熱泵與建筑節(jié)能實(shí)用教案

1、p 定義：以消耗一部分高品位能源(煤、石油、機(jī)械能、電能或高溫?zé)崮?為補(bǔ)償，使熱能從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩磦鬟f的裝置。其實(shí)質(zhì)是借助降低一定量的功的品位，提供品位較低而數(shù)量更多的能量。由于熱泵能將低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換為高溫?zé)崮?，提高能源的有效利用率，因此是回?hushu)低溫余熱、利用環(huán)境介質(zhì)(地下水、地表水、土壤、室外空氣、廢熱等)中儲(chǔ)存的能量的重要途徑。17.1 熱泵的定義熱泵的定義(dngy)與涵義與涵義熱泵(r bn)原理水泵的作用是把水從低處往高處送，熱泵就 是 熱 傳 導(dǎo) 的 “ 水泵”。把低溫的熱源提升，提供生活用能。用千瓦的電驅(qū)動(dòng)熱泵后，可以“搬運(yùn)”4千瓦的淺層地能。 高位能低位能動(dòng)力機(jī)環(huán)

2、境溫度工作機(jī)高于環(huán)境溫度的熱源供給熱用戶第1頁(yè)/共30頁(yè)第一頁(yè)，共30頁(yè)。17.1 熱泵的定義熱泵的定義(dngy)與涵義與涵義第2頁(yè)/共30頁(yè)第二頁(yè)，共30頁(yè)。p 涵義：p 熱泵是一種節(jié)能裝置：雖然消耗一定的高位能，但供給用戶的熱量是消耗的高位熱能與吸取的低溫?zé)崮艿木C合。用戶獲得的熱量永遠(yuǎn)大于消耗的高位能。p 由動(dòng)力機(jī)和工作組組成熱泵機(jī)組。利用高位能來(lái)推動(dòng)動(dòng)力機(jī)(如汽輪機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)、燃油機(jī)、電機(jī)等)，然后由動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)(如制冷機(jī)、噴射器)運(yùn)轉(zhuǎn)，工作機(jī)像泵一樣，把低位熱能送至高品位，以向用戶供熱。p 熱泵既遵循熱力學(xué)第一定律(dngl)，熱量在傳遞和轉(zhuǎn)換過程中的能量守恒；也遵循第二定律(dn

3、gl)，熱量不可自發(fā)的、不付代價(jià)的、自動(dòng)的從低溫物體轉(zhuǎn)移至高溫物體。熱泵是依靠高位能的拖動(dòng)，迫使熱量有低溫物體傳遞給高溫物體。17.1 熱泵熱泵(r bn)的定義與涵義的定義與涵義第3頁(yè)/共30頁(yè)第三頁(yè)，共30頁(yè)。17.1 熱泵(r bn)的定義與涵義第4頁(yè)/共30頁(yè)第四頁(yè)，共30頁(yè)。17.1 熱泵熱泵(r bn)的定義與涵義的定義與涵義p 熱泵與熱機(jī)的區(qū)別：p 熱機(jī)：利用高溫?zé)嵩吹哪芰縼?lái)產(chǎn)生機(jī)械功，熱效率值總是小于1的。p 熱泵：靠消耗機(jī)械功將低溫?zé)嵩吹臒崃哭D(zhuǎn)移(zhuny)到高溫物體中去，制熱性能系數(shù)(+1)總是大于1的?？諝?kngq)源熱泵室外機(jī)第5頁(yè)/共30頁(yè)第五頁(yè)，共30頁(yè)。p不同

4、供熱方案不同供熱方案(fng n)的比較的比較 方案1：直接用電加熱，則需要10kW電能。 方案2：采用熱泵供熱，即用電能拖動(dòng)熱泵機(jī)組向室內(nèi)供熱。 假定供熱溫度45，低溫物體溫 度 0 ， 如 果 熱 泵 按 理 想(lxing)的逆卡諾循環(huán)工作，則所需要的電能為1.145kW。 節(jié)約能量的途徑，過去認(rèn)為不用能即節(jié)能，實(shí)際上應(yīng)該提高能量的利用率，“建筑節(jié)能”應(yīng)更準(zhǔn)確地表述為“建筑合理用能”。熱負(fù)荷(fh)10kW17.1 熱泵的定義與涵義第6頁(yè)/共30頁(yè)第六頁(yè)，共30頁(yè)。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(shuō)是一種巨大的

