制冷循環(huán)與熱泵

制冷循環(huán)與熱泵要點：1、 制冷循環(huán)2、 熱泵3、 熱泵實例講解4、 發(fā)展趨勢.、乙、?前言——熱能動力裝置：把熱能轉(zhuǎn)換成機械能供人們利用能量轉(zhuǎn)換裝置——以實現(xiàn)熱能由低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移，是一種逆向循環(huán)

制冷裝置和熱泵：消耗外部機械功（或其他形式能量），制冷循環(huán)與熱泵區(qū)別制冷循環(huán)：目的是從低溫熱源（如冷庫）不斷取走熱量，以維持其低溫制冷循環(huán)與熱泵區(qū)別熱泵：目的是向高溫物體（如供暖建筑物）提供熱量，以保持其高溫制冷循環(huán)與熱泵的熱力學本質(zhì)是相同的體。都是使熱量從低溫物體傳向高溫物制冷循環(huán)與熱泵的熱力學本質(zhì)是相同的體。都是使熱量從低溫物體傳向高溫物制冷與熱泵循環(huán)的經(jīng)濟性指標：st+Qi8'=您=net"LSnet Snet式中，#-熱泵供暖系數(shù)（熱泵工作性能系數(shù)COP'）￡-制冷循環(huán)的制冷系數(shù)（制冷裝置的工作性能系數(shù)COP）；qH-供給室內(nèi)空氣的熱量;qL-取自環(huán)境介質(zhì)的熱量;①碩-供給系統(tǒng)的凈功。一、 制冷循環(huán)制冷系統(tǒng)的工作原理，制冷系統(tǒng)（壓縮式制冷）一般由四部分組成：壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器。其工作過程為：低溫低壓的液態(tài)制冷劑（例如氟利昂），首先在蒸發(fā)器（例如空調(diào)室內(nèi)機）里從高溫熱源（例如常溫空氣）吸熱并氣化成低壓蒸氣。然后制冷劑氣體在壓縮機內(nèi)壓縮成高溫高壓的蒸氣，該高溫高壓氣體在冷凝器內(nèi)被低溫熱源（例如冷卻水）冷卻凝結(jié)成高壓液體。再經(jīng)節(jié)流元件（毛細管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥等）節(jié)流成低溫低壓液態(tài)制冷劑。如此就完成一個制冷循環(huán)?！赶臋C械功：壓縮氣體、壓縮蒸氣-消耗熱能：吸收式制冷循環(huán)分類--消耗高壓蒸氣：氣流引射式-消耗電能：熱電制冷（半導體）1.1、壓縮空氣制冷循環(huán)圖1壓辯空氣制冷循環(huán)裝曾流況圖圖中Tc為冷庫中需要保持的溫度，To為環(huán)境溫度。從冷庫出來的空氣（狀態(tài)1），T1=Tc；進入壓氣機后被絕熱壓縮到狀態(tài)2，此時溫度已高于To；然后進入冷卻器，在定壓下將熱量傳給冷卻水，達到狀態(tài)3,T3=To；再導入膨脹機絕熱膨脹到狀態(tài)4,此時溫度已低于Tc；最后進入冷庫，在定壓下自冷庫吸收熱量，回到狀態(tài)1，完成循環(huán)。1.2、吸收式制冷循環(huán)吸收式制冷循環(huán)利用制冷劑在溶液中不同溫度下具有不同溶解度的特性，使制冷劑在較低的溫度和壓力下被吸收劑（即溶劑）吸收，同時又使它在較高的溫度和壓力下從溶液中蒸發(fā)，完成循環(huán)實現(xiàn)制冷目的。下面以漠化鋰為吸收劑、水作制冷劑的吸收式制冷循環(huán)為例進行說明。從冷凝器流出的飽和水經(jīng)節(jié)流閥降壓降溫，形成干度很小的濕飽和蒸汽。進入蒸發(fā)器從冷庫吸熱，定壓汽化，成為干度很大的濕飽和蒸汽或干飽和蒸汽，送入吸收器。與此同時，蒸汽發(fā)生器中因水蒸發(fā)而濃度升高的漠化鋰溶液經(jīng)減壓閥后也流入吸收器，吸收從蒸發(fā)器來的飽和水蒸氣，生成稀漠化鋰溶液，吸收過程中放出的熱量由冷卻水帶走。稀漠化鋰溶液由溶液泵加壓送入蒸汽發(fā)生器并被加熱。由于溫度升高，水在漠化鋰溶液中的溶解度降低，蒸汽逸出液面形成與溶液平衡的較高壓力、較高溫度的水蒸氣。