第二期學(xué)術(shù)報告：熱泵

1、1第二期學(xué)術(shù)報告熱泵技術(shù)應(yīng)用的研究分析 報告人： 李子申 時 間：2013-12-122熱泵技術(shù)應(yīng)用的研究分析n熱泵的定義熱泵的定義n熱泵技術(shù)的基本工作原理熱泵技術(shù)的基本工作原理 n熱泵的種類與形式熱泵的種類與形式n熱泵技術(shù)的應(yīng)用及評價熱泵技術(shù)的應(yīng)用及評價3熱泵技術(shù)定義n熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的裝置?，F(xiàn)在我國主要利用的熱泵技術(shù)，按低位熱源分為：水源（海水、污水、地下水、地表水等）熱泵，地源（包括土壤、地下水）熱泵，以及空氣源熱泵。n熱泵可以從低溫?zé)嵩粗刑崛崃坑糜诠?。熱泵的供熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它所消耗的機(jī)械能，所以說熱泵技術(shù)是一種低溫余熱利用的節(jié)能技術(shù)。 4熱泵定義的剖析

2、與看法n顧名思義，熱泵也就是像泵那樣，可以把不能直接利用顧名思義，熱泵也就是像泵那樣，可以把不能直接利用的低位熱能的低位熱能( (如空氣、土壤、水中所含的熱能、太陽能、如空氣、土壤、水中所含的熱能、太陽能、工業(yè)廢熱等工業(yè)廢熱等) )轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而達(dá)到節(jié)約轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而達(dá)到節(jié)約部分高位能（如煤、燃?xì)?、油、電能等）的目的。部分高位能（如煤、燃?xì)?、油、電能等）的目的。n制冷機(jī)可以作為熱泵的工作機(jī)。因?yàn)橹评溲h(huán)既制造了制冷機(jī)可以作為熱泵的工作機(jī)。因?yàn)橹评溲h(huán)既制造了低于環(huán)境溫度的物質(zhì)，并從環(huán)境溫度下的物體中吸取熱低于環(huán)境溫度的物質(zhì)，并從環(huán)境溫度下的物體中吸取熱量，又制造

3、了高于環(huán)境溫度的熱量，而獲得供熱效果，量，又制造了高于環(huán)境溫度的熱量，而獲得供熱效果，形成了所謂的熱泵作用。形成了所謂的熱泵作用。n把把“熱泵熱泵”理解為一種裝置或機(jī)械還不夠，而應(yīng)明確是理解為一種裝置或機(jī)械還不夠，而應(yīng)明確是一種節(jié)能裝置或節(jié)能機(jī)械一種節(jié)能裝置或節(jié)能機(jī)械 5熱泵利用方式把地能中的熱量把地能中的熱量“取取”出來，出來，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖提高溫度后，供給室內(nèi)采暖把室內(nèi)的熱量把室內(nèi)的熱量“取取”出來，出來，釋放到地下，給室內(nèi)制冷釋放到地下，給室內(nèi)制冷6熱泵的基本工作原理n熱泵可設(shè)想如右圖所示的節(jié)能裝熱泵可設(shè)想如右圖所示的節(jié)能裝置（或稱節(jié)能機(jī)械），由動力機(jī)置（或稱節(jié)能機(jī)械），由動力

4、機(jī)和工作機(jī)組成熱泵機(jī)組。利用高和工作機(jī)組成熱泵機(jī)組。利用高位能來推動動力機(jī)（如汽輪機(jī)、位能來推動動力機(jī)（如汽輪機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)、燃油機(jī)、電機(jī)等），然燃?xì)鈾C(jī)、燃油機(jī)、電機(jī)等），然后在由動力機(jī)來驅(qū)動工作機(jī)（如后在由動力機(jī)來驅(qū)動工作機(jī)（如制冷機(jī)、噴射器）運(yùn)轉(zhuǎn)，工作機(jī)制冷機(jī)、噴射器）運(yùn)轉(zhuǎn)，工作機(jī)像泵一樣，把低位的熱能輸送至像泵一樣，把低位的熱能輸送至高品位，以向用戶供熱。高品位，以向用戶供熱。低位能環(huán)境溫度高于環(huán)境溫度的熱源高位能動力機(jī)工作機(jī)熱泵能流圖 輸入少量的高品位能源（如電能） 獲得較多能量消耗消耗1 1份電能，得到份電能，得到4 4份以上的總能量份以上的總能量消耗的電能消耗的電能2.91kWh2.9