5、浪費(fèi) 。因?yàn)?在這種情況(qngkung)下，儲(chǔ)藏在燃料中的化學(xué)能所具有的作功能力未加以合理利用而被貶值了！第7頁(yè)/共30頁(yè)第七頁(yè)，共30頁(yè)。p 熱泵機(jī)組：動(dòng)力機(jī)、工作機(jī)組成的節(jié)能機(jī)械，是熱泵系統(tǒng)的核心部分(b fen)。p 熱泵系統(tǒng)：熱泵機(jī)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)組成。17.2 熱泵熱泵(r bn)機(jī)組與熱泵機(jī)組與熱泵(r bn)系統(tǒng)系統(tǒng)熱泵系統(tǒng)(xtng)框圖低位能采集系統(tǒng)高位能輸配系統(tǒng)熱泵機(jī)組熱能分配系統(tǒng)低位能采集系統(tǒng)第8頁(yè)/共30頁(yè)第八頁(yè)，共30頁(yè)。p 以典型地下水源熱泵系統(tǒng)為例講解四個(gè)系統(tǒng)：p 熱泵機(jī)組：冬天，通過蒸發(fā)器從地下水(低位熱源)吸取熱量，在冷凝器中

6、放出溫度較高的熱量供給用戶；夏天，蒸發(fā)器直接將冷凍水送入用戶，降溫除濕，中間介質(zhì)(水)在冷凝器中吸取建筑中的熱量，并回送入地下蓄熱供冬天采暖用。p 低位能采集系統(tǒng)：直接系統(tǒng)用水、空氣等直接輸給熱泵機(jī)組的系統(tǒng)；間接系統(tǒng)則借助于水或者防凍劑的水溶液通過換熱器將低位熱源的熱量傳輸出來(lái)，輸送給熱泵機(jī)組。p 高位能輸配系統(tǒng)：用電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置是最常見的。但是發(fā)電中，很多廢熱被損失，采用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)更好。p 熱分配系統(tǒng)：應(yīng)用(yngyng)非常廣泛，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑暖通空調(diào)等。暖通空調(diào)用熱品味不高，均小于60。17.2 熱泵熱泵(r bn)機(jī)組與熱泵機(jī)組與熱泵(r bn)系統(tǒng)系統(tǒng)第9頁(yè)/共30頁(yè)第九頁(yè)，共

7、30頁(yè)。典型地下水源熱泵系統(tǒng)(xtng)圖(冬天)第10頁(yè)/共30頁(yè)第十頁(yè)，共30頁(yè)。典型地下水源熱泵系統(tǒng)(xtng)圖(夏天)第11頁(yè)/共30頁(yè)第十一頁(yè)，共30頁(yè)。熱泵空調(diào)系統(tǒng)：空調(diào)系統(tǒng)中選用了熱泵系統(tǒng)遵循能量提升的用能原則：避免了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)用能的單向性，即熱源消耗高位能，向建筑物提供低溫?zé)崃浚颦h(huán)境排放廢物。熱泵空調(diào)系統(tǒng)遵循熱量循環(huán)使用的用能模式。使用大量的再生(zishng)能替代高位能冷源與熱源合二為一：夏天制冷，冬天供暖，冷熱源一體化，節(jié)省設(shè)備投資。常規(guī)暖通空調(diào)系統(tǒng)，分別設(shè)置冷源、熱源。熱泵空調(diào)系統(tǒng)更具節(jié)能效果和環(huán)保效益17.3 熱泵熱泵(r bn)空調(diào)系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)熱泵空調(diào)(kn

8、dio)系統(tǒng)第12頁(yè)/共30頁(yè)第十二頁(yè)，共30頁(yè)。17.4 熱泵熱泵(r bn)的評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià) 在暖通空調(diào)工程中采用熱泵節(jié)能的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)問題(wnt)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(jià)格、設(shè)備使用壽命、燃料價(jià)格、電力價(jià)格等。但總的原則圍繞著兩方面：節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。 11eeechWQWWQWQv 熱泵(r bn)的制熱性能系數(shù)v 熱泵的供熱季節(jié)性能系數(shù)HSPFiiiiTWTqHSPF采暖季的總耗功量采暖季的總供熱量第13頁(yè)/共30頁(yè)第十三頁(yè)，共30頁(yè)。17.5 熱泵熱泵(r bn)的分類與用途的分類與用途p熱泵可按多種特征進(jìn)行分類p按低位熱

