第1章 地源熱泵概論

第1章概論1.1熱泵的節(jié)能與環(huán)境效益1.2熱泵循環(huán)的熱力學(xué)原理1.3熱泵的低位熱源1.4熱泵的驅(qū)動能源和驅(qū)動裝置1.5熱泵的分類1.6熱泵發(fā)展的現(xiàn)狀與展望1.7熱泵課程特點與要求1.1熱泵的節(jié)能與環(huán)境效益1.1.1熱泵定義1.1.2熱泵的節(jié)能效益1.1.3熱泵的環(huán)境效益返回首頁1.1.1熱泵定義熱泵：一種以消耗部分能量作為補(bǔ)償條件使熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的能量利用裝置。與制冷機(jī)比較：相同：熱力學(xué)原理不同：使用的目的；工作溫度范圍。定義擴(kuò)展：所謂熱泵，即是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置。

利用熱泵，可以把不能直接利用的低品位熱能（如空氣、土壤、水中所含的熱能，太陽能，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)省部分高位能（如煤、燃?xì)?、油、電能等）的目的。。熱泵是一種高效節(jié)能的建筑物空調(diào)冷熱源裝置，利用熱泵可實現(xiàn)建筑物的冬季供熱和夏季供冷，或單獨(dú)實現(xiàn)供熱的功能。1.1.1熱泵定義熱泵循環(huán)是一種逆向循環(huán)。（如圖所示）循環(huán)目的：把低溫?zé)嵩吹臒崃哭D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩慈?。如循環(huán)的目的是給高溫物體（如供暖的房間）不斷地提供熱量，以保證高溫物體的溫度，稱之為熱泵循環(huán)。如果循環(huán)的目的是從低溫物體（如冷藏室、冷庫等）不斷取走熱量，以維持物體的低溫，稱之為制冷循環(huán)。1.1.1熱泵定義T0TAThWWQ2Q2Q1WQ2Q1Q1T0—低溫?zé)嵩礈囟?/p>

Th—高溫?zé)嵩礈囟萒A—環(huán)境溫度Q1—工質(zhì)從低溫?zé)嵩次鼰崃?/p>

Q2—工質(zhì)向高溫?zé)嵩捶艧崃縒—為完成逆循環(huán)工質(zhì)消耗的外界功量判斷：熱泵循環(huán)？特點？衡量熱泵循環(huán)和制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)都用性能系數(shù)（COP）來表示，它是得到的收益與耗費(fèi)的代價之比值。習(xí)慣上，熱泵循環(huán)的性能系數(shù)稱為供熱系數(shù)COPh，而將制冷循環(huán)的性能系數(shù)稱為制冷系數(shù)COP。常見的熱泵形式有：機(jī)械壓縮式、熱力壓縮式（吸收式、蒸氣噴射式和吸附式）以及熱電式等。熱泵評價1.1.2熱泵的節(jié)能效益熱泵空調(diào)技術(shù)是一種有效的節(jié)能手段，可以大大降低一次能源的消耗。研究表明，電動熱泵的制熱系數(shù)只要大于3，則從能源利用觀點看熱泵就會比熱效率為80％的區(qū)域鍋爐房用能節(jié)省。例如：若向室內(nèi)供熱10kw，采用兩種用供熱方案（1）采用電阻式加熱器，直接加熱室內(nèi)空氣，則需要供給的電能為10kw（2）用電能拖動熱泵供熱。假設(shè)供熱溫度為45℃低溫?zé)嵩礈囟葹?℃，熱泵采用逆卡諾循環(huán)，則εh=T2/（T2-T1）=7.07W=Q/εh=1.414W=Q/ε=3.33333(?)

節(jié)能效果明顯！1.1.3熱泵的環(huán)境效益熱泵技術(shù)就是一種有效節(jié)省能源、減少CO2排放和大氣污染的環(huán)保技術(shù)。把熱泵作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，可以把自然界中的低溫廢熱轉(zhuǎn)變?yōu)榕照{(diào)系統(tǒng)可利用的再生熱能，節(jié)約了礦物燃料，進(jìn)而減少溫室氣體排放。能源及環(huán)境污染能源及其分類世界能源狀況我國能源狀況發(fā)達(dá)國家環(huán)境污染概況及特點我國環(huán)境污染概況及特點

