水系系统统的的热热源源开式式太太阳阳能能水水环环热热泵泵系系统统的的工工作作流流程程ⅱ)当环环路路水水温温在在15～35℃℃之间间时时电电动动阀阀①①、、②②、、④④关关闭闭，，电电动动阀阀③③、、⑤⑤开开启启水水环环热热泵泵系系统统与与消消防防水水池池隔隔开开，，形形成成闭闭式式循循环环，，冷冷却却塔塔4停止止运运行行太太阳阳能能作作为为生生活活热热水水系系统统的的热热源源开式式太太阳阳能能水水环环热热泵泵系系统统的的工工作作流流程程ⅲ)当环环路路水水温温低低于于15℃℃时电电动动阀阀①①、、②②、、③③开开启启，，电电动动阀阀④④、、⑤⑤关关闭闭水水环环热热泵泵系系统统与与消消防防水水池池连连通通，，形形成成开开式式循循环环，，冷冷却却塔塔4停止止运运行行水水环环热热泵泵系系统统从从消消防防水水池池吸吸取取热热量量如如有有多多余余热热量量，，可可提提供供给给生生活活热热水水系系统统四、、水水环环热热泵泵空空调调系系统统的的问问题题与与对对策策3）井井水水源源热热泵泵空空调调系系统统（（闭闭式式））3）井井水水源源热热泵泵空空调调系系统统（（闭闭式式））深井井水水—水温温常常年年保保持持不不变变，，一一般般比比当当地地年年平平均均气气温温高高1～1.5℃℃.我国国各各地地区区的的深深井井水水水水温温：：东东北北：：北北部部地地区区—约为为4℃℃中部部地地区区—约为为8～12℃℃南部部地地区区—约为为12～14℃℃华北北地地区区—约为为15～19℃℃华东东地地区区—约为为19～20℃℃西北北地地区区—约为为18～20℃℃井水水源源热热泵泵空空调调系系统统（（开开式式））4）土土壤壤源源水水环环热热泵泵空空调调系系统统5）双双级级耦耦合合水水环环热热泵泵空空调调系系统统5）双双级级耦耦合合水水环环热热泵泵空空调调系系统统特点点：：用用空空气气/水热热泵泵机机组组取取代代了了传传统统水水环环热热泵泵系系统统的的加加热热装装置置。。冬季季：：若若水水环环路路水水温温低低于于13℃℃,空气气/水热热泵泵机机组组投投入入运运行行，，从从室室外外空空气气中中吸吸收收热热量量，，制制备备10～20℃℃循环环水水。。供供给给水水环环路路。。夏季季：：空空气气/水热热泵泵机机组组停停止止运运行行，，冷冷凝凝热热量量通通过过冷冷却却塔塔排排入入大大气气过渡渡季季节节：：若若水水环环路路水水温温在在13～35℃℃,空气气/水热热泵泵机机组组停停止止运运行行6）水水环环热热泵泵混混合合式式系系统统1-水/空气气热热泵泵机机组组2-离心心式式冷冷水水机机组组3-循环环水水泵泵4-水加加热热设设备备，，5-冷却却塔塔6-风机机盘盘管管水水系系统统循循环环水水泵泵7-风机机盘盘管管第九九章章吸吸收收式式热热泵泵第一一节节分分类类1）按按工工作作介介质质分分氨吸吸收收式式热热泵泵溴溴化化锂锂吸吸收收式式热热泵泵2）按按循循环环方方式式分分单效效吸吸收收式式热热泵泵双双效效吸吸收收式式热热泵泵再再吸吸收收式式热热泵泵第一一节节分分类类3）按按工工作作特特性性分分第一一类类吸吸收收式式热热泵泵第第二二类类吸吸收收式式热热泵泵第一一类类吸吸收收式式热热泵泵（（AHP,AbsorptionHeatPump）消耗耗高高温温热热能能－－－－回回收收低低温温热热能能－－－－供供给给中中温温热热能能增热热型型热热泵泵第一一节节分