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1、 水源水源/地源地源热泵热泵空空调调系系统统技技术术及其工程及其工程应应用用天津大学天津大学热热能与制冷工程技能与制冷工程技术术中心中心水源水源/地源地源热泵热泵空空调调系系统统技技术术及其工程及其工程应应用用第一章第一章 前言前言第二章第二章 热泵热泵工作原理工作原理第三章第三章 水源水源热泵热泵系系统统3.1 水源水源热泵热泵的工作原理与分的工作原理与分类类3.2 水源水源热泵热泵的特点的特点第四章第四章 地源地源热泵热泵系系统统4.1 地源地源热泵热泵工作原理与分工作原理与分类类4.2 地源地源热泵节热泵节能特性能特性第五章第五章 地源地源热泵应热泵应用方式用方式第六章第六章 地源地源热
2、泵热泵的的经济经济性及与能源价格的关系性及与能源价格的关系第七章第七章 不同空不同空调调系系统统的的经济经济性性对对比分析比分析第八章第八章 售后服售后服务务和技和技术术保障保障第九章第九章 典型工程概况典型工程概况前言前言当今社会，当今社会，环环境境污污染和能源危机已成染和能源危机已成为为威威胁胁人人类类生存的生存的头头等大事，如何解决等大事，如何解决这这一一问题问题， ，已成已成为为全人全人类类的的课题课题。在。在这这种背景下，以种背景下，以环环保和保和节节能能为为主要特征的主要特征的绿绿色建筑及相色建筑及相应应的空的空调调系系统应统应运而生，而运而生，而热泵热泵系系统统正是正是满满足足这
3、这些要求的新些要求的新兴兴中央空中央空调调。 。热泵热泵的的历历史可以追朔到史可以追朔到 1912 年瑞士的一个年瑞士的一个专专利，而利，而热泵热泵真正意真正意义义的商的商业应业应用也只有用也只有近几十年的近几十年的历历史。史。 如美国，如美国， 1985 年全国共有年全国共有 14,000 台地源台地源热泵热泵， ， 1997 年就安装了年就安装了45， ，000 台，到目前台，到目前为为止已安装了止已安装了 400， ，000 台，而且每年以台，而且每年以 10的速度的速度稳稳步增步增长长。 。1998 年年美国商美国商业业建筑中地源建筑中地源热泵热泵系系统统已占空已占空调总调总保有量的保
4、有量的 19，在新建筑中占，在新建筑中占 30。美国。美国热泵热泵工工业业已已经经成立了由美国能源部、成立了由美国能源部、环环保署、保署、爱爱迪迪逊电逊电力研究所及众多地源力研究所及众多地源热泵热泵厂家厂家组组成的成的美国地源美国地源热泵协热泵协会，会，该协该协会在近年中将投入一会在近年中将投入一亿亿美元从事开美元从事开发发、研究和推广工作。美国、研究和推广工作。美国计计划到划到 2001 年达到每年安装年达到每年安装 40 万台万台热泵热泵的目的目标标，届，届时时将降低温室气体排放将降低温室气体排放 1 百万吨，相百万吨，相当于减少当于减少 50 万万辆辆汽汽车车的的污污染物排放或种植染物排
5、放或种植树树 1 百万英百万英亩亩，年，年节约节约能源能源费费用达用达 4.2 亿亿美元，美元，此后，每年此后，每年节约节约能源能源费费用再增加用再增加 1.7 亿亿美元。美元。 中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅主要利用浅层层地地热资热资源，地下土壤埋管（埋深源，地下土壤埋管（埋深400 米深）的地源米深）的地源热泵热泵，用于室内地板，用于室内地板辐辐射射供暖及提供生活供暖及提供生活热热水。据水。据 1999 年的年的统计统计， ，为为家用的供家用的供热热装置中，地源装置中，地源热泵热泵所占比例，瑞士所占比例，瑞士为为 96，奥地利，奥
6、地利为为 38，丹麦，丹麦为为 27。我国的地源我国的地源热泵热泵事事业业近几年已起步，而且近几年已起步，而且发发展展势头势头看好。越来越多的中国用看好。越来越多的中国用户户开始熟开始熟悉悉热泵热泵，并，并对对其其应应用用产产生了生了浓浓厚的厚的兴兴趣，可以趣，可以预计预计中国的中国的热泵热泵市市场场前景广前景广阔阔。之所以。之所以对对中中国的国的热泵热泵市市场发场发展前景持展前景持乐观态乐观态度，一方面是要度，一方面是要节约节约常常规规能源、充分利用可再生能源的能源、充分利用可再生能源的国内外大国内外大趋势趋势；另一方面，我国具有；另一方面，我国具有较较好的好的热泵热泵科研与科研与应应用的基