能源及其分類能源

用來產(chǎn)生各種所需能量的自然資源。它是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動力，是人們可持續(xù)發(fā)展的重要保證，縱觀人類社會發(fā)展的歷史，人類文明的每一次重大進(jìn)步都伴隨著能源的改進(jìn)和更替。能源的開發(fā)利用極大地推進(jìn)了世界經(jīng)濟(jì)和人類社會的發(fā)展。

自然資源：在一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，自然界中對人類有用的一切物質(zhì)和能量。如：土地、水、氣候、生物和礦產(chǎn)資源等。

經(jīng)過漫長歲月的進(jìn)化，地球已經(jīng)儲存了可觀的能源。

一次能源可再生能源:太陽能、風(fēng)能、水利能、生物能、海洋能、地?zé)岬炔豢稍偕茉矗好禾?、石油、天然氣、核能等二次能源：煤氣、電力、蒸汽、液化氣?/p>

能源分類世界能源狀況當(dāng)前，資源、能源、環(huán)境氣候變化問題已成為人類社會發(fā)展面臨的共同挑戰(zhàn)，世界各國都在努力尋求解決這一問題的辦法和途徑。從目前世界各國既定能源戰(zhàn)略來看，大規(guī)模的開發(fā)利用新能源已成為未來世界各國能源戰(zhàn)略的重要組成部分。世界能源狀況化石燃料（主要：煤炭、石油、天然氣）發(fā)展趨勢：固、液、氣。

1998：全球天然氣消費(fèi)超過煤炭。預(yù)測：2020年內(nèi)各年增長率，煤：24%，石油：40%，天然氣：26%。新能源截至2006年底，世界新能源發(fā)電裝機(jī)約1.4億千瓦，其中風(fēng)力發(fā)電7422.3萬千瓦，生物質(zhì)發(fā)電5000萬千瓦。

新能源

各類新能源發(fā)展概況（數(shù)據(jù)截至2006年底）

太陽能發(fā)電總裝機(jī)≈800萬千瓦太陽能太陽能熱水器>1.5億平方米風(fēng)電總裝機(jī)7422.3萬千瓦

生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)5000萬千瓦生物質(zhì)能生物液體燃料3500萬噸

地?zé)崮馨l(fā)電總裝機(jī)1000萬千瓦海洋能潮汐發(fā)電總裝機(jī)約30萬千瓦可燃冰調(diào)查和摸索階段，估算儲量2.1億億m3

氫能開發(fā)熱點，但技術(shù)挑戰(zhàn)大新能源

從世界新能源的利用與發(fā)展趨勢看，新能源利用在總能源消費(fèi)中比例仍很小，其中風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能發(fā)展最快，產(chǎn)業(yè)前景最好，其開發(fā)利用增長率遠(yuǎn)高于常規(guī)能源。風(fēng)力發(fā)電在新能源發(fā)電技術(shù)中成本最接近于常規(guī)能源，因而也成為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的新能源技術(shù)，年增長率達(dá)27%。氫能、天然氣水合物、核聚變還很少利用或處于研究階段。太陽能

太陽能利用包括太陽能光伏發(fā)電、太陽熱發(fā)電，以及太陽能熱水器和太陽房等熱利用方式。

光伏發(fā)電最初作為獨(dú)立的分散電源使用，近年來并網(wǎng)光伏發(fā)電的發(fā)展速度加快，市場容量已超過獨(dú)立使用的分散光伏電源。2006年，全世界太陽能電池產(chǎn)量為252.1萬千瓦，光伏太陽能系統(tǒng)已累計安裝超過800萬千瓦。