9、源分p按熱泵與供熱介質(zhì)(jizh)的組合方式分 p按用途分 p按供熱溫度分p按熱泵循環(huán)的驅(qū)動(dòng)方式分第14頁(yè)/共30頁(yè)第十四頁(yè)，共30頁(yè)。u按低位熱源(ryun)分 空氣源熱泵 水源熱泵（地表水、地下水、生活廢水、工業(yè)廢水） 土壤(trng)源熱泵 太陽(yáng)能熱泵等 17.5 熱泵(r bn)的分類與用途第15頁(yè)/共30頁(yè)第十五頁(yè)，共30頁(yè)。u按熱泵與供熱介質(zhì)的組合(zh)方式分 空氣/空氣熱泵(r bn) 空氣/水熱泵(r bn) 水/空氣熱泵(r bn) 水/水熱泵(r bn) 土壤/空氣熱泵(r bn) 土壤/水熱泵(r bn) n 低溫(dwn)熱源/熱媒：17.5 熱泵的分類與用途第16頁(yè)

10、/共30頁(yè)第十六頁(yè)，共30頁(yè)。u按用途(yngt)分小型水加熱器美國(guó) 1988年已運(yùn)行的熱泵熱水器達(dá)200多萬(wàn)臺(tái)。全年運(yùn)行的空調(diào)和采暖熱泵 同時(shí)供熱供冷熱泵廢熱利用熱泵蒸氣壓縮機(jī)及蒸餾(zhngli)裝置17.5 熱泵的分類(fn li)與用途第17頁(yè)/共30頁(yè)第十七頁(yè)，共30頁(yè)?？諝饪諝?kngq)源熱泵源熱泵 第18頁(yè)/共30頁(yè)第十八頁(yè)，共30頁(yè)。裝置的用途用熱用冷魚類加工廠清洗用溫水制冷肉類加工廠清洗用溫水冷卻和制冷農(nóng)舍清洗機(jī)器和清潔用溫水牛奶冷卻、空調(diào)用冷乳品廠清洗用溫水牛奶冷卻、儲(chǔ)存室冷卻屠宰場(chǎng)清洗用溫水冷藏庫(kù)及速凍間溜冰場(chǎng)采暖、游泳池冰場(chǎng)制冷大型冷庫(kù)供熱、出售熱量冷藏間啤酒廠溫水啤

11、酒窖及麥芽汁冷卻工業(yè)能源中心溫水和熱水冷鹽水、冰、冰水同時(shí)(tngsh)供熱供冷熱泵第19頁(yè)/共30頁(yè)第十九頁(yè)，共30頁(yè)。裝置用途用熱廢熱來(lái)源洗衣房熱水廢水旅館、醫(yī)院溫水廢水印染和其他紡織工業(yè)熱水、熱堿水廢水造紙和其他加工工業(yè)熱水、干燥過程排氣、廢水麥芽作坊干燥室蒸氣農(nóng)用空調(diào)裝置采暖、熱水馬棚、孵化室等香蕉催熟裝置催熟間冷藏室干燥裝置干燥空氣排氣、排出的空氣去濕廢熱利用(lyng)熱泵17.5 熱泵的分類(fn li)與用途第20頁(yè)/共30頁(yè)第二十頁(yè)，共30頁(yè)。17.6 地源熱泵系統(tǒng)(xtng)p地源熱泵概述p地源熱泵是利用淺層地能進(jìn)行供熱制冷的新型能源利用技術(shù)，是熱泵的一種(y zhn),熱

12、泵是利用卡諾循環(huán)和逆卡諾循環(huán)原理轉(zhuǎn)移冷量和熱量的設(shè)備。地源熱泵通常是指能轉(zhuǎn)移地下土壤中熱量或者冷量到所需要的地方。通常熱泵都是用來(lái)做為空調(diào)制冷或者采暖用的。地源熱泵還利用了地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力，冬季地源把熱量從地下土壤中轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi)，夏季再把地下的冷量轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi)，一個(gè)年度形成一個(gè)冷熱循環(huán)。第21頁(yè)/共30頁(yè)第二十一頁(yè)，共30頁(yè)。制冷模式：制冷模式： 在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功，使其進(jìn)行汽在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功，使其進(jìn)行汽- -液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)所攜液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)所攜帶

