热泵概述资料

热泵概述主讲：周振起•自然界中有大量的低品位热能。如果加以利用，可以缓解当前人类面临的能源短缺的危机。•热泵就是一种利用自然界中低品位热能的装置。•人类在利用热能的时候有两个条件，数量和温度。所以热泵有两个基本任务：1.收集自然界中的低品位热能；2.将其转换为高品位热能供人类利用。•热力学第二定律指出，热量无法自发的从低温环境转移到高温环境，如果想实现这种逆向传递，必须给予补偿，由此我们知道，热泵工作是需要消耗能量的。热泵的含义3热泵的定义与内涵•热泵：是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置。顾名思义，热泵也就是像泵那样，可以把不能直接利用的低位热能(如空气、土壤、水中所含的热能、工业废热等)转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位能（如煤、燃气、油、电能等）的目的。热泵的定义4•热泵可设想如右图所示的节能装置，由动力机和工作机组成热泵机组。利用高位能来推动动力机（如汽轮机、燃气机、燃油机、电机等），然后在由动力机来驱动工作机（如制冷机、喷射器）运转，工作机像泵一样，把低位的热能升为高位热能，向用户供热。低位能环境温度高于环境温度的热源高位能动力机工作机热泵的定义热泵的低位热源与高位热源•热泵系统必须同时具备低温（或低位）热源和高温（或高位）热源。•低温热源：被热泵吸收热量的热源；•高温热源：接受热泵提供热量的热源。•热泵的低位热源，是指那些不能直接利用的热源。如储存在空气、水、大地中的热能；生产过程的排弃物（水、汽或气）中的热能；生活中所排出的废热，如排水或排气中的废热等。项目自然资源排热热源空气井水河水海水土壤太阳能建筑物内热量排水生产废热温度/℃-15~356~150~300~300~1210~8010~3510~4210~60气候影响大小较大小小较大较小小小热源适用性良好良好良好良好一般良好良好一般良好适用规模小-大小-大小-大大小-大小-中中-大中小-大低位热源的特点：•品位较低，数量大；•自然低位热源是再生能源的一部分；•分布广泛。常见热泵热源的比较热泵的低位热源热泵的驱动能源•根据热力学第二定律，热泵使热量从低温热源到高温热源是需要驱动装置带动工作机来完成的，因此热泵需要一定的驱动能源来驱动。•热泵的驱动能源是指热泵驱动装置所消耗的高位能源。•热泵常用的驱动能源有一次能源（煤、石油、天燃气等）和二次能源（电能、城市燃气等）。•目前最常用的热泵还是由电能驱动的“电驱动热泵”，和利用石油、天然气等的燃烧热以及蒸汽或热水来驱动的“热驱动热泵”。热泵的用途•制热：为生活、采暖提供热水；•制冷：为工艺、空调提供冷水；•通风：为工艺、空调提供通风；装置的用途制热制冷鱼类加工厂清洗用温水制冷肉类加工厂清洗用温水冷却和制冷农舍清洗机器和清洁用温水牛奶冷却、空调用冷乳品厂清洗用温水牛奶冷却、储存室冷却屠宰场清洗用温水冷藏库及速冻间溜冰场采暖、游泳池冰场制冷大型冷库供热、出售热量冷藏间啤酒厂温水啤酒窖及麦芽汁冷却工业能源中心温水和热水冷盐水、冰、冰水热泵的用途同时供热供冷的热泵10装置用途用热废热来源洗衣房热水废水旅馆、医院温水废水印染和其他纺织工业热水、热碱水废水造纸和其他加工工业热水、干燥过程排气、废水麦芽作坊干燥室蒸气农用空调装置采暖、热水马棚、孵化室等香蕉催熟装置催熟间冷藏室干燥装置干燥空气排气、排出的空气去湿废热利用热泵热泵的用途热泵的分类空气/空气热泵空气/水热泵水/空气热泵水/水热泵空气源热泵水源热泵地表水、地下水生活污水、工业废水大地耦合热泵（地下换热器热泵）大地直接蒸发式热泵土壤源热泵太阳能热泵电动机驱动热泵柴油机驱动热泵汽油机驱动热泵燃气机驱动热泵热力透平驱动热泵蒸汽压缩式热泵往复式压缩机螺杆式压缩机涡旋式压缩机离心式压缩机第一类吸收式热泵第二类吸收式热泵吸收式热泵高温热泵低温热泵按热泵驱动方式按热泵供水温度热泵（热泵机组）分类按热泵热源种类热泵的特点空气源热泵特点：1、节能，有利于能源的综合利用；2、有利于环境保护；3、冷、热及通风三项功能结合，设备利用率高，节省投资；4、采用电驱动，调控方便，可实现无人坚守运行；5、设备占用场地面积小，无条件限制。热泵的特点水源热泵特点：1、高效节能水源热泵机组利用的水体温度（冬季为10℃以上），比环境空气温度高，夏季水体温度（为30℃以下），水体温度比环境空气温度低，机组能效比提高。使用水源热泵，可以节约30%的供热制冷空调运行费用。2、运行稳定可靠水源热泵供、回水的温度一年四季相对稳定，波动的范围远小于空气的变动。夏季水体作为空调的冷源，冬季作为空调的热源，水体温度较恒定，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。3、一机多用，应用范围广水源热泵系统可供暖、制冷、供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热泵有着明显的优点。有的建筑物内，特别在过渡季节，部分区域需要供冷，部分区域需要供热，水源热泵可以同时供冷和供热，可以实现建筑内冷热量的转移和平衡，不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。热泵的特点地源热泵特点1、地源热泵技术属可再生能源利用技术地源热泵是利用了地球表面浅层地下热资源作为冷热源，进行能量转换。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。地热能已成为清洁的可再生能源的一种形式。2、地源热泵属经济有效的节能技术地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。3、地源热泵环境效益显著，闭式地源热泵系统可实现零污染物排放。4、地源热泵一机多用，应用范围广，地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，可实现一机多用。