太陽能熱發(fā)電技術(shù)研發(fā)進(jìn)展很快，目前已進(jìn)入商業(yè)化階段，商業(yè)化技術(shù)主要掌握在西班牙、德國、美國、澳大利亞和以色列等國手中，目前裝機(jī)容量約40萬千瓦。太陽能熱利用技術(shù)成熟，經(jīng)濟(jì)性好，可大規(guī)模應(yīng)用，2005年全世界太陽能熱水器的總集熱面積已達(dá)到約1.4億平方米。風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電包括離網(wǎng)運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，技術(shù)已基本成熟。近年來，并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組和單機(jī)容量不斷增大，新增風(fēng)電機(jī)組的平均單機(jī)容量超過1MW，單機(jī)容量4MW的風(fēng)電機(jī)組已投入運(yùn)行，風(fēng)電場建設(shè)已從陸地向海上發(fā)展。到2006年底，全世界風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)74223MW，最近5年來平均年增長率達(dá)30%。隨著風(fēng)電的技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，風(fēng)電成本持續(xù)下降，經(jīng)濟(jì)性與常規(guī)能源已十分接近。生物質(zhì)能（一）現(xiàn)代生物質(zhì)能的發(fā)展方向是高效清潔利用，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為優(yōu)質(zhì)能源，包括電力、燃?xì)?、液體燃料和固體成型燃料等。生物質(zhì)發(fā)電主要有農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電、垃圾發(fā)電和沼氣發(fā)電等。到2005年底，全世界生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)容量約為5000萬千瓦，主要集中在北歐和美國。生物質(zhì)能（二）全球燃料乙醇業(yè)正在經(jīng)歷快速增長，從2000年不足150億升，增加到2006年的380億升,但燃料乙醇產(chǎn)業(yè)仍然只是集中在巴西和美國，占到世界總產(chǎn)量的92%。盡管乙醇生產(chǎn)在2000年后增長迅速，但仍然只相當(dāng)于世界石油生產(chǎn)的0.5%。歐盟是生物柴油生產(chǎn)增長最快的地區(qū)，以德國、法國、意大利為首。德國的生物柴油產(chǎn)量居世界首位，2005年占全世界生產(chǎn)量的一半。同時，德國也是全球生物柴油消費(fèi)最多的國家，2004年已達(dá)110萬噸。沼氣已是成熟的生物質(zhì)能利用技術(shù)，在歐洲、中國和印度等地已建成了大量沼氣工程和分散的戶用沼氣池。地?zé)崮?/p>

地?zé)崮芾冒òl(fā)電和熱利用兩種方式，技術(shù)均比較成熟。到2006年底，全世界地?zé)岚l(fā)電總裝機(jī)容量9600MW，主要集中在美國、冰島、意大利等國家。地?zé)崮艿臒崂冒说責(zé)崴闹苯永煤偷卦礋岜霉岷椭评?，在發(fā)達(dá)國家以得到廣泛應(yīng)用，近5年來全世界地?zé)崮軣崂媚昃鲩L約13%。

海洋能

海洋能資源狀態(tài)包括波浪能、潮汐能、潮流能、溫差能等。潮汐發(fā)電、波浪發(fā)電和洋流發(fā)電等海洋能的開發(fā)利用近年來取得較大進(jìn)展，初步形成規(guī)模的主要是潮汐發(fā)電，全世界潮汐發(fā)電總裝機(jī)容量約30萬千瓦。

在亞洲，菲律賓和印度尼西亞的各島嶼，以及中國和日本海岸流動的海流，都具有巨大的潛力。在歐洲，潮汐電站的場址達(dá)上百個。在美洲，墨西哥政府計劃在未來幾年將投資數(shù)十億比索在該國西部潮汐較大的加利福尼亞灣沿海造上百座潮汐電站。核能上世紀(jì)80年代，年增長率：140%，90年代：4.7%。1999年，全球：32座在建，95座關(guān)閉（18年內(nèi)），431座在運(yùn)行。在北美、西歐：沒有在建項目，增長主要在亞洲：日本、印度、中國等。預(yù)測：將在2010年達(dá)到高峰，2020年后會下降，其年增長率將從1997年的7%，降到5%。未來主導(dǎo)能源新能源：30%；

天然氣：30%；油：10%；煤炭：30%。新能源：40%；

天然氣：40%；油：10%；煤炭：10%。（世界能源協(xié)會估計）我國能源狀況總量多,人均量少

我國擁有較為豐富的化石能源資源。其中，煤炭占主導(dǎo)地位。2006年，煤炭保有資源量10345億噸，剩余探明可采儲量約占世界的13%，列世界第三位。已探明的石油、天然氣資源儲量相對不足，油頁巖、煤層氣等非常規(guī)化石能源儲量潛力較大。中國擁有較為豐富的可再生能源資源。水力資源理論蘊(yùn)藏量折合年發(fā)電量為6.19萬億千瓦時，經(jīng)濟(jì)可開發(fā)年發(fā)電量約1.76萬億千瓦時，相當(dāng)于世界水力資源量的12%，列世界首位。

總量—陸地:3；地表水：6；耕地：4；森林：6；草地：2；礦產(chǎn)：3；水利：1；太陽能：2；煤炭：3。

但由于我國人口眾多，人均能源資源擁有量在世界上處于較低水平。

人均——

水、耕地、林地、草地相當(dāng)于世界人均：1/4、1/3、1/6、1/3。礦產(chǎn)：1/2；煤炭：1/2；天然氣：1/15；石油：18.3%。種類多,類型齊全