分类类第二二类类吸吸收收式式热热泵泵（（AHT,AbsorptionHeatTransformer）消耗耗中中温温热热能能－－－－供供给给用用户户一一部部份份高高温温热热能能－－－－另另一一部部份份排排入入环环境境工业业增增温温机机（（ITB），，也也称称升升温温型型热热泵泵第二二节节第第一一种种吸吸收收式式热热泵泵第一一种种吸吸收收式式热热泵泵工工作作过过程程1）发发生生器器处于于高高压压高压压蒸蒸汽汽（（或或高高温温水水））进入入加加热热稀稀溶溶液液稀溶溶液液释释放放出出水水蒸蒸汽汽被被浓浓缩缩2）冷冷凝凝器器处于于高高压压来自自发发生生器器的的水水蒸蒸汽汽被被冷冷凝凝释放放出出冷凝凝热热生产产热热水水（（水水温温50～90℃℃）第一一种种吸吸收收式式热热泵泵工工作作过过程程3）蒸蒸发发器器处于于低低压压来自自冷冷凝凝器器的的冷冷凝凝水水被被低温温余余热热（（水水温温15～40℃℃）加热热，，吸吸热热后后，，汽汽化化成成低低压压水水蒸蒸汽汽4）吸吸收收器器处于于低低压压来自自蒸蒸发发器器的的低低压压水水蒸蒸汽汽，，被被浓浓溶溶液液吸吸收收浓溶溶液液变变稀稀溶溶液液同时时释释放放出出吸吸收收热热，，对对水温温为为20～50℃℃的热热水水进行行第第一一次次加加热热水水第二二节节第第一一种种吸吸收收式式热热泵泵第二二节节第第一一种种吸吸收收式式热热泵泵性能能系系数数－－－－－－1.5～1.7可利利用用15～40℃℃的废废热热，，将将20～50℃℃热水水加加热热成成50～90℃℃.第二二节节第第一一种种吸吸收收式式热热泵泵的的应应用用第三三节节第第二二种种吸吸收收式式热热泵泵第二二种种吸吸收收式式热热泵泵的的工工作作过过程程1）发发生生器器处于于低低压压中压压蒸蒸汽汽（（或或中中温温水水60～100℃℃）进入入加加热热稀稀溶溶液液稀溶溶液液释释放放出出水水蒸蒸汽汽被被浓浓缩缩2）冷冷凝凝器器处于于低低压压来自自发发生生器器的的水水蒸蒸汽汽被被冷却却水水（水水温温10～40℃℃）冷凝凝成成水水冷却却水水的热量量释释放放到到环环境境中中第二二种种吸吸收收式式热热泵泵的的工工作作过过程程3）蒸蒸发发器器处于于高高压压来自自冷冷凝凝器器的的冷冷凝凝水水被被中温温余余热热（（水水温温60～100℃℃）加热热，，吸吸热热后后，，汽汽化化成成高压压水水蒸蒸汽汽4）吸吸收收器器处于于高高压压来自自蒸蒸发发器器的的水水蒸蒸汽汽，，被被浓浓溶溶液液吸吸收收浓溶溶液液变变稀稀溶溶液液同时时释释放放出出吸收收热热，生生产产出出温度度为为100～150℃℃的热水水或或蒸蒸汽汽第三三节节第第二二种种吸吸收收式式热热泵泵第四四节节单单效效吸吸收收式式热热泵泵循循环环1）单单效效第第一一种种吸吸收收式式热热泵泵2）单单效效第第二二种种吸吸收收式式热热泵泵第五五节节双双效效吸吸收收式式热热泵泵循循环环单效效吸吸收收式式制制冷冷机机－－－－单单效效吸吸收收式式热热泵泵存在在的的缺缺陷陷：：无无法法使使用用高高温温热热源源双效效吸吸收收式式制制冷冷机机（（COP=1.3）－－－－双双效效吸吸收收式式热热泵泵（（COP=2.3），，但但水水温温只只能能达达45℃℃双效效吸吸收收式式制制冷冷机机双效效吸吸收收式式制制冷冷机机双效效吸吸收收式式热热泵泵循循环环第４４章章空空气气源源热热泵泵.４．．１１技技术术特特性性１．．