【正文】 暖通空調(diào) 熱泵技術(shù) HEAT PUMP 48 學(xué)時 ） 制冷空調(diào)教研室 熱 泵 HEAT PUMP 第一章 ：導(dǎo)論與基礎(chǔ) 第二章 ： 熱泵的理論循環(huán) 第三章 ： 熱泵的低位熱源 和驅(qū)動能源 第四章 ：空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng) 第五章 ：水源 熱泵空調(diào)系統(tǒng) 第六章 ： 土壤耦合熱泵空調(diào)系統(tǒng) 第七章 ： 水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng) 第八章 ： 吸收式熱泵 第九章 ： 熱泵工程典型案例分析 熱 泵 HEAT PUMP 第一章 導(dǎo)論與基礎(chǔ) 167。 14 熱泵的種類 ★ 167。 13 熱泵的定義 ★ 167。 11 能源與環(huán)境 ★ 167。 12 高位能與低位能 ★ 167。 15 熱泵空調(diào)系統(tǒng)的分類 ★ 167。 16 熱泵工質(zhì)及其替代問題 ★ 167。 17 熱泵在我國應(yīng)用與發(fā)展 ★ 167。 18 熱泵的歷史 ★ 熱 泵 HEAT PUMP 第一章 導(dǎo)論與基礎(chǔ) 167。 11 能源與環(huán)境 一、能源的開發(fā)和利用 能源與環(huán)境污染問題 ? 能源的消耗急劇增加將導(dǎo)致環(huán)境的嚴 重污染，因此，一方面要充分利用能 源（ 提高能源利用率 ）以減少對環(huán) 境的污染；另一方面，要尋找無公害 的 新能源 。 熱 泵 HEAT PUMP 能源的消耗及未來能源 ? 說明 ： 目前世界能源的消耗情況（ P1，圖 1），與未來新能源的開發(fā)。 ? 如 太陽能 、 核能 （ 核裂變及核變 ）、 生物能 、 風(fēng)能 、 潮汐能 、 地熱能 等。 能源利用與環(huán)境保護 ? 說明 ： 限制和減少化石燃料燃燒產(chǎn)生的 CO2等溫室氣體的排放，是保護環(huán)境的重要措施，采用熱泵技術(shù)是最有效手段之一。 （ P2） 熱 泵 HEAT PUMP 二、能源的節(jié)約問題 能源利用率 ? 說明 ： 我國單位產(chǎn)量的能耗高以及 能源利用率低。 節(jié)能的重要性 ? 強調(diào) ： 對環(huán)境的影響（如大氣污染 對人類健康的影響及溫室氣體對地 球生態(tài)環(huán)境的影響 。 ） 熱 泵 HEAT PUMP 熱泵節(jié)能的方法及意義 ? 能回收和利用低位熱能，充分利用大量 廢棄的低溫余熱資源。 說明 ： 我國國內(nèi)各部門的余熱資源情況 （ 表格 ）。 ? 能提高 一次能源利用率 。所以，研究和 推廣應(yīng)用熱泵技術(shù)對于節(jié)約能量、提高 經(jīng)濟效益以及保護環(huán)境有重要意義。 熱 泵 HEAT PUMP 167。 12 高位能與低位能 一、能源的品位（ 能質(zhì) ） 高品位能（ 高位能 ） ? 在理論上可以完全轉(zhuǎn)化為功的能量， 又稱 高質(zhì)量能 ，如電能、機械能、 化學(xué)能、高位的水力和風(fēng)力、高溫 的物質(zhì)等。 低品位能（ 低位能 ） ? 不能全部而只能部分轉(zhuǎn)化為功的能 量，又稱 低質(zhì)量能 ，如物質(zhì)的內(nèi)能、 低溫的物質(zhì)等。 熱 泵 HEAT PUMP 高位熱源 ? 指溫度較高而能直接應(yīng)用的熱源，如 蒸汽 、 熱水 、 燃氣 以及 燃料化學(xué)能 、 生物能 等。 低位熱源 ? 指無價值、不能直接應(yīng)用的熱源，如 環(huán)境空氣 、 水 、 地熱 、 太陽能 、 廢熱 、 余熱 等。 ? 說明 ： 能量的 質(zhì)量高低 表示作功的能 力大小，如 高位能 變?yōu)?低位能 ，表明 能量作功能力變小，質(zhì)量降低或貶值。 熱 泵 HEAT PUMP 二、能源的合理應(yīng)用 （量的守恒性和質(zhì)的貶值性） ? 任何用能過程是能的 量與質(zhì) 的利用 過程。 ? 要使熱能得到合理利用，必須合理 使用高位能，必須 按質(zhì)用能 。 ? 