東農(nóng)西牧，南水北草。礦產(chǎn)：153/171。地域分布不均勻

水資源：東多西少，南多北少。礦產(chǎn)：80%在西北部；石油、煤炭：75%長江以北，主要賦存在華北、西北地區(qū)。水力資源主要分布在西南地區(qū)，天然氣資源主要賦存在東、中、西部地區(qū)和海域。中國主要的能源消費(fèi)地區(qū)集中在東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，資源賦存與能源消費(fèi)地域存在明顯差別。大規(guī)模、長距離的北煤南運(yùn)、北油南運(yùn)、西氣東輸、西電東送，是中國能源流向的顯著特征和能源運(yùn)輸?shù)幕靖窬帧?/p>

資源質(zhì)量不理想，優(yōu)質(zhì)資源所占比重小

礦產(chǎn)（除煤）：多貧，復(fù)雜難用多，中小型多。石油、天然氣：28%。非常規(guī)能源資源勘探程度低，經(jīng)濟(jì)性較差，缺乏競爭力。開發(fā)利用存在的問題

人均擁有少，相對不足；利用率、回收率低，浪費(fèi)嚴(yán)重。與世界相比，中國煤炭資源地質(zhì)開采條件較差，大部分儲量需要井工開采，極少量可供露天開采。石油天然氣資源地質(zhì)條件復(fù)雜，埋藏深，勘探開發(fā)技術(shù)要求較高。未開發(fā)的水力資源多集中在西南部的高山深谷，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，開發(fā)難度和成本較大。發(fā)達(dá)國家環(huán)境污染概況及特點世界上發(fā)達(dá)國家環(huán)境污染的發(fā)生、發(fā)展和演變過程。大體上分為三個階段:第一階段:18世紀(jì)末~20世紀(jì)中期第二階段:20世紀(jì)中期~上世紀(jì)70年代第三階段:上世紀(jì)70年代~至今第一階段概況:

隨著工業(yè)的發(fā)展而加重特征:主要是燃煤引起.“煤煙型”污染主要污染物:煙塵和SO2等當(dāng)時社會概況:各國政府開始“能源管理”、“除塵設(shè)施”，但沒有充分重視，采取措施不夠有利后果:污染物不斷增加，環(huán)境狀況進(jìn)一步惡化公害發(fā)生期，也是環(huán)境法的產(chǎn)生時期

第二階段概況:

各國工業(yè)迅速發(fā)展，汽車數(shù)量倍增，石油類燃料消耗量劇增，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。著名公害事件。特征:不再限于城市和工礦，廣域污染，“石油型”污染主要污染物:飄塵、重金屬、SO2、NOx、CO和碳?xì)浠衔锏?。?dāng)時社會概況：西方工業(yè)化國家公害發(fā)展和泛濫時期全球汽車數(shù)量劇增。年礦物燃料消耗：20世紀(jì)初<15億噸，70年代到80億噸。大量SO2和NOx的進(jìn)入大氣圈形成酸雨，CO2濃度持續(xù)增高。后果:“溫室效應(yīng)”產(chǎn)生，既影響到全球氣候，又成為國際社會普遍關(guān)注的全球性環(huán)境污染問題。著名的環(huán)境污染公害事件比利時∽馬斯河谷事件美國∽多諾拉事件美國∽洛杉磯光化學(xué)煙霧事件英國∽倫敦?zé)熿F事件日本∽四日市哮喘事件馬斯河谷事件時間：1930年12月1~5日地點：比利時馬斯河谷工業(yè)區(qū)特征及起因：工業(yè)區(qū)在狹窄盆地中，12月1~5日由于發(fā)生氣溫逆轉(zhuǎn)，工廠排出的有害氣體在近地層積累。后果：三天后有人發(fā)病，癥狀為胸痛、咳嗽、呼吸困難等。一周內(nèi)有60多人死亡，心臟病、肺病患者死亡率最高。多諾拉事件時間：1948年10月26~31日地點：美國賓夕法尼亞州多諾拉鎮(zhèn)特征及起因：該鎮(zhèn)處于河谷內(nèi)，1948年10月最后一個星期，大部分地區(qū)受反氣旋和逆溫控制，加上26~30日持續(xù)有霧，使大氣污染物在近地層積累。SO2及其氧化作用的產(chǎn)物與大氣中塵粒結(jié)合是致害因素。后果：三發(fā)病者5911人，占全鎮(zhèn)總?cè)丝?3%；死亡17人。癥狀：眼痛、肢體酸乏、嘔吐、腹瀉。洛杉磯光化學(xué)煙霧事件時間：20世紀(jì)40年代初地點：美國洛杉磯市特征及起因：全市250多萬輛汽車每天消耗汽油1600萬升，向大氣排放大量碳?xì)浠衔铩Ox、CO。該市臨海依山，處于50km長的盆地中，汽車排出的廢氣在日光作用下，形成以臭氧為主的光化學(xué)煙霧。后果：眼睛紅腫、流淚、喉痛、咳嗽、心臟障礙和肺功能衰竭等，65歲老人死亡400多人。倫敦?zé)熿F事件時間：1952年12月5~8日地點：英國倫敦市特征及后果：5~8日英國幾乎全境為濃霧覆蓋，四天中死亡人數(shù)約4000，其中45歲以上的死亡者最多，約為平時的3倍；一歲以下死亡的約為平時的2倍。事件發(fā)生的一周內(nèi)因支氣管炎死亡人數(shù)約為平時的9.3倍。四日市哮喘事件時間：1961年地點：日本四日市特征及起因：1955年以來，該市石油冶煉和工業(yè)燃油產(chǎn)生的廢氣，嚴(yán)重污染城市空氣。重金屬微粒與SO2形成硫酸煙霧。后果：1961年哮喘病發(fā)作，1967年一些患者不堪忍受痛苦而自殺。1972年全市共確認(rèn)哮喘病患者達(dá)817人，死亡10多人。到1979年10月底，確認(rèn)大氣污染性疾病患者人數(shù)為775491人。第三階段概況:

