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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 导论与基础,第二章 热泵的理论循环,第三章 热泵的低位热源和驱动能源,第四章 空气源热泵空调系统,第五章 水源热泵空调系统,第六章 土壤耦合热泵空调系统,第七章 水环热泵空调系统,第八章 变制冷剂流量热泵式多联机空调系统,第九章 吸收式热泵,第一章 导论与基础,1-1,能源与环境,1-2,高位能与低位能,1-3,热泵的定义,1-4,热泵的,种类,1-5,热泵空调系统的分类,1-6,热泵工质及其替代,三、合理用能的两个原则,(a),传统的分产分供 （,b,）,能量的梯级利用,（,c,）,能级的提升,1.3.2,热泵机组与热泵系统,能级提升,的能量利用系统,2,、根据热泵低温、高温端使用的,载热介质来分类,空气,-,空气热泵,空气,-,水热泵,水,-,水热泵,水,-,空气热泵,土壤,-,水热泵,土壤,-,空气热泵,1.6.3,热泵工质的替代,评估指标,ODP,消耗臭氧潜能值,-Ozone Depletion Potential,（基于,R11,）,GWP,全球变暖潜能值,-Global Warming Potential,（基于,R11,或,R744,）,TEWI,（变暖影响总当量）,=f,（工质,GWP+,运行排放,CO2,）,Total equivalent warming impact,is,defined as sum of the direct(chemical emissions)and indirect(energy use)emissions of greenhouse gases,第二章 热泵循环的分类,理想的热泵循环,机械压缩式热泵循环,热力驱动式热泵循环,其他热泵循环,热泵与制冷机工作循环,a),热泵装置,(b),制冷装置,c),同时供冷供热联合循环机,图,2-2,制冷循环与热泵循环的温度区间比较,2,个,可逆,等温过程,2,个,可逆,绝热过程,只与高位、低位热源温度有关,2.8.2 CO2,跨临界循环及特点,CO2,的临界温度接近环境温度，根据循环的外部条件，可实现三种循环：,亚临界循环（,Subcritical Cycle,）；,跨临界循环（,Transcritical Cycle,）；,超临界循环（,Hypercritical Cycle,）。,目前制冷、空调、热泵热水器等设备中采用的,CO2,循环形式，基本上都是跨临界循环方式。,第三章 热泵的低位热源与驱动装置,3-1,概述,3-2,空气,3-3,水,3-4,土壤,3-5,太阳能,3-6,驱动能源和驱动装置,3-7,热泵系统中的蓄热,3-8,热泵的经济性评价,三、对低位热源的要求,要有足够的数量和较高的品位。（,表,4-2,）,没有任何附加费用或仅有极少的附加费用。,输送热量的载热（冷）剂的,动力消耗,要尽 可能小。,载热（冷）剂对金属材料应无（或尽量小）腐蚀作用。,热源温度的时间特性和供热的时间特性应 尽量一致。,热源与系列化的热泵产品应匹配。,二、能源利用系数（,E,）,1,、定义：,供热量与消耗的初级能源之比。,说明,：,电能、液体燃料、气体燃料虽,然同是能源，但其价值不同，电能通常是由其他初级能源转变而来，,在转变过程中必然有损失,。,因此，对于有同样制热性能系数的热泵，若采用的驱动能源不同，则其,节能意义,及,经济性,均不同。,3.7,热泵系统中的蓄热,一、蓄热的意义,原因,：,由于有些热泵低温热源的温度,和能量是变化的（如,空气源的温度,、,太阳能的辐射强度,等），所以，热泵的制热量将随之而变，同时需热量也不均衡因此，供需之间总存在,不一致的矛盾,。,设置,：,解决该问题比较节能的方法是,在系统内设置,蓄热器,，当热泵制热量供过于求时，将多余的热量储存起来，反之，供不应求时把热量释放出来使用。