13、的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)同時(shí)再通過冷凝器內(nèi)冷媒的冷帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)同時(shí)再通過冷凝器內(nèi)冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終(zu zhn)(zu zhn)由水由水路循環(huán)轉(zhuǎn)移至地表水、地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量不斷轉(zhuǎn)移至地路循環(huán)轉(zhuǎn)移至地表水、地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量不斷轉(zhuǎn)移至地下的過程中，通過風(fēng)機(jī)盤管，以下的過程中，通過風(fēng)機(jī)盤管，以1313以下的冷風(fēng)的形式為房間供冷。以下的冷風(fēng)的形式為房間供冷。 供暖模式：供暖模式：在供暖狀態(tài)下，壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功，并通過換向閥將冷媒流動(dòng)方向在供暖狀態(tài)下，壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功，并通過換向閥將

14、冷媒流動(dòng)方向換向。由地下的水路循環(huán)吸收地表水、地下水或土壤里的熱量，通換向。由地下的水路循環(huán)吸收地表水、地下水或土壤里的熱量，通過冷凝器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷過冷凝器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)再通過蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的冷凝，由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)將冷媒媒循環(huán)的同時(shí)再通過蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的冷凝，由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過程中，以所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過程中，以3535以上熱風(fēng)的形式向室內(nèi)供暖。以上熱風(fēng)的形式向室內(nèi)供暖。17.6 地源熱泵系統(tǒng)(xtng)第22頁(yè)/共30頁(yè)第二十二頁(yè)，共3

15、0頁(yè)。p地源熱泵系統(tǒng)的一般(ybn)形式 17.6 地源熱泵系統(tǒng)(xtng)第23頁(yè)/共30頁(yè)第二十三頁(yè)，共30頁(yè)。 地球表面吸收(xshu)了太陽(yáng)能的47，相當(dāng)于人類一年所需能量的500多倍 地球深處熱流或較深層的地?zé)崮軐?duì)地表(dbio)淺層也起到了加熱作用第24頁(yè)/共30頁(yè)第二十四頁(yè)，共30頁(yè)。u地源熱泵系統(tǒng)(xtng) 地表水(江、河、湖、海)源熱泵系統(tǒng) 地下水源熱泵系統(tǒng) 污水(w shu)源(生活廢水、工業(yè)廢水)熱泵系統(tǒng) 土壤源熱泵17.6 地源熱泵系統(tǒng)(xtng) 地源熱泵冬天代替鍋爐從土壤中取熱，向建筑物供暖，夏天代替普通空調(diào)向土壤排熱，給建筑物制冷。是目前效率最高、對(duì)環(huán)境最有利的

16、熱水、取暖和制冷系統(tǒng)。第25頁(yè)/共30頁(yè)第二十五頁(yè)，共30頁(yè)。地源熱泵地源熱泵 17.6 地源熱泵系統(tǒng)(xtng)第26頁(yè)/共30頁(yè)第二十六頁(yè)，共30頁(yè)。p地源熱泵系統(tǒng)(xtng)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) 1、可再生能源利用形式 地表淺層收集了47%的太陽(yáng)能量，或城市生活(shnghu)生產(chǎn)余熱，它利用地表淺層的可再生能源，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。2、高效節(jié)能 地能或地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，土壤與空氣溫差一般為17度，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高40%60%，因此要節(jié)能和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用4050左右

17、。制熱系數(shù)高達(dá)3.54.5，而鍋爐僅為0.70.9，可比鍋爐節(jié)省70%以上的能源和40%60%運(yùn)行費(fèi)用；制冷時(shí)要比普通空調(diào)節(jié)能30%左右。通常地源熱泵消耗1KW的能量，用戶可以得到5KW以上的熱量或4KW以上冷量，所以我們將其稱為節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)。17.6 地源熱泵系統(tǒng)(xtng)第27頁(yè)/共30頁(yè)第二十七頁(yè)，共30頁(yè)。3、節(jié)省空間、美觀 傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的換熱器置于室外，破壞建筑的外觀。而地源熱泵把換熱器埋于地下，沒有冷卻塔、鍋爐房和其它設(shè)備，省去了鍋爐房，冷卻塔占用的寶貴面積，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益，并改善了環(huán)境外部形象，保持建筑物外觀的完美。 4、保護(hù)環(huán)境 地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70以上，真正的實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。設(shè)備的運(yùn)行沒有燃油、燃煤污染。不抽取地下水，沒有地下水位下降、地面沉降和開鑿(kizo)回灌井等問題，是真正的綠色環(huán)保能源利用方式。17.6 地源熱泵系統(tǒng)(xtng)第28頁(yè)/共3