各國開始重視環(huán)境保護(hù)，加強(qiáng)環(huán)境立法，投入大量人力、物力和財力，經(jīng)過嚴(yán)格控制和綜合治理，取得了顯著成效，環(huán)境污染得到基本控制，環(huán)境質(zhì)量明顯改善。特征:能源結(jié)構(gòu)以石油和天然氣為主，“油氣型”污染后果:1952年后，倫敦?zé)o類似“倫敦?zé)熿F事件”產(chǎn)生；1968年后，日本在工業(yè)繼續(xù)增長的情況下，大氣中的飄塵、SO2、CO等濃度不斷下降。我國環(huán)境污染概況及特點我國是世界上環(huán)境污染比較嚴(yán)重的國家之一，城市環(huán)境污染更為嚴(yán)重。據(jù)《1999年中國環(huán)境狀況公報》顯示，我國環(huán)境形勢仍然相當(dāng)嚴(yán)峻，多項污染物排放總量很大，污染程度仍處于相當(dāng)高的水平，一些地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量仍在惡化，相當(dāng)多的城市水、氣、聲、土壤環(huán)境污染仍較嚴(yán)重；中國主要河流有機(jī)污染普遍，面源污染日益突出，遼河、海河污染嚴(yán)重，準(zhǔn)河水質(zhì)較差，黃河水質(zhì)不容樂觀。

近海環(huán)境狀況總體較差，海洋環(huán)境污染惡化的趨勢仍未得到有效控制，而大氣環(huán)境污染仍然以煤煙型為主，主要污染物為總懸浮顆粒物和二氧化硫，少數(shù)特大城市屬煤煙與汽車尾氣污染并重類型；酸雨污染范圍大體未變，污染程度居高不下，工業(yè)固體廢物的堆存占用大量土地，并對空氣、地表水和地下水產(chǎn)生二次污染。

從城市到鄉(xiāng)村，我國的大氣、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。據(jù)統(tǒng)計，全國七大水系和內(nèi)陸河流的110個重點河段中，屬4類和5類水體的占39%；城市地面水污染普遍嚴(yán)重，并呈進(jìn)一步惡化的趨勢，136條流經(jīng)城市的河流中，屬4類、5類和超過5類標(biāo)準(zhǔn)的高達(dá)76.8%；約50%的城市地下水受到不同程度的污染；全國大淡水湖如滇池、太湖和巢湖等富營養(yǎng)化程度逐年加劇；一些地區(qū)的飲用水源受到嚴(yán)重污染，對人民健康造成嚴(yán)重危害。城市垃圾和工業(yè)固體廢棄物與日俱增，工業(yè)廢棄物累計堆積量已超過66億噸，占地超過5萬公頃，使200多個城市陷入垃圾包圍之中。嚴(yán)重的生態(tài)破壞，加重了江河洪水災(zāi)難，給人民的生命財產(chǎn)及國民經(jīng)濟(jì)造成了嚴(yán)重?fù)p失。

