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1、第10章,10.1 热泵的基本知识 10.1.1 热泵分类 10.1.2 热泵的经济性评价 10.2 热泵循环 10.2.1 蒸气喷射式热泵循环 10.2.2 吸收式热泵循环 10.2.3 吸附式热泵循环 10.3 热泵热源及驱动方式 10.3.1 热泵热源的种类 10.3.2 热泵的驱动方式及特点 10.3.3 热泵与能源价格的关系 10.4 热泵机组及其应用,第10章,10.4.1 单元式热泵机组 10.4.2 风冷热泵冷热水机组 10.4.3 水源热泵 10.4.4 太阳能热泵,10.1 热泵的基本知识,10.1.1 热泵分类 10.1.2 热泵的经济性评价,10.1.1 热泵分类,1.
2、按工作原理分 2.按低温位热源分 3.按供热温度分 4.按驱动方式分 5.按热泵机组的安装形式分,1.按工作原理分,按热泵的工作原理可分为：气体压缩式热泵、蒸气压缩式热泵、蒸气喷射式热泵、吸收式热泵、吸附式热泵、热电式热泵、化学热泵等。,2.按低温位热源分,热泵的热源往往是低温位的，按这种方式分类可分为：大气；地表水；地下水；城市自来水；土壤；太阳能；生活或生产废热(水、气)等。,3.按供热温度分,低温热泵，供热温度小于100；高温热泵，供热温度大于100。,4.按驱动方式分,分为电动机驱动和热驱动两种，热驱动又可分为热能驱动(如吸收式、蒸气喷射式热泵)及发动机驱动(如内燃机、汽轮机驱动等)两
3、种。,5.按热泵机组的安装形式分,单元式热泵机组；分体式热泵机组；现场安装式热泵机组。,10.1.2 热泵的经济性评价,经济性评价是热泵循环经济性的一个重要指标，其经济性评价指标通常采用性能系数来反映。热泵的性能系数为热泵获得的收益(制热量)与付出的代价(所耗的能量)的比值,10.2 热泵循环,10.2.1 蒸气喷射式热泵循环 10.2.2 吸收式热泵循环 10.2.3 吸附式热泵循环,10.2.1 蒸气喷射式热泵循环,图-2 蒸气喷射式热泵系统流程图,10.2.1 蒸气喷射式热泵循环,图-3 蒸气喷射式热泵,10.2.2 吸收式热泵循环,.第一类吸收式热泵循环 2.第二类吸收式热泵,10.2
4、.2 吸收式热泵循环,图-4 吸收式热泵能量转换示意图,.第一类吸收式热泵循环,图-5 第一类吸收式热 泵系统示意图,2.第二类吸收式热泵,图- 第二类吸收式热泵 系统示意图,10.2.3 吸附式热泵循环,图-7 吸附式热泵 工作原理图,10.2.3 吸附式热泵循环,图- 连续制热的吸附式 热泵工作原理图,10.3 热泵热源及驱动方式,10.3.1 热泵热源的种类 10.3.2 热泵的驱动方式及特点 10.3.3 热泵与能源价格的关系,10.3.1 热泵热源的种类,1.天然热源 2.废热回收热源 3.选择热源应考虑的问题,1.天然热源,(1)空气 空气是取之不尽用之不竭的能源，同时具有对换热设
5、备无腐蚀，对环境无污染等优点，故一直是热泵装置的主要热源。 (2)水源 可供热泵作为低温热源用的水有地表水(河川水、湖水、海水等)和地下水(深井水、泉水、地下热水等)。,(1)空气 空气是取之不尽用之不竭的能源，同时具有对换热设备无腐蚀，对环境无污染等优点，故一直是热泵装置的主要热源。,(2)水源,1)地表水。 2)地下水。 3)土壤。 4)太阳能。,图-9 河北省怀来县土壤温度 的季节性波动 地面温度 气温 地面以下0.8处温度 地面以下3.2处温度 地面以下14处温度,2.废热回收热源,(1)建筑物内部热源 除以上介绍的各种自然界所具有的热源外，还可以有效地利用建筑物内部的热源。 (2)生