分析 ： （ 圖 15） 熱 泵 HEAT PUMP ? 說明 ： 所謂的“ 節(jié)約能量 ”之說，嚴格而言是不十分確切的。因為僅僅節(jié)約了 高位能 ，利用了部分 低位熱能 ，也就是說，能量是守恒的。一切能量使用到最后，都成廢熱傳遞給環(huán)境了，雖然它在數(shù)量上看是守恒的，但質(zhì)量上已經(jīng)越來越不中用，最后降級到無用。所以，要把 能量貶值 作為重要的問題來對待。 熱 泵 HEAT PUMP 167。 13 熱泵的定義 一、熱泵的定義 ? 定義 ： 靠高位能拖動，迫使熱量從低位熱源流向高位熱源的裝置，稱為 熱泵 （又稱“ 溫度升高器 ”）。 ? 分析 ： 熱泵雖然需要使用一定量的高位能，但供給的卻是消耗的高位能和吸取的低位熱量的總和，因此，從用能的角度看是經(jīng)濟合理的。 二、熱泵機組與熱泵系統(tǒng) ? 機組 ： 由動力機和工作機組成的節(jié)能機械，是熱泵系統(tǒng)中的核心部分。 ? 系統(tǒng) ： 由熱泵機組、高位能輸配系統(tǒng)、低位能采集系統(tǒng)和熱能分配系統(tǒng)四大部分組成的一種能級提升的能量利用系統(tǒng)。 熱 泵 HEAT PUMP 三、 熱泵空調(diào)系統(tǒng) ? 定義 ： 空調(diào)系統(tǒng)中選用熱泵時，稱為熱泵空調(diào)系統(tǒng)，或簡稱 熱泵空調(diào) 。（ P9，圖 19） 特點 ： ? 用能遵循能級提升的原則 ? 用大量的低溫再生能替代高位能 ? 冷熱源合二為一，節(jié)省設(shè)備投資 ? 比常規(guī)空調(diào)更節(jié)能、環(huán)保 熱 泵 HEAT PUMP 167。 14 熱泵的種類 一、熱泵的基本框圖 ? 熱泵按熱源種類、驅(qū)動方式、用途、工作原理、工藝類型等分類。 ? 說明 ： 基本框圖（ 圖 110） 二、熱泵載熱介質(zhì)、低位熱源和簡圖 ? 說明 ： P10，表 12 熱 泵 HEAT PUMP 167。 15 熱泵空調(diào)系統(tǒng)的分類 一、以熱泵機組作為集中式空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源 ? 空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng) ? 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng) 二、冷劑式熱泵空調(diào)系統(tǒng) ? 分散式系統(tǒng) ? 集中式系統(tǒng) 說明 ： 圖 111 熱 泵 HEAT PUMP 167。 16 熱泵工質(zhì)及替代問題 一、蒸汽壓縮式熱泵對工質(zhì)的要求 熱力性質(zhì) ? 臨界溫度應(yīng)比冷凝溫度高得多 ? 單位容積制熱量要大（離心式例外） ? 飽和壓力應(yīng)適中（ pk≯ 25bar，po≮ 1bar） ? 絕熱指數(shù)要?。ㄌ貏e是對于活塞式壓縮機） ? 液體比熱要?。ü?jié)流損失?。? 熱 泵 HEAT PUMP 物理、化學(xué)性質(zhì) ? 凝固點要低 ? 密度和粘度要小（離心式密度要大） ? 不燃不爆、無毒無味、無腐蝕性 ? 具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性 生物學(xué)性質(zhì) ? 與潤滑油具有親和性（溶解度大小利弊） ? 與水的溶解關(guān)系 ? 對環(huán)境的友好性（ 大氣臭氧層 和 溫室氣體 ） 經(jīng)濟性 ? 價廉易得 熱 泵 HEAT PUMP 二、熱泵工質(zhì)的種類 說明 ： ? 暖通空調(diào)領(lǐng)域中應(yīng)用的熱泵基本上是蒸汽壓縮式熱泵 ? 暖通空調(diào)應(yīng)用的熱泵一般具有制熱與制冷兩種功能 ? 熱泵工質(zhì)與制冷劑基本上一致 ? 常見熱泵工質(zhì)熱力性質(zhì)表（ P16,表 14） ? 工質(zhì)種類框圖（ 圖 112） 熱 泵 HEAT PUMP 三、熱泵工質(zhì)的替代 ? 說明 ： 同制冷劑 (表 17~19) ? 強調(diào) ： ODP值 與 GWP值兩個指標 (表 15~16) 四、熱泵工質(zhì)的選擇 ? 