從全國范圍看，我國環(huán)境污染仍以“煤煙型”污染為主；這是由我國的能源結(jié)構(gòu)決定的。在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭、石油、天然氣分別占73.5%、18.6%和2.2%；與世界平均煤炭、石油、天然氣分別占27%、39.5%和23.5%的消費(fèi)結(jié)構(gòu)距離較大。1.2熱泵循環(huán)的熱力學(xué)原理1.2.1逆卡諾(Carnot)循環(huán)1.2.2洛倫茲(Lorenz)循環(huán)1.2.3熱泵的熱力經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)返回首頁理想的熱泵循環(huán)1.恒溫?zé)嵩撮g:逆卡諾循環(huán)2.變溫?zé)嵩撮g:洛倫茲循環(huán)在同樣熱源條件下理想的熱泵循環(huán)具有最大的制熱系數(shù)，因此它是同樣熱源條件下的實際循環(huán)的比較標(biāo)準(zhǔn)。1.2.1理想的熱泵循環(huán)-逆卡諾循環(huán)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)最高的熱泵循環(huán)是同溫限間的逆卡諾循環(huán)。過程1→2

工質(zhì)被等熵壓縮，升溫、升壓過程中耗功：wc

過程2→3

工質(zhì)向熱源等溫放熱，放出熱量為：qk過程3→4工質(zhì)等熵膨脹，降溫、降壓過程中做功：we過程4→1

工質(zhì)從冷源等溫吸熱，吸收熱量為：q01234STabTk’T0’qkq0wcwe∑w=？循環(huán)特性分析：q0、∑w、εc理想逆循環(huán)性能單位質(zhì)量制冷量：單位質(zhì)量耗功量：單位質(zhì)量放熱量：循環(huán)的制冷系數(shù)：q0=T0’

（sa-sb）qk=Tk’

（sa-sb）∑w=wc-we=qk-q0=（Tk’

-T0’）（sa-sb）εc=q0/∑w=T0’/（Tk’

-T0’）=1/（Tk’

/T0’-1）循環(huán)的制熱系數(shù)：εh=qk/∑w=Tk’/（Tk’

-T0’）=1/（1-Tk’

/T0’）能否得出：εh=1+εc理想逆循環(huán)幾個結(jié)論循環(huán)性能的影響因素？只與高低溫?zé)嵩礈囟扔嘘P(guān)，與工質(zhì)性質(zhì)無關(guān)性能系數(shù)隨高、低溫?zé)嵩礈囟热绾巫兓?？熱泵（供熱）系?shù)隨高溫?zé)嵩礈囟冉档汀⒌蜏責(zé)嵩礈囟壬叨?；隨高溫?zé)嵩礈囟壬?、低溫?zé)嵩礈囟冉档投档汀８?、低溫?zé)嵩礈囟葘π阅芟禂?shù)的影響誰大？低溫?zé)嵩?/p>

通常熱泵循環(huán)是以環(huán)境作為低溫?zé)嵩?，即T2=TA。于是，逆卡諾循環(huán)的供熱系數(shù)為：高溫?zé)嵩礈囟萒h：30，35，。。。，70低溫?zé)嵩礈囟萒A：5維持不必要的更高溫度Th是對能量的浪費(fèi)，應(yīng)予以避免。

在一定的環(huán)境TA下，用熱空間溫度Th愈高，即Th與TA的溫差愈大則εh愈?。环粗?，Th愈低，即Th與TA的溫差愈小，則εh愈大。高溫?zé)嵩礈囟萒h：40低溫?zé)嵩礈囟萒A：-10，-8，。。。，6，8當(dāng)用熱空間溫度Th一定時，TA愈低，Th與TA的溫差愈大，則εh愈??；反之，TA愈高，即Th與TA的溫差愈小，則εh愈大。尋找更高溫度的低溫?zé)嵩词悄繕?biāo)。1.2.2洛倫茲(Lorenz)循環(huán)熱源溫度有限，熱泵工作時，高、低溫?zé)嵩礈囟榷甲?。Lorenz循環(huán)提出變溫?zé)嵩撮g的理想逆向循環(huán)。構(gòu)成：兩定熵+兩無溫差變溫