6、活废水与工业废水 生活热水是指洗衣房、浴池、旅馆等排出的废水，废水温度较高，是可利用的低位热源，但存在问题是：如何储存足够的水量以应付热负荷的波动，以及如何保持换热器表面的清洁和防止水对设备的腐蚀。 (3)垃圾热量 现代化城市的垃圾处理是一项重要的市政设施。,(1)建筑物内部热源 除以上介绍的各种自然界所具有的热源外，还可以有效地利用建筑物内部的热源。,(2)生活废水与工业废水 生活热水是指洗衣房、浴池、旅馆等排出的废水，废水温度较高，是可利用的低位热源，但存在问题是：如何储存足够的水量以应付热负荷的波动，以及如何保持换热器表面的清洁和防止水对设备的腐蚀。,(3)垃圾热量 现代化城市的垃圾处理
7、是一项重要的市政设施。,3.选择热源应考虑的问题,1)热源温度尽可能高，以使热泵的工作温升尽可能小，提高热泵的供热系数。 2)热源应尽可能提供所需的热量，最好不需附加加热装置，以减少投资。 3)用以分配热源热量的辅助设备(如风机、水泵等)的能耗应尽可能小，以减少热泵的运行费用。 4)热源对换热器设备应无腐蚀作用，尽量避免产生污染和结垢现象。,10.3.2 热泵的驱动方式及特点,1.电动机驱动方式 2.燃料发动机驱动方式 3.汽轮机驱动,10.3.2 热泵的驱动方式及特点,图-0 电能驱动热泵和带热回收的内燃机驱动热泵的能流图 )电能驱动的热泵 )带热回收的内燃机驱动热泵,1.电动机驱动方式,电
8、动机是一种方便可靠、技术成熟、价格较低的原动机。大、中型电动机的效率也较高，可达93%左右；小型单相电动机的效率较低，一般为60%80%；如果采用变频器控制，既可减小起动电流，又可经济地实现压缩机的能量调节。但目前，大、中型的变频调速装置价格较贵。小型热泵均采用全封闭式或半封闭式压缩机。电动机与压缩机装在一个壳体中，使温度低的气体制冷剂通过电动机起到冷却作用，提高工作效率。不仅将电动机的热量全都成为热泵的有效供热量，同时又可使气态制冷剂获得过热而实现干压缩过程，提高热泵装置的安全性。开启式压缩机目前仅在大容量装置上使用，由于制冷剂与电动机绕组不接触，因而，对于当前替代制冷剂的应用也提供了一些方
9、便。,2.燃料发动机驱动方式,燃料发动机按热机工作原理可分为内燃机和燃气轮机两种。从机器结构形式上分，有往复式和涡轮式两种。内燃机可用液体燃料或气体燃料，根据采用的燃料不同，有柴油机、汽油机、燃气机之分。产品成熟，通常效率均在30%以上。柴油机驱动的热泵，一般认为比其他燃料驱动的热泵效率高、寿命长、可靠性好。燃气轮机(燃气透平)的容量较大，国外工业用燃气轮机的容量在50010MW。燃气轮机具有噪声小、运行平稳的优点。,3.汽轮机驱动,图-1 汽轮机驱动热泵的方案 1锅炉 2汽轮机 3压缩机 4蒸发器 5节流阀 6冷凝器 7热用户 8凝汽器 9凝结水箱 10水泵 11预热器,10.3.3 热泵与
10、能源价格的关系,图-2 热泵动力费用线算图,10.3.3 热泵与能源价格的关系,表10-1 各种方案的费用比较,10.4 热泵机组及其应用,10.4.1 单元式热泵机组 10.4.2 风冷热泵冷热水机组 10.4.3 水源热泵 10.4.4 太阳能热泵,10.4.1 单元式热泵机组,1.家用分体热泵型空调器 2.大型商用分体热泵机组,1.家用分体热泵型空调器,1)压缩机单独设在室外，故室内噪声很小。 2)只有制冷剂配管和电线穿过外墙或外窗，故外墙或外窗的开口面积小。 3)室内机组体积较小，机组大多采用微型计算机控制，故热泵制热效果较好。 4)由于制冷剂管道安装时采用纳子接头连接，故不可避免地存
11、在着制冷剂的渗漏问题，因此，每隔35年就需充注一次制冷剂。,图-3 分体壁挂机工作原理图,2.大型商用分体热泵机组,图-4 大型商用分体热泵机组的流程图,10.4.2 风冷热泵冷热水机组,1.风冷热泵冷热水机组的形式和结构 2.风冷热泵冷热水机组系统与工作原理 3.风冷热泵冷热水机组的除霜及控制方法,1.风冷热泵冷热水机组的形式和结构,(1)空气侧换热器的排列方式和通风形式 大部分产品的通风都采用顶吹式轴流风机，小型机组也采用侧吹形式。 (2)水侧换热器的形式 目前大容量机组基本上都以壳管式换热器为主，有单回路、双回路和多回路形式。 (3)膨胀阀系统的形式 目前，多数产品都采用独立设置制冷、制