說明 ： 主要從 安全 、 效率 和 價格 等三個方面加以考慮。 ? 強調(diào) ： 單位容積制熱量 有較大的差別，其對壓縮機的結(jié)構(gòu)尺寸及成本價格影響顯著，應(yīng)重點考慮。至于制熱性能系數(shù)方面，則相差不是很大。 熱 泵 HEAT PUMP 五、自然工質(zhì) CO2和 NH3 CO2在熱泵中的應(yīng)用領(lǐng)域 ： ? CO2熱泵熱水器 ? CO2汽車熱泵式空調(diào) ? CO2熱泵干燥系統(tǒng) NH3在熱泵中的應(yīng)用問題 ： ? 安全性 (毒性與燃爆性 ) ? 刺激性氣味 熱 泵 HEAT PUMP 167。 17 熱泵在我國的應(yīng)用與發(fā)展 一、熱泵應(yīng)用與發(fā)展的初始期 ? 1949~1966 二、熱泵應(yīng)用與發(fā)展的斷裂期 ? 1966~1977 三、熱泵應(yīng)用與發(fā)展的復(fù)蘇期 ? 1977~1988 四、熱泵應(yīng)用與發(fā)展的興旺期 ? 1988~1999 五、熱泵應(yīng)用與發(fā)展的快速期 ? 2022~(P22~28) 熱 泵 HEAT PUMP 我國熱泵的發(fā)展概況 ： ? 我國熱泵工業(yè)相對于世界上工業(yè)發(fā)達國家來說，有一段明顯的滯后期。 ? 1950年代初 ，天津大學(xué)的一些學(xué)者最早開始從事熱泵的研究。 ? 1965年 上海電冰箱廠研制成我國第一臺制熱量 3720w的 熱泵型窗式空調(diào)器 ，但因換向閥的工作可靠性等原因，長期未有發(fā)展。 ? 1970年代后期 ，由于能源危機所推動的世界性熱泵熱也影響了我國學(xué)術(shù)界。 熱 泵 HEAT PUMP ? 1980年代 ，我國熱泵在各場合的應(yīng)用研究發(fā)展較快，廣州能源研究所設(shè)計并建造了一套用于加熱室內(nèi)游泳池的熱泵。 ? 1984年 由上海 704研究所、開封通用機器廠和無錫第四織布廠聯(lián)合試制成功雙效第一類吸收式熱泵 。 ? 1985年 上海空調(diào)機廠和上海冷氣機廠試制成功國內(nèi)生產(chǎn)的第一批 熱泵型立柜式空調(diào)機組 。 ? 1990年 上海市通用機械技術(shù)研究所首次進行了第二類吸收式熱泵的模擬試驗，同年上海交通大學(xué)、上海第一冷凍機廠聯(lián)合研制了 350kw第二類吸收式熱泵 。 熱 泵 HEAT PUMP ? 2022~2022年 ，專利總數(shù) 287項，其中發(fā)明專利 119項。多項創(chuàng)新成果問世，如 土壤蓄冷與土壤耦合熱泵集成系統(tǒng)、空氣源熱泵蓄能熱氣除霜系統(tǒng)、三套管蓄能型太陽能與空氣源熱泵集成系統(tǒng)等。 ? 2022年 全國共有地源熱泵工程項目 3869項，同年 11月 31日，建設(shè)部發(fā)布了 《 地源熱泵系統(tǒng)的工程技術(shù)規(guī)范 》（ GB503662022） ，并于 06年 1月 1日起正式實施。 ? 2022年 的北京奧運會和 2022年 的上海世博會使得熱泵技術(shù)在我國的應(yīng)用越來越廣泛。 熱 泵 HEAT PUMP 167。 18 熱泵的歷史 一、熱泵的發(fā)展概況 ? 熱泵的理論基礎(chǔ)來源于 1824年發(fā)表的關(guān)于 卡諾循環(huán) 的論文。 ? 1852年 湯姆遜 首先提出了一種熱泵的設(shè)想，也稱 熱能放大器 （ 圖 113）。但由于 能源費用 和 能源有效利用率 等方面的因素，限制了其進一步發(fā)展。 ? 1930年代 ， 霍爾坦 在他的著作中介紹了 1927年蘇格蘭一臺 家用熱泵 的安裝及試驗情況，熱泵才取得較快發(fā)展。 熱 泵 HEAT PUMP ? 1940年代 始開，各國開始對熱泵有了進一步的認識，到 1948年 小型熱泵 的開發(fā)工作有了很大的進展，家用熱泵和工業(yè)建筑用熱泵大批投放市場。 （ 表 111） ? 1950年代 ，美英兩國開始對使用地下盤管吸收 地熱作為熱源的家用熱泵（ 地源熱泵 ）進行廣泛的研究。熱泵工業(yè)在 1950~1960年代的十年間，進入快速成長階段，熱泵裝置的年產(chǎn)量成倍或十倍的增長。 熱 泵 HEAT PUMP ? 197