,第四章,空气源热泵空调系统,4-1,空气源热泵机组,4-2,空气源热泵机组的运行特性,4-3,空气源热泵的,结霜与融霜,4-4,空气源热泵机组的,最佳平衡点,4-5,空气源热泵的,低温适应性,4.3,空气源热泵的,结霜与融霜,4.3.1,结霜的原因与危害,结霜条件：室外换热器蒸发器吸热，运行温度比进入换热器的室外空气温度低,811,度，空气中湿气凝结在换热器上。,换热器表面温度低于周围空气露点且低于,0 C,结霜对换热器的影响：,少量结霜会使换热器表面变粗糙，可能在某一时间内改善换热器的性能，但影响较小；,而大量结霜将使换热器的传热热阻增大，同时，空气通过换热器的阻力也增大，导致通过蒸发器的风量减少，二者的结果均使热泵的性能降低。,4.3.4,除霜方式：,空气除霜，一般要求室外空气温度高于,23,时才可使用。,电热除霜（图,4-12,）。,热气除霜（常用方法）。,热水除霜。,热泵供热量与建筑物耗热量之间的矛盾问题,1,、建筑物耗热量计算式：,讲解,：,2,、热泵的制热量计算式：,讲解,：,说明,：,解决空气源热泵供热能力与建筑物耗热量矛盾,应从以下三方面着手：,合理选择最佳平衡点,辅助加热,能量调节,4-4,空气源热泵机组的最佳平衡点,（,1,）合理选择热泵的平衡点温度：,平衡点温度,:,热泵供热量等于建筑需热量对应的温度,讲解,：,平衡点温度,对于,空气,-,空气,热泵的运行经济性影响很大，如何合理选择平衡点温度十分重要，是一个技术经济性比较问题。,平衡点温度低，要求配备的,热泵容量,就大，辅助加热量小，甚至可不设辅助加热器，但长期在部分负荷下运行使用,效率不高,，不经济不节能。,(2),辅助加热问题：,加热方式,：,主要有,电加热,、用,燃料加热,和,蓄热器加热,（用非峰值电力来储存的热量）。,讲解,：,单级和两级辅助加热的运行方式，图,4-28,。,(3),能量调节：,调节方式,：,有级能量调节,；,无级能量调节,两种方式,4.5,空气源热泵的低温适应性,4.5.1,在寒冷地区存在的问题,采暖室外计算温度,-515,，相对湿度,4565%,，结霜不严重,需热量大时，制热量不足,可靠性差：,压缩比大,、排气温度高、失油、油蜡化堵塞毛细管、制冷机流量减小导致电机过热,EER,急速降低,4.5.2,改善空气源热泵低温运行特性的技术措施,低温工况下，加大压缩机的容量：并联、变频、变速,喷液旁通,加大室外换热器的面积和风量,适用于寒冷气候的热泵循环,第五章 水源热泵空调系统,5-1,水源热泵机组,5-2,地下水源热泵空调系统,5-3,地表水源热泵空调系统,5-4,海水源热泵空调系统,5-5,污水源热泵空调系统,分类,按,使用侧换热设备,的形式分：冷热风型水源热泵、冷热水型水源热泵机组,按,冷（热）源类型,分：水环式水源热泵、地下水式水源热泵、地表水式水源热泵、地下水环路式水源热泵,水源热泵根据,对水源的利用方式,的不同，可以分为,闭式系统,和,开式系统,两种。,闭式系统,是指在水侧为一组,闭式循环的换热套管,，该组套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中，通过与土壤或海水换热来实现能量转移。（其中埋于土壤中的系统又称土壤源热泵，埋于海水中的系统又称海水源热泵）。,开式系统,是指从地下,抽水,或地表抽水后经过换热器,直接,排放的系统。,水,/,水热泵,的组成与结构同我们常用的冷水机组基本相似，所不同之处主要有：,1,）水,/,水热泵的功能为供热与供冷（一机两用），或供冷、供热和热水供应（一机三用）；,2,）水,/,水热泵的制热工况与制冷工况相差较大；,3,）,小型,水,/,水热泵机组中通过四通换向阀，实现制热工况与制冷工况的转换，而,大型,水,/,水热泵机组无四通换向阀，其制冷、制热工况的转换是通过水系统上阀门的开启来实现。,第,6,章 土壤耦合热泵空调系统,6-1,土壤耦合热泵空调系统简介,6-2,现场调查与工程勘察,6-3,地埋管换热器的管材与传热介质,6-4,地埋管换热器的布置形式,6-5,地埋管换热器的传热计算,6-6,地埋管换热器系统的水力计算,6-7,地埋管换热器的安装,根据是否存在中间传热介质（通常是水或添加防冻剂的水溶液），土壤耦合热泵还可以分为,直接膨胀式,（,Direct expansion ground-coupled heat pump,，简称,DX-GCHP,）和,间接膨胀式,（又称第二环路土壤耦合热泵系统，,Secondary loop ground-coupled heat pump,，简称,SL-GCHP,）两种类型。