水蒸氣進入冷凝器，放熱凝結(jié)成飽和水，完成循環(huán)。二、熱泵熱泵(HeatPump)是一種將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源的裝置，也是全世界倍受關(guān)注的新能源技術(shù)。它不同于人們所熟悉的可以提高位能的機械設備——“泵”；熱泵通常是先從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經(jīng)過電力做功，然后再向人們提供可被利用的高品位熱能。熱泵系統(tǒng)的工作原理與制冷系統(tǒng)的工作原理是一致的。通常熱泵的供暖系數(shù)為3-4左右，也就是說，熱泵能夠?qū)⒆陨硭枘芰康?到4倍的熱能從低溫物體傳送到高溫物體。所以熱泵實質(zhì)上是一種熱量提升裝置，工作時它本身消耗很少一部分電能，卻能從環(huán)境介質(zhì)(水、空氣、土壤等)中提取4-7倍于電能的裝置，提升溫度進行利用，這也是熱泵節(jié)能的原

因。歐美日都在競相開發(fā)新型的熱泵。據(jù)報導新型的熱泵的供暖系數(shù)可6到8。如果這一數(shù)值能夠得到普及的話，這意味著能源將得到更有效的利用。熱泵的分類如下：-空氣源熱泵按蒸發(fā)器中熱源-水源熱泵：地下水源熱泵、地表水源熱泵種類不同 一-地源熱泵：土壤源熱泵-復合熱泵：太陽-空氣源、太陽-水源、土壤-水源I■蒸氣壓縮式：通過工質(zhì)相變實現(xiàn)-氣體壓縮式：工質(zhì)始終是氣體，無相變按工作原理不同--吸收式：水按工作原理不同--吸收式：水-漠化鋰、氨-水-蒸汽噴射式一熱電勢L化學熱泵一熱電勢L化學熱泵三、熱泵循環(huán)實例3.1、回收循環(huán)水余熱的熱泵供熱系統(tǒng)背景：能源危機已逐漸成為全球所面臨的重要問題。由于煤炭、石油、天然氣等儲量有限以及燃用這些能源所帶來的環(huán)境問題，近年來人們越來越重視能量梯級利用及余熱回收。我國北方城市季節(jié)性特征明顯，采暖期一般為4~6個月，因此該地區(qū)采暖供熱的需求較大，利用大型區(qū)域性熱電廠進行集中供熱，可節(jié)約能源、減少環(huán)境污染，具有較高的熱經(jīng)濟性，成為我國北方地區(qū)冬季供熱的主要方式。囹4囹4恃統(tǒng)供德方式調(diào)節(jié)抽汽式供熱機組已成為我國集中供熱的主力機組。如圖4調(diào)節(jié)抽汽式供熱機組已成為我國集中供熱的主力機組。如圖4所示，傳統(tǒng)供熱方式中，汽輪機抽汽直接進入熱網(wǎng)加熱器中，將熱網(wǎng)水從55°C加熱至130°C左右。從能量梯級利用角度來看，其存在的問題主要有：直接利用汽輪機抽汽(溫度高達230°C)在熱網(wǎng)加熱器中加熱熱網(wǎng)返回水，將熱網(wǎng)返回水從55^左右加熱到130C左右，熱網(wǎng)加熱器中換熱溫差大，存在很大的不可逆損失，抽汽的熱能并沒有得到高效利用；汽輪機排汽的潛熱在凝汽器中被循環(huán)水帶走，并最終散失于環(huán)境中，循環(huán)水的余熱沒有得到有效利用。為此引入熱泵供熱。膈機0.35MPa左右。從能量梯級利用角度來看，其存在的問題主要有：直接利用汽輪機抽汽(溫度高達230°C)在熱網(wǎng)加熱器中加熱熱網(wǎng)返回水，將熱網(wǎng)返回水從55^左右加熱到130C左右，熱網(wǎng)加熱器中換熱溫差大，存在很大的不可逆損失，抽汽的熱能并沒有得到高效利用；汽輪機排汽的潛熱在凝汽器中被循環(huán)水帶走，并最終散失于環(huán)境中，循環(huán)水的余熱沒有得到有效利用。為此引入熱泵供熱。膈機0.35MPa218.&f抽汽 *!4叫叫u|政伽、-熱集疏戒 '蜂戢州長器囹5熱泉供熱方式如圖5所示，在熱泵供熱方式中，先利用部分汽輪機抽汽驅(qū)動漠化鋰吸收式熱泵，將熱網(wǎng)返回水從55C加熱至80C，同時回收部分循環(huán)水余熱，而后再利用汽輪機抽汽在峰載加熱器中將熱網(wǎng)水從80C加熱至130C。