5、1kWh，即即25002500大卡（大卡（25%25%）熱泵機(jī)組熱泵機(jī)組性能系數(shù)性能系數(shù)（COP=4COP=4）供熱量供熱量1000010000大卡大卡（100%100%）吸收的地下能量吸收的地下能量75007500大卡大卡（75%75%）免費(fèi)的自然能源免費(fèi)的自然能源能流圖能流圖8熱泵的制熱性能系數(shù)：熱泵的制熱性能系數(shù)：靜輸入的能量有效制熱量h92.4熱泵的種類與形式熱泵可按多種特征進(jìn)行分類熱泵可按多種特征進(jìn)行分類n按低位熱源分：按低位熱源分：n按熱泵與供熱介質(zhì)的組合方式分按熱泵與供熱介質(zhì)的組合方式分 n按用途分按用途分 n按供熱溫度分按供熱溫度分n按熱泵循環(huán)的驅(qū)動方式分按熱泵循環(huán)的驅(qū)動方式分

6、10按低位熱源分n空氣源熱泵空氣源熱泵n水源熱泵（地表水、地下水、生活廢水、水源熱泵（地表水、地下水、生活廢水、工業(yè)廢水）工業(yè)廢水）n土壤源熱泵土壤源熱泵n太陽能熱泵等太陽能熱泵等 11按熱泵與供熱介質(zhì)的組合方式分n空氣空氣/ /空氣熱泵空氣熱泵n空氣空氣/ /水熱泵水熱泵n水水/ /空氣熱泵空氣熱泵n水水/ /水熱泵水熱泵n土壤土壤/ /空氣熱泵空氣熱泵n土壤土壤/ /水熱泵水熱泵 n 低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩? /熱媒：熱媒：12按熱泵工作方式分n蒸汽壓縮式熱泵蒸汽壓縮式熱泵n吸收式熱泵吸收式熱泵n蒸汽噴射式熱泵蒸汽噴射式熱泵n帕爾貼熱泵帕爾貼熱泵n吸附式熱泵吸附式熱泵 n化學(xué)熱泵化學(xué)熱泵13蒸汽

7、壓縮式熱泵 14n蒸汽壓縮式熱泵蒸汽壓縮式熱泵 （實(shí)際循環(huán)）實(shí)際循環(huán)）LhhhhTTT55. 055. 0國外研制的熱泵裝置，其制熱性能系國外研制的熱泵裝置，其制熱性能系數(shù)一般為數(shù)一般為3 36 6之間。之間。 15吸收式熱泵 與蒸汽壓縮式熱泵不同的是，壓縮式熱泵靠消耗與蒸汽壓縮式熱泵不同的是，壓縮式熱泵靠消耗機(jī)械功，而吸收式以消耗熱能來完成。機(jī)械功，而吸收式以消耗熱能來完成。16蒸汽噴射式熱泵 n蒸氣噴射式熱泵同吸收式熱泵一樣，是靠消耗熱能來提取低位熱源中的熱量進(jìn)行供熱的設(shè)備。它具有結(jié)構(gòu)簡單，幾乎沒有機(jī)械運(yùn)動部件，價格低廉，操作方便，經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，因此，盡管噴射式熱泵熱效率低，仍引起了人們