机机组组的的特特点点①①它它使使空空调调系系统统的的冷冷热热源源合合一一，，室室外外机机可可置置于于建建筑筑物物屋屋面面，，不不需需另另设设专专门门的的冷冷冻冻机机房房、、锅锅炉炉房房－－－－特特别别适适应应城城市市繁繁华华地地段段或或无无条条件件设设锅锅炉炉房房的的建建筑筑②系系统统安安全全，，卫卫生生，，简简洁洁安安全全－－－－无无锅锅炉炉房房，，故故没没有有安安全全隐隐患患．卫生生－－－－无无烟烟气气，，冷冷却却水水系系统统等等污污染染源源③系系统统设设备备少少而而集集中中，，操操作作，，维维护护管管理理方方便便④规规格格齐齐全全，，工工程程适适应应性性强强单单机机容容量量从从3RTＧ至至400RTＲＴ—美国冷冷吨１１ＲＲＴ等等于3517W.缺点：：①①空空气的的比热热容小小，为为了获获得足足够热热量和和满足足蒸发发器传传热温温差要要求，，需要要较大大的空空气量量②室室外空空气状状态参参数随随地区区和季季节的的不同同而有有很大大的变变化，，对热热泵的的容量量和制制冷制制热性性能影影响很很大．．单级级蒸气气压缩缩式热热泵在在-20～-15℃运行时时，其其供热热量可可能不不到额额定工工况下下的50﹪﹪③③结霜２．低低温适适应性性冬季在在寒冷冷地区区使用用时，，随着着室外外空气气温度度下降降－－－压缩缩机的的压缩缩比增增大，，性能能降低低，排排气温温度上上升，，使润润滑油油的黏黏度急急剧下下降，，影响响压缩缩机的的润滑滑，导导致机机组无无法正正常运运行,通常，，空气气源宜宜用在在室外外气温温高于于-5℃℃的情况况。单单级蒸蒸气压压缩式式热泵泵虽然然在-20℃～-15℃仍能运运行，，但供供热量量可能能不到到额定定工况况下的的50﹪﹪.开发适适应于于寒冷冷地区区的空空气源源热泵泵冷热热水机机组是是热点点之一一我国建建筑热热工设设计分分区严寒地地区：：最冷冷月平平均温温度≤≤-10℃,且日平平均温温度≤≤5℃的天数数≥145d寒冷地地区：：最冷冷月平平均温温度0～-10℃℃,且日平平均温温度≤≤5℃的天数数为90～145d夏热冬冬冷地地区：：最冷冷月平平均温温度0～10℃℃,最热月月平均均温度度25～30℃℃,且日平平均温温度≤≤5℃的天数数为0～90d，日平平均温温度≥≥25℃℃的天数数为40～110d.夏热冬冬暖地地区：：最冷冷月平平均温温度＞10℃℃,最热月月平均均温度度25～29℃℃,且日平平均温温度≥≥25℃℃的天数数为100～200d温和地地区：：最冷冷月平平均温温度0～13℃℃,最热月月平均均温度度18～25℃℃,且日平平均温温度≤5℃℃的天数数为0～90d3.加强低低温适适应性性的措措施①增加低低温工工况下下系统统的工工质循循环量量②②控制制机组组排气气温度度③③优化化机组组压缩缩机内内部的的工作作过程程④④选选用适适用于于大范范围工工作状状况的的制冷冷剂可能的的技术术方案案：①①利用用双级级压缩缩、复复叠循循环来来降低低压缩缩比②②采用用变频频压缩缩机在在制热热时加加大制制冷剂剂的循循环量量③③用电电加热热气液液分离离器和和吸气气管路路4.