7、用的基础础，早在，早在 50 年代，天津大年代，天津大学学热热能工程系开展了我国能工程系开展了我国热泵热泵的最早研究，的最早研究，1965 年研制成功国内第一台水冷式年研制成功国内第一台水冷式热泵热泵空空调调机。机。许许多多单单位位对对地下埋地下埋盘盘管的地源管的地源热泵热泵也也进进行了多年的研究，在中国科学院广州能源研行了多年的研究，在中国科学院广州能源研究所等究所等单单位位还还多次召开全国性的有关多次召开全国性的有关热泵热泵技技术发术发展与展与应应用的用的专题专题研研讨讨会。我会。我们们有理由相有理由相信，在充分学信，在充分学习习借借鉴鉴国外先国外先进进技技术术和运行和运行经验经验的基的基
8、础础上，在各上，在各级级政府的有力支持下，中国政府的有力支持下，中国的科技界与企的科技界与企业业界携手共界携手共进进，依靠自己的力量完全有能力在不，依靠自己的力量完全有能力在不长长的的时间时间内开拓出具有中内开拓出具有中国特色的地源国特色的地源热泵产业热泵产业。 。热泵热泵工作原理工作原理作作为为自然界的自然界的现现象，正如水由高象，正如水由高处处流向低流向低处处那那样样， ，热热量也量也总总是从高温流向低温。但人是从高温流向低温。但人们们可以可以创创造机器，如同把水从低造机器，如同把水从低处处提升到高提升到高处处而采用水而采用水泵泵那那样样，采用，采用热泵热泵可以把可以把热热量从量从低温抽吸
9、到高温。所以低温抽吸到高温。所以热泵实质热泵实质上是一种上是一种热热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环环境境介介质质中中贮贮存的能量加以挖掘，提高温位存的能量加以挖掘，提高温位进进行利用，而整个行利用，而整个热泵热泵装置所消耗的功装置所消耗的功仅为仅为供供热热量的三分之一或更低，量的三分之一或更低，这这也是也是热泵热泵的的节节能特点。能特点。热泵热泵与制冷的原理和系与制冷的原理和系统设备组统设备组成及功能是一成及功能是一样样的，的，对对蒸气蒸气压缩压缩式式热泵热泵（制冷）系（制冷）系统统主要由主要由压缩压缩机、蒸机、蒸发发器、冷凝器和器、冷凝器和节节流流
10、阀组阀组成：成：压缩压缩机：起着机：起着压缩压缩和和输输送循送循环环工工质质从低温低从低温低压处压处到高温高到高温高压处压处的作用，是的作用，是热泵热泵（制冷）系（制冷）系统统的心的心脏脏； ；蒸蒸发发器：是器：是输输出冷量的出冷量的设备设备，它的作用是使，它的作用是使经节经节流流阀阀流入的制冷流入的制冷剂剂液体蒸液体蒸发发，以吸收被冷，以吸收被冷却物体的却物体的热热量，达到制冷的目的；量，达到制冷的目的；冷凝器：是冷凝器：是输输出出热热量的量的设备设备，从蒸，从蒸发发器中吸收的器中吸收的热热量量连连同同压缩压缩机消耗功所机消耗功所转转化的化的热热量在冷量在冷凝器中被冷却介凝器中被冷却介质带质
11、带走，达到制走，达到制热热的目的；的目的；膨膨胀阀胀阀或或节节流流阀阀： ：对对循循环环工工质质起到起到节节流降流降压压作用，并作用，并调节进调节进入蒸入蒸发发器的循器的循环环工工质质流量。流量。四通四通阀阀：是根据用：是根据用户户需要需要转换转换供供热热或制冷状或制冷状态态的工的工质侧阀门质侧阀门其工作原理是，由其工作原理是，由电电能能驱动压缩驱动压缩机，使工机，使工质质（如（如 R22）循）循环环运运动动反复反复发发生物理相生物理相变过变过程，程，分分别别在蒸在蒸发发器中气化吸器中气化吸热热、在冷凝器中液化放、在冷凝器中液化放热热，使，使热热量不断得到交量不断得到交换传递换传递，并通，并通