,直接膨胀与间接膨胀的比较,制冷剂充灌量、制冷剂管路安装,换热器增加投资和换热损失,6.4,地埋管换热器的布置形式,6.4.1,埋管方式,-,水平埋管、竖直埋管,水平埋管优缺点,和适用场合,软土地区造价低、静压小,传热条件受外界气候条件影响、占地大,适用场合：可利用地表面积大、地表层不是坚硬的岩石、建筑物规模小,竖直埋管,优点：占地少、工作性能稳定,根据竖直钻孔中布置得埋管形式分为：,U,型地埋管换热器,套管式地埋管换热器,图,6-8,竖直地埋管换热器形式,3,（,a,）单,U,形管；（,b,）双,U,形管；（,c,）小直径螺旋盘管；（,d,）大直径螺旋盘管；,（,e,）立柱状；（,f,）蜘蛛状；（,g,）套管式,单,U,、双,U,比较,双,U,比单,U,提高,20%,换热能力,双,U,耗材大、安装复杂、水泵功耗大,一般地质条件选用单,U,，坚硬岩层选双,U,6.7.4,地埋管换热系统的检验与水压试验,水压试验的特点：聚乙烯管道的水压试验是为了间接证明施工完成后管道系统的密闭程度。,但聚乙烯管和金属管不同，金属管线水压试验期间压力能恒定；而聚乙烯管即使是密封严密的，由于管材的徐变特性和对温度的敏感性也会导致实验压力随时间的延长而降低。,试验压力的确定：工作压力,1MPa,时，试验压力为工作压力的,1.5,倍，且不小于,0.6MPa,工作压力大于,1MPa,时，试验压力为工作压力,+0.5MPa,水压试验步骤,竖直地埋管换热器插入钻孔前，稳压,15min,，压降,3%,，密封后有压状态下插入钻孔，灌浆完成后保压,1h,换热器与环路集管装配完成后，回填前，稳压,30min,，压降,3%,。,环路集管与机房集分水器连接后，回填前。稳压,2h,地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗、排气及回填完成后，稳压,12h,，压降,3%,水压试验方法,手动泵缓慢加压，升压过程中注意观察，不得渗漏，不得以气压试验代替水压试验聚乙烯管道试验前充分浸泡,12h,，彻底排空空气，并进行水密性检查,第,7,章 水环热泵空调系统,7-1,概述,7-2,水环热泵空调系统的组成和运行,7-3,水环热泵空调系统的特点,7-4,水环热泵空调系统的设计要点,7-5,水环热泵空调系统的问题与对策,7-1,概述,水环热泵空调系统,是指小型的,水,/,空气热泵,机组的一种应用方式，即用水环路将小型的,水,/,空气热泵机组,（水源热泵机组）,并联,在一起，构成一个以,回收,建筑物,内部余热,为主要特征的热泵,供暖、供冷,的空调系统。,7-2,水环热泵空调系统的组成和运行,7.2.1,水环热泵空调系统的组成,室内水源热泵机组（水,/,空气热泵机组）；,水循环环路；,辅助设备（冷却塔、加热设备、蓄热装置等）；,新风与排风系统。,7.2.2,水环热泵空调系统的运行特点,（,a,）冷却塔全部运行；,（,b,）冷却塔部分运行；,（,c,）热收支平衡；,（,d,）辅助热源部分运行；,（,e,）辅助热源全部运行,机组供暖；机组供冷,1,水,/,空气热泵机组；,2,冷却塔；,3,辅助热源；,4,循环泵,第八章 变制冷剂流量热泵式多联机空调系统,8-1,概述,8-2,变制冷剂流量热泵式多联机组,8-3,变制冷剂流量热泵式多联空调系统类型,8-4,几个关注问题,8-1,概述,变制冷剂流量热泵式多联机空调系统,是指由一台或数台室外机（风冷或水冷）连接数台不同或相同型式、容量的直接蒸发式室内机构成的热泵式空调系统，简称热泵式多联机空调系统，学术名称为,VRF(Variable Refrigerant Flowrate),。,商业名称很多，如,VRV,、,MDV,、,MRV,。它可以向一个或数个区域供冷与供热。按低位热源的种类不同，可分为风冷热泵多联机空调系统和水冷热泵多联机空调系统两种型式。