冬季结结霜特特性结霜问问题是是影响响空气气源热热泵制制热性性能和和广泛泛推广广的重重要因因素结霜的的危害害：①①堵塞塞肋片片间通通道，，增加加空气气流动动阻力力②②增增加换换热器器热阻阻，使使换热热能力力③③蒸发发温度度下降降，能能效比比降低低，热热泵运运行性性能恶恶化④④蒸发发温度度下降降，可可能造造成回回液，，影响响机组组寿命命解决结结霜的的途征征1）设法法防止止室外外侧换换热器器结霜霜2）选择择良好好的除除霜方方法抑制结结霜的的主要要方法法1）在系系统中中增加加一个个辅助助的室室外换换热器器；2）在系系统室室内换换热器器中设设置一一个电电加热热器；；3）改进进系统统，提提出新新流程程；4）对室室外换换热器器表面面处理理进行行特殊殊处理理5）适当当增大大室外外换热热器通通过空空气的的流量量结霜的的机理理霜的形形成：：结结霜的的机理理很复复杂，，影响响结霜霜的因因素很很多，，但环环境的的温湿湿度是是影响响结霜霜量的的重要要因素素之一一定期除除霜必必须进进行除霜既既消耗耗额外外的能能量，，也影影响室室内舒舒适度度，同同时还还造成成系统统运行行的不不稳定定。发生结结霜的的气候候区间间发生结结霜的的可能能室外外温度度范围围：-12.8℃至5.8℃℃之间气温高高于5.8℃℃时，可可以不不考虑虑结霜霜对热热泵的的影响响气温低低于5.8℃℃，相对对湿度度小于于67﹪﹪时，由由于空空气露露点温温度低低于室室外换换热器器表面面温度度，不不发生生结霜霜气温低低于-12.8℃时，由由于空空气绝绝对含含湿量量太小小，也也不发发生结结霜4.2冬季除除霜控控制技技术1除霜方方法除除霜是是空气气源热热泵空空调机机组的的关键键技术术之一一目前除除霜的的主要要方法法：逆逆向向除霜霜热热气气除霜霜∕热热液旁旁通变频空空调快快速除除霜蓄蓄热变变频空空调除除霜超超声波波除霜霜1.1逆向除除霜.它是一一种传传统的的除霜霜方法法存在的的缺点点：①①除霜霜时间间长②②室内内风扇扇停止止运行行，室室内机机较长长时间间吹不不出热热风③③需需从室室内环环境取取热，，室温温将降降低5～6℃④④由于制制热时时室外外换热热器出出口制制冷剂剂可能能过冷冷到0℃以下，，换热热器下下部的的霜层层难以以除掉掉，造造成冰冰层堆堆积，，甚至至可能能烧坏坏室外外风扇扇电机机，损损坏扇扇叶1.2热气旁旁通除除霜．优缺点点：①①除除霜时时不改改变系系统运运转模模式四四通阀阀仍仍保持持制热热状态态，节节流阀阀可不不关闭闭②②不不需要要从建建筑物物内部部吸取取热量量供除除霜，，更加加节能能③③空空调环环境的的舒适适性不不会受受到太太大影影响④④缺点点是：：压缩缩机吸吸气可可能带带液，，通常常在吸吸气管管路上上增加加一个个汽液液分离离器来来解决决此问问题.研究表表明：：该该方方法可可以大大大降降低除除霜功功耗，，缩短短除霜霜时间间。如采用用电子子膨胀胀阀节节流，，由于于除霜霜时它它可以以完全全关闭闭，节节能效效果更更好。。1.3变频空空调快快速除除霜适用于于变频频空调调—可以实实现快快速除除霜—室内不不间断断供暖暖，除除霜时时电子子膨胀胀阀打打开.除霜时:室外风机停停止运转,电子膨胀阀阀打开室室内风风机以开停停方式工作作一一部份热热量供给室室内，使吹吹出的风温温保持在40℃优点：除除霜霜时间短（（小于6min）室室温温下降少（（小于2℃）吹吹出出风温高（（40℃左右）1.4蓄热除霜利用蓄热材材料收集压压缩机机体体散发的热热量，除霜霜时不改变变运行模式式．工作过程：：夏夏季季制冷夏夏季季压缩机散散热冬冬季制制热冬冬季除除霜特点：可可有效效降低除霜霜能耗，提提高机组的的综合性能能除霜时不不改变运行行模式室室温温波动小2.