吸收式熱泵能夠有效利用低品位熱能，例如太陽能、地熱能和工藝廢熱等，具有對環(huán)境污染小的優(yōu)點。將電站循環(huán)水作為低溫熱源，利用吸收式熱泵提高其品位，可實現(xiàn)向用戶供熱，一方面回收了循環(huán)水余熱，提高供熱系統(tǒng)的供熱量，解決供熱系統(tǒng)的供需矛盾；另一方面，進入熱網(wǎng)加熱器的熱網(wǎng)水溫度升高，熱網(wǎng)加熱器中的不可逆損失減少，抽汽熱能得到了有效利用。圖6旬收循環(huán)水索站的熱泵也的壽毓漠化鋰吸收式熱泵是利用漠化鋰溶液的吸收特性，實現(xiàn)熱量從低溫熱源向高溫熱源的傳遞。如圖6所示，利用汽輪機部分抽汽，將進入發(fā)生器(G)的漠化鋰稀溶液11加熱，水汽化后，漠化鋰稀溶液變?yōu)闈馊芤?2。漠化鋰濃溶液通過溶液熱交換器預熱進入發(fā)生器的稀溶液10,而后進入吸收器(A)，在其中吸收來自蒸發(fā)器(E)的水蒸氣17而變成稀溶液9。在吸收過程中放出的熱量用于加熱熱網(wǎng)水1，漠化鋰稀溶液9被泵打入發(fā)生器，從而完成溶液的循環(huán)。發(fā)生器中受熱汽化的水蒸氣14則進入冷凝器(C)被冷凝成水，其放出的熱量也被用于加熱熱網(wǎng)水。冷凝器內(nèi)凝結(jié)形成的水15節(jié)流后進入蒸發(fā)器，在其中被循環(huán)水加熱成飽和蒸汽17,而后進入吸收器，被從發(fā)生器來的濃溶液13吸收，如此反復循環(huán)。熱網(wǎng)返回水則依次在吸收器、冷凝器和峰載加熱器內(nèi)吸熱，而后給熱用戶供熱。廠熱網(wǎng)水循環(huán)：1-A-2-C-3-4-1-漠化鋰溶液循環(huán)：9-10-11-G-12-13-A-9五個循環(huán)一-蒸汽循環(huán)：17-A-9-10-11-G-14-C-15-16-E-17-循環(huán)水：18-E-19-18-汽輪機抽汽：5-G-6-5「蒸發(fā)器：利用循環(huán)水的余熱將濕飽和蒸汽加熱為干飽和蒸汽-吸收器：漠化鋰濃溶液吸收水蒸氣過程中放出的熱量用于加熱熱網(wǎng)水五個部件_-蒸汽發(fā)生器：利用汽輪機部分抽汽加熱漠化鋰溶液，使汽液分離-溶液熱交換器：流出吸收器的稀溶液與流出發(fā)生器的濃溶液進行熱交換-冷凝器：發(fā)生器產(chǎn)生的過熱水蒸氣在冷凝器中凝結(jié)，放出的熱量用于加熱熱網(wǎng)水3.2、基于真空閃蒸閃凝熱泵的發(fā)電廠深度節(jié)能、節(jié)水技術(shù)(通過脫硫漿液回收煙氣余熱)回收濕法脫硫后煙氣中的水蒸氣和潛熱具有節(jié)能、節(jié)水和環(huán)保的多重效益。山東大學燃煤污染物減排國家工程實驗室提出的真空閃蒸閃凝■熱泵技術(shù)(簡稱“FEC-HP”技術(shù))克服了煙氣余熱回收的技術(shù)難題，最大限度地回收了了煙氣余熱和水。

工藝系統(tǒng)圖如圖7所示，在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的基礎上附加一套漿液真空閃蒸閃凝裝置（FEC）和熱泵系統(tǒng)（HP），部分脫硫漿液被循環(huán)漿液泵抽出后進入真空閃蒸閃凝裝置發(fā)生低溫閃蒸，未發(fā)生閃蒸的冷漿液重新被噴入脫硫吸收塔與煙氣接觸換熱，將煙氣溫度進一步降低，漿液吸收溫度后繼續(xù)進行下一步循環(huán)。在FEC裝置中，發(fā)生閃蒸的水分蒸發(fā)得到閃蒸蒸汽，遇冷發(fā)生閃凝得到凈化水，同時釋放的凝結(jié)潛熱被熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器吸收，經(jīng)過熱泵提溫提質(zhì)后可以用于預熱空氣、對外供熱以及煙氣再熱。利用方式一：集中供熱，如圖8所示。與3.1的區(qū)別是，循環(huán)水變成了脫硫漿液，分析方法是一樣的。