8、的興趣。17蒸汽噴射式熱泵 18珀?duì)柼麩岜茫犭姛岜?溫差電熱泵（又稱熱電熱泵、溫差電熱泵（又稱熱電熱泵、珀?duì)柼麩岜茫┦墙⒃阽隊(duì)柼隊(duì)柼麩岜茫┦墙⒃阽隊(duì)柼?yīng)的原理上的。當(dāng)一塊效應(yīng)的原理上的。當(dāng)一塊N N型型半導(dǎo)體（電子型）和一塊半導(dǎo)體（電子型）和一塊P P型型半導(dǎo)體（空穴型）聯(lián)結(jié)成電偶，半導(dǎo)體（空穴型）聯(lián)結(jié)成電偶，在這個電路中接上一個直流電在這個電路中接上一個直流電源，并流過電流時，就發(fā)生能源，并流過電流時，就發(fā)生能量的轉(zhuǎn)移，在一個接頭上放出量的轉(zhuǎn)移，在一個接頭上放出熱量，而在另一個接頭上吸收熱量，而在另一個接頭上吸收熱量。這種現(xiàn)象叫做珀?duì)柼崃?。這種現(xiàn)象叫做珀?duì)柼?yīng)。應(yīng)。19吸附式

9、熱泵20化學(xué)熱泵n化學(xué)熱泵是一種新型熱泵。化學(xué)熱泵是一種新型熱泵。n所謂化學(xué)熱泵，利用化學(xué)反應(yīng)吸收、吸附、濃度差所謂化學(xué)熱泵，利用化學(xué)反應(yīng)吸收、吸附、濃度差等現(xiàn)象或化學(xué)反應(yīng)等原理制成的熱泵。目前尚處在等現(xiàn)象或化學(xué)反應(yīng)等原理制成的熱泵。目前尚處在研究階段。研究階段。n實(shí)際的化學(xué)熱泵一般有三種型式。實(shí)際的化學(xué)熱泵一般有三種型式。n蓄熱型蓄熱型n增熱型增熱型n升溫型升溫型21升溫型化學(xué)熱泵原理圖22按用途分n小型水加熱器美國 1988年已運(yùn)行的熱泵熱水器達(dá)200多萬臺。n全年運(yùn)行的空調(diào)和采暖熱泵 n同時供熱供冷熱泵n廢熱利用熱泵n蒸氣壓縮機(jī)及蒸餾裝置23不同供熱方案的比較n 方案方案1 1 直接用電

10、加熱，直接用電加熱，則需要則需要10 kW10 kW電能。電能。 n方案方案2 2 采用熱泵供熱，即用采用熱泵供熱，即用電能拖動熱泵機(jī)組向室內(nèi)供電能拖動熱泵機(jī)組向室內(nèi)供熱。熱。n假定供熱溫度假定供熱溫度4545，低溫物，低溫物體溫度體溫度00，如果熱泵按理想，如果熱泵按理想的逆卡諾循環(huán)工作，則所需的逆卡諾循環(huán)工作，則所需要的電能為要的電能為1.145kW1.145kWn方案方案3 3 直接點(diǎn)燃燃料加熱直接點(diǎn)燃燃料加熱熱負(fù)荷10kW24由燃料直接提供采暖等所需的低位能，即使在不損失熱量的條件下,室內(nèi)所得到的熱量最多為燃料發(fā)熱量的100%，也應(yīng)該說是一種巨大的浪費(fèi) 。因?yàn)?在這種情況下，儲藏在燃料

11、中的化學(xué)能所具有的作功能力未加以合理利用而被貶值了。25同時供熱供冷熱泵同時供熱供冷熱泵26廢熱利用熱泵27熱泵技術(shù)發(fā)展n技術(shù)發(fā)展總趨勢是發(fā)展高效率的供熱、供冷熱技術(shù)發(fā)展總趨勢是發(fā)展高效率的供熱、供冷熱泵和超級熱泵系統(tǒng)。泵和超級熱泵系統(tǒng)。n機(jī)械壓縮式熱泵的發(fā)展：機(jī)械壓縮式熱泵的發(fā)展：n制冷劑側(cè)的熱泵控制。制冷劑側(cè)的熱泵控制。n壓縮機(jī)能量控制。壓縮機(jī)能量控制。n壓縮機(jī)設(shè)計。壓縮機(jī)設(shè)計。n新工質(zhì)技術(shù)。新工質(zhì)技術(shù)。n吸收式熱泵和吸收式熱變換器、壓縮吸收式熱泵和吸收式熱變換器、壓縮- -吸收式熱吸收式熱泵、高溫?zé)岜玫缺?、高溫?zé)岜玫?8日本超級熱泵n日本在通產(chǎn)省工業(yè)技術(shù)院的主持下于19841992年期間