1——2：等熵壓縮

2——3：可逆放熱過程

3——4：等熵膨脹過程

4——1：可逆吸熱過程經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)介于同溫限間的逆卡諾循環(huán)與考慮溫差的逆卡諾循環(huán)之間。TSO4123ThmTLm特點:熱源的溫度是變化的.過程:兩個等熵過程和兩個工質(zhì)與熱源之間無溫差的傳熱過程所組成.制熱系數(shù):1.2.2洛倫茲(Lorenz)循環(huán)1.2.3熱泵的熱力經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)常用的熱泵系統(tǒng)熱力經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：性能系數(shù)COP(CoefficientofPerformance)季節(jié)性能系數(shù)HSPF(HeatingSeasonalPerformanceFactor)

熱泵的火用效率

1．熱泵的性能系數(shù)

制熱系數(shù)COPh：蒸氣壓縮式吸收式2．季節(jié)制熱性能系數(shù)3．熱泵的火用效率1.3熱泵的低位熱源1.3.1空氣1.3.2水1.3.3土壤1.3.4太陽能返回首頁1.3.1空氣特點：空氣隨時隨地可以利用，其裝置和使用比較方便，對換熱設(shè)備無害。缺點：空氣參數(shù)(溫、濕度)隨地域和季節(jié)、晝夜均有很大變化．

空氣的比熱容小，為獲得足夠的熱量以及滿足熱泵溫差的限制，其室外側(cè)蒸發(fā)器所需的風(fēng)量較大，使熱泵的體積增大，也造成一定的噪聲空氣參數(shù)的變化規(guī)律對于空氣熱源熱泵的設(shè)計與運(yùn)行有重要影響，主要表現(xiàn)在：1．隨著空氣溫度的降低，蒸發(fā)溫度下降，熱泵溫差增大，熱泵的效率降低。單級蒸氣壓縮式熱泵雖然在空氣溫度低到-15至-20C時仍可運(yùn)行，但此時制熱系數(shù)將有很大的降低，其供熱量可能僅為正常運(yùn)行時的50％以下。2．隨著環(huán)境空氣溫度的變化，熱泵的供熱量往往與建筑物的供熱負(fù)荷相矛盾，即大多數(shù)時間內(nèi)均存在供需的不平衡現(xiàn)象。下圖表示了采用空氣熱源熱泵供暖的系統(tǒng)特性。３．空氣具有一定的濕度，空氣流經(jīng)蒸發(fā)器被冷卻時，在蒸發(fā)器表面會凝露甚至結(jié)霜。蒸發(fā)器表面微量凝露時，可增強(qiáng)傳熱50％-60％，但阻力有所增加．當(dāng)蒸發(fā)器表面結(jié)霜時，不僅流動阻力增大，而且隨霜層的增加而熱阻提高。熱泵除霜過程中,不僅不供熱,還會產(chǎn)生除霜損失。返回本節(jié)1.3.2水

可供熱泵作為低位熱源用的水有地表水(河川水、湖水、海水等)和地下水(深井水、泉水、地下熱水等)。優(yōu)點：水的比熱容大。傳熱性能好，所以使換熱設(shè)備較為緊湊。水溫一般也較穩(wěn)定，從而可使熱泵運(yùn)行性能良好。缺點：必須靠近水源，或設(shè)有一定的蓄水裝置。對水質(zhì)有一定的要求，輸送管路和換熱器的選擇必先經(jīng)過水質(zhì)分析。防止可能出現(xiàn)的腐蝕。1.地表水用地表水作為熱泵熱源的兩種方式:

用泵將水抽送至熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器換熱之后返回水源。在地表水水體中設(shè)置換熱盤管，用管道與熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器連接成回路，換熱盤管中的媒介水在水泵的驅(qū)動下循環(huán)經(jīng)過蒸發(fā)器。2.地下水