,8.2.2,机组中的部分辅助部件与设备,（,1,）热气旁通,原因：管路长、高差大，冷凝器机组远离蒸发器,作用：控制吸气压力和调节能量,混合部位：气液分离器,旁通控制：毛细管、电磁阀,（,2,）再冷却回路,原因：制冷剂管路长，且有上升立管，引起高压液体沿程闪发，呈气液两相，影响电子膨胀阀正常供液,应大幅过冷,措施：,室外侧设置过冷器,部分节流气化使另一部分过冷,在吸气管路的气液分离器中设置高压液体盘管，实现回热循环,第,9,章 吸收式热泵,9-1,概述,9-2,第一种吸收式热泵循环,9-3,第二种吸收式热泵循环,9-4,单效吸收式热泵循环,9-5,双效吸收式热泵循环,9-6,联合型吸收式热泵再吸收式热泵,吸收式热泵,吸收式热泵是以,热能为动力,，把热量从低温热源传递至高温热源。,蒸汽压缩式系统,通过压缩机作功,，将来自蒸发器的低压蒸汽转化为送往冷凝器的高压蒸汽；而蒸汽吸收式系统则是,利用吸收器，发生器，溶液泵，节流阀取代了压缩机,，以消耗热能来完成这种非自发过程。,吸收式热泵的两个循环,一、制冷剂循环,由发生器中产生的高压蒸气在冷凝器中冷凝为液体（,放出热量,Q,c,），经节流阀节流，在蒸发器中蒸发成蒸气（吸取热量），蒸气进入吸收器吸收。,二、溶液循环,发生器中的,浓,溶液经节流后进入吸收器，在低压情况下，吸收蒸发器来的蒸气（,放出热量,Q,a,），,所形成的,稀,溶液再由溶液泵提高压力送回发生器，在,发生器中加入外界热量,，以产生高压蒸汽。,吸收式热泵的分类,吸收式热泵根据其在,三个热源,之间进行热量转换的形式可以分为两种类型：,一、,第一类热泵,：简称,AHP,（,Absorption heat pump,）,。利用高温热源，将低温热源,(,如废热,),提高到某一中间温度而加以利用的热泵称为第一类吸收式热泵，如家用热泵式空调等。二、,第二类热泵,：简称,AHT,（,Absorption heat transformer,）,。利用大量中间温度的废热和该废热源与低温热源的热势差，来制取热量少但温度高于中温废热的热水或蒸汽的热泵称为第二类吸收式热泵，如热泵干燥机等。,第一类吸收式热泵的热平衡关系式,Q,0,+Q,g,=Q,a,+Q,c,式中：,Q,0,蒸发器热负荷,Q,g,发生器热负荷,Q,a,吸收器热负荷,Q,c,冷凝器热负荷,第一类吸收式热泵的制热性能系数,h,=Q,h,/Q,g,=(Q,c,+Q,a,)/Q,g,AHP,的制热性能系数一般大于,1,，更确切的说在,1,附近。,第一类吸收式热泵机组,图示,第二类吸收式热泵的热平衡关系式,Q,0,+Q,g,=Q,a,+Q,c,式中：,Q,0,蒸发器热负荷,Q,g,发生器热负荷,Q,a,吸收器热负荷,Q,c,冷凝器热负荷,=Q,a,/(Q,0,+Q,g,)=1-Q,c,/(Q,0,+Q,g,),AHT,的性能系数总是小于,1,，,但这类热泵中加入的热量全部为余废热，而得到的是品位较高、可利用的热量。因此仍可获得很好的节能和经济效益。国外这类热泵的实际运行数据表明，装有溶液热交换器的第二类热泵性能系数约为,0.47,0.48,，若再增设热交换器来回收冷凝器送至蒸发器的工质显热，则性能系数可提高至,0.5,以上。,第二类吸收式热泵机组,图示,第二类吸收式热泵的性能系数,1、水-水热泵,2、ODP、GWP、TEWI,3、能源利用系数E,4、供热负荷系数,5.变制冷剂流量热泵式多联机,6.热泵定义,1,、地下水作为热泵低位热源的优点，深井回灌的原因及回灌方式。,2,、压缩式热泵与吸收式热泵的差异。,3,、蓄热的意义及方法。,4,、请简述热泵与冷水机组在工作温度、机组构成的异同点。,5.,请绘制四通换向阀的简图，并阐述制冷制热转换流程。,6.,请简述空气源热泵结霜原因、危害以及除霜方法。,7.,请简述水环热泵系统的组成，并分析辅助设备的运行特点。,8.,地埋管换热器水压试验的步骤和试压方法。,9.,第一类吸收式与第二类吸收式热泵的异同点。,10.,绘简图，分析热泵、热泵机组、热泵系统、热泵空调系统的区别与联系。,11.,热泵机组冬夏季切换是否都用四通换向阀？请画图表示。,