12、热膨胀阀的形式，以满足制冷与制热循环制冷剂流量不同的需求，也有很多中小型产品采用单一膨胀阀，在制热时串联一毛细管来控制流量。 (4)带热回收功能的机组 带热回收功能风冷热泵冷热水机组是在一般常规风冷热泵机组中，增加了一套壳管式辅助冷凝器。,(1)空气侧换热器的排列方式和通风形式 大部分产品的通风都采用顶吹式轴流风机，小型机组也采用侧吹形式。,(2)水侧换热器的形式 目前大容量机组基本上都以壳管式换热器为主，有单回路、双回路和多回路形式。,(3)膨胀阀系统的形式 目前，多数产品都采用独立设置制冷、制热膨胀阀的形式，以满足制冷与制热循环制冷剂流量不同的需求，也有很多中小型产品采用单一膨胀阀，在制热
13、时串联一毛细管来控制流量。,(4)带热回收功能的机组 带热回收功能风冷热泵冷热水机组是在一般常规风冷热泵机组中，增加了一套壳管式辅助冷凝器。,2.风冷热泵冷热水机组系统与工作原理,图-5 用螺杆压缩机的风冷热泵冷热水机组的制冷剂流程 四通换向阀 空气侧换热器 止回阀 双螺杆压缩机 喷液膨胀阀 止回阀 、10、11电磁阀 制热膨胀阀 干燥过滤器 制冷膨胀阀 止回阀 储液器 气液分离器 壳管式换热器,3.风冷热泵冷热水机组的除霜及控制方法,(1)采用温度-时间控制器进行除霜控制 当机组进入制热工况后，低压低温的制冷剂进入翅片管换热器吸收低温热源热量。 (2)采用温差-时间控制器控制除霜 温差-时间
14、控制器控制除霜的原理与温度-时间控制器相似，不同的是这里采集的参数是翅片盘管表面与低温热源(室外空气)之间的温差，而不是盘管表面的温度。,(1)采用温度-时间控制器进行除霜控制,图-6 盘管温度随时间的变化,(1)采用温度-时间控制器进行除霜控制,图-7 盘管温度早于除霜周期 达到设定值时的情况,(2)采用温差-时间控制器控制除霜 温差-时间控制器控制除霜的原理与温度-时间控制器相似，不同的是这里采集的参数是翅片盘管表面与低温热源(室外空气)之间的温差，而不是盘管表面的温度。,10.4.3 水源热泵,1.水环热泵 2.水源热泵 3.地源闭环热泵,1.水环热泵,(1)水环热泵空调系统的原理及特点
15、 水环热泵空调系统是指水空气热泵联成一个封闭的水环路，以建筑物内部余热为低温热源的热泵系统。 (2)水环热泵空调系统的加热与冷却装置 水环热泵空调系统在冬季运行时，尤其在气温较低而要求有一定供暖时间的地区，当水系统的温度不足以维持水环路所规定的最低温度(一般为15)时，就必须要投入加热装置。,(1)水环热泵空调系统的原理及特点,图-8 水源热泵空调系统的组成,(1)水环热泵空调系统的原理及特点,图-9 水环热泵在不同季节中的运行状况,(2)水环热泵空调系统的加热与冷却装置 水环热泵空调系统在冬季运行时，尤其在气温较低而要求有一定供暖时间的地区，当水系统的温度不足以维持水环路所规定的最低温度(一
16、般为15)时，就必须要投入加热装置。,2.水源热泵,(1)地下水源热泵系统 地下水源热泵是以深井水为换热介质的热泵系统，它利用深井水直接或间接与热泵机组进行热量交换，热交换后的水再回灌到另一口井内，以保持地下水位的平衡。 (2)地表水源热泵系统 地表水源热泵就是利用江、河、湖、海的地表水作为热泵机组的热源。,(1)地下水源热泵系统,1)低温水源热泵。 2)高温水源热泵。,图-20 直接连接系统图,图-2 间接连接系统图,(2)地表水源热泵系统,图-22 地表水源热泵示意图 )闭式系统 )开式系统,3.地源闭环热泵,图-23 垂直式换热器典型环路构造 )单竖井/环路，单U形管/竖井 )单竖井/环路，双U形管/竖井 )多竖井/环路，单U形管/竖井,3.地源闭环热泵,图-24 垂直式换