地下水位于較深的地層中，因隔熱和蓄熱作用，其水溫隨季節(jié)氣溫的變化較小，特別是深井水的水溫常年基本不變，對熱泵運(yùn)行十分有利。大量使用深井水導(dǎo)致地面下沉，且逐步造成水源枯竭。因此，如以深井為熱源可采用“深井回灌”的方法，并采用“夏灌冬用”和“冬灌夏用”的措施。討論：如果回灌解決不了，如何處理？3.生活廢水生活廢水是指洗衣房、浴池、旅館等的廢水，溫度較高，是可利用的低位熱源。存在問題:如何貯存足夠的水量以應(yīng)付熱負(fù)荷的波動，以及如何保持換熱器表面的清潔和防止水對設(shè)備的腐蝕。返回本節(jié)4.工業(yè)廢水工業(yè)廢水形式頗多，數(shù)量大、溫度高，有的可直接再利用。1.3.3土壤地表淺層土壤相當(dāng)于一個巨大的集熱器，土壤熱源是人類可利用的可再生能源，是熱泵的一種良好的低位熱源。優(yōu)點：溫度穩(wěn)定，不需通過采用風(fēng)機(jī)或水泵采熱，無噪聲、也無除霜要求。1.3.3土壤缺點：熱導(dǎo)率小，地下盤管換熱器的傳熱系數(shù)小，需要較大的傳熱面積，因此地下盤管換熱器比較大導(dǎo)致占地面積大；地下盤管換熱器在土壤中埋得較深，土壤中埋設(shè)管道成本較高，運(yùn)行中發(fā)生故障不易檢修；用鹽水或乙二醇水溶液作中間載熱介質(zhì)時，增大了熱泵工質(zhì)與土壤之間的傳熱溫差和管內(nèi)介質(zhì)的流動阻力，影響熱泵循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。不同深度土壤溫度曲線返回本節(jié)1.3.4太陽能返回本節(jié)太陽輻射穿過地球外圍的大氣層到達(dá)地表，地表接受到的輻射能量已大為減少，且受日、地距離和太陽方位角和高度角的影響，使早、晚和不同季節(jié)有很大差別。太陽能的集熱和利用比其它幾種熱源來得復(fù)雜，設(shè)備投資也較高。太陽能作為熱泵熱源的應(yīng)用實際上是指熱泵與太陽能供熱的聯(lián)合運(yùn)行。低溫?zé)嵩吹倪x擇低位熱源要有足夠的數(shù)量和較高品位。應(yīng)該沒有任何附加費(fèi)用或有及少的附加費(fèi)用。輸送熱量的載熱(冷)劑的動力消耗要盡可能的小，以減少輸送費(fèi)用和提高系統(tǒng)的總制熱性能系數(shù).熱泵熱源的載熱(冷)劑對熱泵所用的蒸發(fā)器的金屬材料及管路應(yīng)無腐蝕或盡量弱的腐蝕作用。熱源溫度和供熱的的時間特性應(yīng)盡量一致.熱源的載熱劑應(yīng)盡量潔凈、無雜質(zhì)。應(yīng)該便于把熱源與批量生產(chǎn)的系列化的熱泵產(chǎn)品接通。

熱泵低溫?zé)嵩磻?yīng)研究和探討的問題決定熱泵經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的熱源的蓄熱問題。低溫?zé)嵩磁c輔助熱源的匹配問題?？諝庠礋岜么嬖诘墓逃袉栴}。

1.4熱泵的驅(qū)動能源和驅(qū)動裝置1.4.1熱泵的驅(qū)動能源和能源利用系數(shù)1.4.2熱泵的驅(qū)動裝置返回首頁1.4.1熱泵的驅(qū)動能源和能源利用系數(shù)熱泵的驅(qū)動能源熱泵利用的低位熱源所提供的熱量，品位較低，不能直接用來供熱或其他民用、工業(yè)使用，要提升熱品位，必需采用驅(qū)動設(shè)備并利用必要的驅(qū)動能源。熱泵的驅(qū)動能源主要是電能，其次是液體燃料（汽油、柴油等），煤氣和天然氣等。能源利用系數(shù)能源利用系數(shù)E為供熱量與消耗初級能源之比返回本節(jié)返回本節(jié)1.4.2熱泵的驅(qū)動裝置電動機(jī)驅(qū)動燃料發(fā)動機(jī)驅(qū)動蒸汽透平驅(qū)動電動機(jī)驅(qū)動熱泵空調(diào)產(chǎn)品中最常用的驅(qū)動能源優(yōu)點電動機(jī)制造技術(shù)成熟，運(yùn)行方便可靠價格低廉，維修保養(yǎng)簡單中大型電動機(jī)效率高：93%（小型：60~80%）缺點一次能源利用率低：火力發(fā)電效率25~35%；配電90%電動機(jī)啟動電流大，正常運(yùn)轉(zhuǎn)電流4~6倍，持續(xù)0.1~0.2s能量損失，影響其他設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)采用變速電機(jī)、按順序逐個啟動電機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等燃料發(fā)動機(jī)驅(qū)動熱泵空調(diào)產(chǎn)品中最用發(fā)展前途的驅(qū)動能源優(yōu)點節(jié)能效果明顯，有比較高的能源利用系數(shù)。額定功率下可回收30~69%的熱量。燃料發(fā)電機(jī)的