12、过阀门过阀门切切换换使机使机组实现组实现制制热热（或制冷）功能。在此（或制冷）功能。在此过过程中，程中，热泵热泵的的压缩压缩机需要一定量的高位机需要一定量的高位电电能能驱动驱动，其蒸，其蒸发发器吸收的是低位器吸收的是低位热热能，但能，但热泵输热泵输出的出的热热量是可利用的高位量是可利用的高位热热能，在数量上是能，在数量上是其所消耗的高位其所消耗的高位热热能和所吸收低位能和所吸收低位热热能的能的总总和。和。热泵输热泵输出功率与出功率与输输入功率之比称入功率之比称为热泵为热泵性能系数，即性能系数，即 COP 值值（ （Coefficient of Performance ）。）。热泵热泵有多种形式
13、，以水作有多种形式，以水作为热为热源和源和供供热热介介质质的的热泵热泵称称为为水源水源热泵热泵。水源。水源热泵热泵性能系数（即性能系数（即 COP 值值）高于空气源）高于空气源热泵热泵，系，系统统运运行性能行性能稳稳定。定。它利用空气、地表水、地下水、工它利用空气、地表水、地下水、工业废业废水及地下常温土壤水及地下常温土壤资资源，借助源，借助压缩压缩机机系系统统，完成制冷（制，完成制冷（制热热）。它无）。它无须须任何人工任何人工资资源，源，彻彻底取代了底取代了锅锅炉或市政管网等炉或市政管网等传统传统的供暖的供暖方式和中央空方式和中央空调调系系统统。它不向外界排放任何。它不向外界排放任何废废气、
14、气、废废水、水、废废渣，使人渣，使人们远们远离粉离粉尘尘、 、废废气和气和霉菌，是一种理想的霉菌，是一种理想的绿绿色技色技术术。 。 第三章第三章 水源水源热泵热泵系系统统3.1 水源水源热泵热泵的工作原理与分的工作原理与分类类水源水源热泵热泵工程是一工程是一项项系系统统工程，一般由水源系工程，一般由水源系统统、水源、水源热泵热泵机房系机房系统统和末端散和末端散热热系系统统三部分三部分组组成。其中，水源系成。其中，水源系统统包括水源、取水构筑物、包括水源、取水构筑物、输输水管网和水水管网和水处处理理设备设备等。等。 水源水源热泵热泵技技术术是利用地球表面浅是利用地球表面浅层层水源如地下水、河流
15、和湖泊中吸收的太阳能和地水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热热能而形成的低温低位能而形成的低温低位热热能能资资源，并采用源，并采用热泵热泵原理，通原理，通过过少量的高位少量的高位电电能能输输入，入，实现实现低位低位热热能向高位能向高位热热能能转转移的一种技移的一种技术术。 。 地球表面浅地球表面浅层层水源如深度在水源如深度在 100 米以内的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中，吸收米以内的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中，吸收了太阳了太阳进进入地球的相当的入地球的相当的辐辐射能量，并且水源的温度一般都十分射能量，并且水源的温度一般都十分稳稳定。水源定。水源热泵热泵机机组组工工作原理就是在
16、夏季将建筑物中的作原理就是在夏季将建筑物中的热热量量转转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带带走走热热量，而冬季，量，而冬季，则则从水源中提取能量，由从水源中提取能量，由热泵热泵原理通原理通过过空气或水作空气或水作为载为载冷冷剂剂提升温度提升温度后送到建筑物中。通常水源后送到建筑物中。通常水源热泵热泵消耗消耗 1kW 的能量，用的能量，用户户可以得到可以得到 4kW 以上的以上的热热量或冷量或冷量。量。 目前我国利用目前我国利用较较多的是水源多的是水源热泵热泵，就是以地下水作，就是以地下水作为为冷冷热热“源体源体“，在冬季利用，在冬季利用热泵热泵吸收吸收其其热热量向建筑物供暖，在夏季量向建筑物供暖，在夏季热泵热泵将吸收到的将吸收到的热热量向其排放、量向其排放、实现对实现对建筑物供冷。建筑物供冷。 传统传统的暖通空的暖通空调调系系统统需要很多需要很多辅辅助系助系统统或或设备设备来完成一个完整的暖通空来完成一个完整的暖通空调调功能，如冷却塔。功能，如冷却塔。而水源而水源热泵热泵系系统统只是通只是通过过与地下水