除霜控制技技术2.1除霜控制方方案分类：：①直接判据据--根据霜层厚厚度进行除除霜控制受受各各种因素影影响，应用用很少，很很多还停留留在理论阶阶段②间接判据据--利用的参数数对除霜进进行控制应应用较较多2.2定时控制法法这是早期空空气源热泵泵除霜控制制所采用的的一种方法法特点：简简单单且可靠性性高，但难难以适用不不同的工作作环境和工工作条件，，经常产生生不必要的的除霜动作作。2.3时间-温度（压力力）控制法法这是目前空空气源热泵泵用得较为为普遍的一一种除霜控控制方法原理：设设定定一个蒸发发温度（压压力）或蒸蒸发器盘管管的温度值值及一个距距上次除霜霜的时间间间隔值，当当传感器感感受的温度度（压力））及机组制制热工作时时间都达到到设定值时时，开始进进行除霜，，当盘管的的温度或压压缩机回气气管的温度度达到某一一值时，结结束除霜．.盘管一般设设定为12～15℃，回气管可可设定为0℃特点：简便便易行，成成本也可以以接受；但但由于换热热器表面温温度不均匀匀，因此经经常会造成成机组提前前或推迟进进入融霜状状态2.4最大平均供供热量控制制法它是以最大大平均供热热量作为衡衡量依据的的除霜控制制方法需要针对每每种机型根根据实验结结果做出相相当复杂的的曲线，实实施较为困困难2.5最佳除霜时时间控制法法除霜时间与与除霜量之之间存在一一定关系，，若确定一一个优化除除霜时间，，则可控制制热泵的结结霜量特点：可可自自动调节热热泵的运行行状况，适适应不同的的气候条件件，但最佳佳除霜时间间不容易确确定，也无无法适应天天气的迅速速变化，可可靠性较差差。2.6空气压差控控制法这是利用直直接判据的的典型方法法通过测量蒸蒸发器两侧侧的空气压压差，在压压差达到预预定值时开开始除霜。。可靠性和准准确性较差差，在蒸发发器表面有有异物遮挡挡或严重积积灰时会出出现误动作作2.7霜层传感器器控制法利用光电或或电容器直直接检测霜霜层情况当霜层挡住住光源或改改变介电常常数时，电电路将此信信号变化作作为开始除除霜的信号号特点：存在在准确性问问题，传感感器价格偏偏高，难以以推广应用用2.8声音振荡器器控制法原理：通过过检测安装装在蒸发器器内的声音音振荡器的的共鸣频率率来测量霜霜层厚度，，以控制除除霜动作可以较准确确测量结霜霜量，但造造价较高第二节改改善空气源源热泵低温温运行特性性的技术措措施第二节改改善空气源源热泵低温温运行特性性的技术措措施1）在低温工工况下，加加大压缩机机的容量：：方方法－－①①多机并并联②②并并联技术③③变速速电机第二节改改善空气源源热泵低温温运行特性性的技术措措施2）喷液旁通通技术作作用：①冷冷却吸气，，降低排气气温度；②②旁通部分分液体来补补偿低压使用于螺杆杆压缩机和和涡旋压缩缩机制热量可提提高约15%第二节改改善空气源源热泵低温温运行特性性的技术措措施3）加大室外外换热器的的面积和风风量－－－面积积增加，蒸蒸发温度提提高4）适用于低低温的热泵泵循环低温气候对对空气源热热泵运行的的影响（1）制冷剂吸吸气比容增增大，机组组吸气量下下降（（2）压缩比增增大，排气气温度上升升（（3）由于压缩缩比增大，，系统性能能系数下降降①闪发器热泵泵系统①闪发器热泵泵系统②经济器热泵泵系统③带中间冷却却的两级压压缩循环第五章水水源热泵空空调系统第一节水水源热泵机机组（一）分类类1）水源热泵泵（water-sourceheatpump）--沿用美国标标准对对应应中国－－－水环式－－－水环热热泵系统（（waterloopheatpump)－－低品位位热能主要要取自建筑筑物本身的的余热（一）分类类2）地下水源源热泵（Groundwater-sourceheatpump）--沿用美国标标准对应中国标标准－－－地下水式式－－－－采用水井井、湖泊、、河流供水水作为热源源热汇－－－低低品位热能能取自天然然水体（一）分类类3）地源闭式式环路热泵泵（Ground-sourceclosed-loop）--沿用美国标标准对应中国标标准－－－地下环路路式－－－采用闭闭式循环路路流体作为为热源和热热汇－－－低品品位热能取取自土壤或或地面水（二）具体体型式1）水－空气气热泵机组组－－－主要要用在水环环热泵空调调系统（二）具体体型式2）水－水热热泵机组－－－早早在20世纪30年代就已问问世主要特点：：一一机机两用（供供冷和供热热）一一机三用（（供冷、供热和生活活热水）小小型型机组设四四通阀，实实现制冷、制热工况的的转换－－－大大型的闭式式环路水－－水热泵机机组无四通通阀，通过过水系统实实现制冷、制热工况的的转换第二节地地下水源热热泵空调系系统一、基本原原理二、分类异井回灌地地下水源热热泵（闭式式系统）－－187页异井回灌地地下水源热热泵（开式式系统）－－188页同井回灌地地下水源热热泵热源井井三、设计时时应注意问问题1）地下水水水文地质勘勘探－－－必必须设勘测测井－－－获获取地下水水源热泵系系统设计的的原始资料料2）地下水供水水系统形式－－－间接供供水系统－－－直接接供水系统。三、设计时应应注意问题3）所需水量计计算－－－根据据空调冷、热热负荷分别计计算夏、冬季季所需水量，，取其中大者者4）热源井－－－抽水水井和回灌井井的总称－－热源井主主要形式①管井（又称为为机井）②大口井－－－井井径大于1.5米的井③辐射井－－－由由集水井与若若干呈辐射状状铺设的水平平集水管（辐辐射管）组合合而成热源井的形式式及适用范围围四、地下水回回灌技术地下水源热泵泵空调系统要要求等量回灌（一）回灌的的目的1）保护地下水水源，避免出出现地质灾害害2）改善和提高高浅层地能（（热）的利用用率3）回灌保持含含水层内的压压力，维持浅浅层地能（热热）开采条件件四、地下水回回灌技术（二）回灌方方式1）重力回灌又又称无无压自流回灌灌依依靠自自然重力进行行回灌，即：：依靠井中回回灌水位和静静水位之差优优点：：系统简单适适用于于低水位和渗渗透性良好的的含水层我我国大量采采用（二）回灌方方式2）压力回灌依依靠水泵增加加后进行回灌灌优点：①①有利于避免免回灌的堵塞塞②②维持稳定定的回灌速率率和系统压力力③③避避免外界空空气侵入，而而引起地下气气氧化缺点：回灌时时，对井的过过滤层和含砂砂层的冲击大大适用于高水位位和低渗透性性的含水层和和承压含水层层（三）抽灌比比例尽量避免在中中细砂区域设设立项目（四）地下水水源热泵系统统其它应注意意问题1）应采用“小流量、大温温差”系统运行方式式2）回灌井要定定期回扬，一一般运行15天左右，回扬扬10～20分钟3）避免热贯通通第三节地表表水源热泵空空调系统第5章土壤源热泵泵第一节概述述土壤源热泵－－最早出现在在1912年瑞士的一份份专利文献．．在国外的名称称：土土壤源热泵－－groundsourceheatpump,GSHP土壤耦合式热