12、進(jìn)行了超級熱泵的研究開發(fā)工作。所謂超級熱泵是超性能壓縮式熱泵的簡稱。29制冷、采暖、供應(yīng)熱水組合空調(diào)n日本開發(fā)的“三用”組合熱泵，可以高效地利用電能，又可免除排煙對空氣的污染。n且其經(jīng)濟(jì)性極佳，可以夜間蓄熱，白天供熱水。30熱驅(qū)動朗肯循環(huán)n適用于大量廢熱而能量較昂貴的場合，通常是閉式的。31蓄熱變頻熱泵式空調(diào)器n在暖通空調(diào)工程中采用熱泵節(jié)能的經(jīng)濟(jì)在暖通空調(diào)工程中采用熱泵節(jié)能的經(jīng)濟(jì)評價問題十分復(fù)雜，影響因素很多，其評價問題十分復(fù)雜，影響因素很多，其中主要有中主要有負(fù)荷特性、負(fù)荷特性、系統(tǒng)特性、地區(qū)氣系統(tǒng)特性、地區(qū)氣候特性、低位熱源特性、設(shè)備價格、設(shè)候特性、低位熱源特性、設(shè)備價格、設(shè)備使用壽命、燃

13、料價格、電力價格備使用壽命、燃料價格、電力價格等等。n但總的原則圍繞著兩方面，但總的原則圍繞著兩方面， 即即節(jié)能效果節(jié)能效果和和經(jīng)濟(jì)效益經(jīng)濟(jì)效益。 32蓄熱變頻熱泵式空調(diào)器n減小除霜過程中室內(nèi)空氣的溫降，除霜過程中室內(nèi)溫度波動小。n由于起動時可利用壓縮機(jī)所積蓄的熱量，其送風(fēng)溫度的升高速度顯著高于普通空調(diào)器。n噪聲低，能量高，效率高。 33內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動型熱泵n由燃?xì)獍l(fā)動機(jī)驅(qū)動，且軸的轉(zhuǎn)速變化的熱泵在歐美和日本得到廣泛應(yīng)用，但迄今為止還沒有關(guān)于其性能的標(biāo)準(zhǔn)測試方法。所編制的臨時建議可用于確定熱泵的試驗(yàn)工況、熱泵特性、季空氣型、節(jié)特性偏差、能耗和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用的計算式。n在ASHRAE的加拿大渥太華會議上討

14、論了對內(nèi)燃機(jī)熱泵的要求，論證了工業(yè)生產(chǎn)準(zhǔn)備及市場銷售問題。n據(jù)推測，熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)壽命為10年，資金回收期不超過3年。34國外空調(diào)用熱泵應(yīng)用實(shí)例n法國的排風(fēng)余熱回收熱泵法國的排風(fēng)余熱回收熱泵簡單且廉價，可以在外界溫度達(dá)8的情況下，完全滿足所需要的熱量。35國外空調(diào)用熱泵應(yīng)用實(shí)例漢堡波佩比特爾地區(qū)集中供給地下水的分散式熱泵漢堡波佩比特爾地區(qū)集中供給地下水的分散式熱泵36國外熱泵應(yīng)用實(shí)例n蘇黎世蘇黎世室內(nèi)游室內(nèi)游泳池?zé)嵊境責(zé)岜帽?7熱泵的評價n在暖通空調(diào)工程中采用熱泵節(jié)能的經(jīng)濟(jì)評價問題十分復(fù)雜，影響因素很多，其中主要有負(fù)荷特性、系統(tǒng)特性、地區(qū)氣候特性、低位熱源特性、設(shè)備價格、設(shè)備使用壽命、燃料價格、電力價格等。n但總的原則圍