热泵的工作原理压缩式热泵的工作原理压缩式热泵的工作原理压缩式热泵一般有压缩机、冷凝器、节流阀及蒸发器组成。压缩机：起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵（制冷）系统的心脏。蒸发器：是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的。冷凝器：是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的。节流阀：对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。吸收式热泵的工作原理QcQaQgQe76543211-发生器2-冷凝器3-节流阀4-蒸发器5-吸收器6-溶液阀7-溶液泵吸收式热泵系统流程图吸收式热泵的工作原理吸收式热泵由发生器、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、吸收器等组成。工作原理：与压缩式热泵相比，吸收式热泵是用一个溶液循环代替了压缩机，即吸收式热泵的工质进行了两个循环——制冷剂循环和溶液循环。制冷剂循环：由发生器出来的制冷剂高压蒸汽在冷凝器中冷凝放热形成高压饱和液体，再经膨胀阀节流到蒸发压力进入蒸发器中，在蒸发器中吸热气化成低压制冷剂蒸汽。吸收式热泵的工作原理溶液循环:从发生器来的溶液在吸收器中吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，这一吸收过程为发热过程，为使吸收过程能够持续有效进行，需要不断从吸收器中取走热量，吸收器中的溶液再用溶液泵加压送入发生器，在发生器中，利用外热源对溶液加热，使之沸腾，产生的制冷剂蒸汽进入冷凝器冷凝，溶液返回吸收器再次吸收低压制冷剂，从而实现低压制冷剂蒸汽转变为高压蒸汽的压缩升压过程。吸收式热泵的工作原理两种吸收式热泵的特点对比类型回收余热温度供热形式供热温度驱动能源COP第一类吸收式热泵15~50℃低温热水、低压蒸汽60~100℃热水或100℃以上蒸汽蒸汽、燃料1.5~2.5第二类吸收式热泵60~100℃高温热水、低压蒸汽90~150℃热水或蒸汽60℃以上余热0.4~0.6利用空气作冷热源的热泵，称之为空气源热泵。空气源热泵有着悠久的历史，而且其安装和使用都很方便，应用较广泛。但由于地区空气温度的差别，在我国典型应用范围是长江以南地区。在北方地区，冬季平均气温低于零摄氏度，空气源热泵不仅运行条件恶劣，稳定性差，而且因为存在结霜问题，效率低下。空气源热泵技术•优点：冬夏共用，设备利用率高，不需另设锅炉房。节水节能。由于不用冷却塔，节水。由于空气源热泵的能效比达到3左右，因而与电供暖相比，只消耗1/3的电能。结构紧凑，省去冷却塔、冷却水系统，节省投资与空间，避免军团菌的危害和冷却水处理的麻烦。安装在室外，不占机房面积，节省土建投资，模块组装，多机头，易于分区运行与控制。空气源热泵技术缺点：噪声大，影响周围建筑。对冬季室外相对湿度较高的地区，盘管结霜较频繁，除霜间隔时间热泵停止供热，影响供暖效果，冬季供暖不易保证。主机可靠性不如冷水机组，过去在冬季运行时经常有烧机现象。初投资与寿命不如冷水机组。由于装在室外，日晒雨淋易于损坏，特别是江苏下雨天有1/3为酸雨，腐蚀严重，影响使用寿命。空气源热泵技术释放热量100KW消耗电能23KW释放冷量21KW空气源热泵工作原理空气源热泵工作原理空气源热泵运行工作原理是按照逆卡诺循环进行，低温冷媒通过节流装置减压进入蒸发器，在蒸发器中吸收周围空气的热量转化成常温冷媒，再进入压缩机压缩升温成为95℃以上的高温气体冷媒（即为高温位能），然后进入冷凝器，在冷凝器内冷媒冷凝放热，加热冷水，放热后的冷媒进入储液罐，经节流装置节流后变为低温低压状态，再次进入蒸发器。冷媒在蒸发器、压缩机、冷凝器、节流装置四大部件之间不断循环运行，从而不断地将从空气中吸取的热量传递给需要加热的冷水，直至水箱中的冷水达到设定温度。水源热泵•1、水源热泵的概念水源热泵是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。地球表面浅层水源如深度在1000米以内的地下水、地表的河流、湖泊和海洋中的水吸收了太阳进入地球的辐射能量，并且水源的温度一般都十分稳定。水源热泵机组就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取能量，由空气或水作为载质提升温度后送到建筑物中。通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。水源热泵工作原理图水源热泵系统水源热泵系统的组成①用户（室内末端等）系统由用户侧水管系统，循环水泵，水过滤器，静电水处理仪，各种末端空气处理设备，膨胀定压设备及相关阀门配件组成。②水源中央空调主机系统由压缩机，蒸发器，冷凝器，膨胀阀，各种制冷管道配件和电器控制系统等组成。③水源水系统由水源取水装置，取水泵，水处理设备，输水管网和阀门配件等组成。④控制系统制冷工况可通过阀门切换来实现，即使水源水进冷凝器，蒸发器的冷冻循环水接用户系统（反之则为制热工况）。•3、水源热泵的特点①属可再生能源利用技术水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。•地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。水源热泵技术•②高效节能水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也高。而夏季水体为18-35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。•③运行稳定可靠水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好