利用方式二：前置式空氣預熱器，如圖9所示。與3.1的區(qū)別是，熱網(wǎng)水變成了空氣，循環(huán)水變成了脫硫漿液，分析方法是一樣的。汽MtotN矛炯rm―to汽MtotN矛炯rm―to圖9非旁路燃氣系統(tǒng)■t..4^4t-f*FGD3.3、熱泵的其他應用1、 煙氣余熱回收（吸收式熱泵）2、 鋼鐵企業(yè)爐渣余熱利用（吸收式熱泵）3、 工業(yè)園區(qū)空調(diào)冷熱源系統(tǒng)（地源熱泵、水源熱泵）4、 建筑設計中暖通節(jié)能技術(shù)（暖通空調(diào)）5、 水源熱泵+冰蓄冷系統(tǒng)作為獨特的空調(diào)冷熱源形式在商業(yè)建筑中的應用（水源熱泵）6、 基于地源熱泵的鐵路道岔融雪系統(tǒng)（地源熱泵）7、 太陽能光伏光熱恒溫泳池系統(tǒng)（空氣源熱泵）8、 蓄熱型太陽能熱泵LPG氣化系統(tǒng)在住宅小區(qū)的應用（太陽能熱泵）9、 礦井降溫與熱能利用一體化（某種熱泵）10、 典型純電動汽車空調(diào)系統(tǒng)11、 天然氣和熱泵替代燃煤供暖（空氣源熱泵）12、 城市污水源熱泵在建筑節(jié)能中的應用（污水源熱泵）13、 醫(yī)院地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)（地源熱泵）14、 城市污水處理廠利用產(chǎn)出沼氣驅(qū)動熱泵以回收污水中余熱（沼氣機熱泵）15、 熱泵節(jié)能型烤煙技術(shù)16、 吸收式熱泵在染紗廠廢水余熱回收中的應用（吸收式熱泵）四、發(fā)展過程及趨勢熱泵技術(shù)是近年來在全世界非常受關(guān)注的新能源技術(shù)?！盁岜谩笔且环N能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經(jīng)過電力做功，提供可被人們所用的高品位熱能的裝置。縱觀熱泵技術(shù)的歷史發(fā)展狀況，可以看出所有的熱泵科技都與能源有著密不可分的聯(lián)系，所以，一些自然資源十分缺少的地區(qū)（比如歐洲、日本）十分看重熱泵技術(shù)的發(fā)展和研制，至今其技藝在世界仍舊數(shù)一數(shù)二。自1990年之后，熱泵技術(shù)的研制便一直處于上升階段，在21世紀時表現(xiàn)尤為明顯，眾多國家因為能源不足所帶來的壓力和本國經(jīng)濟發(fā)展的最終水平，成為研制熱泵技術(shù)的最大動力。20世紀70年代以來，熱泵工業(yè)進入了黃金時期，世界各國對熱泵的研究工作都十分重視。諸如國際能源機構(gòu)和歐洲共同體，都制定了大型熱泵發(fā)展計劃。熱泵新技術(shù)層出不窮，熱泵的用途也在不斷的開拓，廣泛應用于空調(diào)和工業(yè)領域，在能源的節(jié)約和環(huán)境保護方面起著重大的作用。相對世界熱泵的發(fā)展，中國熱泵的研究工作起步約晚20-30年左右。新中國成立后，隨著工業(yè)建設新高潮的到來，熱泵技術(shù)才開始引入中國。進入21世紀后，由于中國沿海地區(qū)的快速城市化、人均DP的增長等因素拉動了中國空調(diào)市場的發(fā)展，促進了熱泵在中國的應用越來越廣泛。經(jīng)過多年的培育，中國熱泵行業(yè)開始從導入期轉(zhuǎn)入成長期。熱泵行業(yè)快速發(fā)展，一方面得益于能源緊張使得熱泵節(jié)能優(yōu)勢越來越明顯，另一方面與多方力量的加入推動行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新有很大關(guān)系。隨著中央政府節(jié)能減排政策的推進和能源趨緊，尤其是電力短缺，全國各地方政府紛紛采取了許多積極有效的措施來應對，鼓勵使用熱泵產(chǎn)品就是其應對措施之一，這些積極的鼓勵政策給熱泵市場注入了活力，并在華東、華南、華北等地區(qū)形成了熱泵經(jīng)濟帶，熱泵市場