热泵考试整理之欧阳总创编

用是除环境之外没有其他热源的条件下，当系统由任意状态可逆的变化到与给定的环境相平衡的状态时，能够最大限度的转化为有用功的那部分能量；无是在系统中总能量不能转化为有用功的那部分。

热量用：为与流动工质用区别，将能转变为功的这部分热量称为热量用。

用分析循环的特点：1.既考虑了能量的数量又考虑了能量的质量，是综合考虑
了热力学第一定律和第二定律的状态参数，用大者做功能力大，小者做功能力小 2.用函数不仅能分析系统总的损失，也能分析各部件的损失。

可以更确切的解释过程的不足之处，探索改进途径，对不可逆过程的探索有重要意义。

用效率：系统输出的用于输入系统的用之比用平衡方程于热平衡方程的区别：1.热平衡方程是能量衡算的普通形式，根据热力学第一定律对不同品味能量总量的数量衡算，只反映用能系统中能量的“量”上的利用情况;用平衡方程包括了热力学第一定律和热力学第二定律的概念，表示相同品味能量即理论最大有用功的衡算，反应用能系统中能量
有效性及无效性的质的利用情况2.能量是守恒的，但用不守恒，在利用过程中，一部分用转化成无
熵方程分析问题的不足：熵方程只能功能分析整个系统的能量损失，但不能分析每个部件的损失情况，而且熵这个函数比较抽象，以此来处理实际问题很抽象。

理论上可以完全转化为功的能量，为高位能；不能全部而只能部分的转化为功的能量，为低位能；二者由能量的可用性差别，即能量质量的高低来区分；高位热源指温度较高能直接应用的热源；低位热源指无价值，不能直接应用的热源。

空气热源泵存在的问题：1.空气温度越低，蒸发温度下降，热泵温度升高，效率下降2.低温时的凝露与结霜使热泵性能降低，甚至不能工作3.室外气温变化，会引起供热与耗热的供需矛盾解决：防止结霜（热气隔霜法、空气隔霜法、热水融霜法）加大室外换热器面积、空气流量
热泵系统设置蓄热器的目的：当热泵的制热量供过于求时，将多余的热量储存起来，而在热量供应不足的时候使用，从而调节了供热与用户用热之间的平衡优点：1.储存低峰时的热量并供给高峰时使用，使热泵装置经常在高效下运行，提高装置利用率，减少设备能量损耗 2.设备容量减小，故减小了设备费和基建投资3.调节电负荷平衡、电量高峰及低峰负荷4.弥补低位热源的不可靠性和间断性
热泵常用电机优缺点：优点 1.只要电动机选择恰当，运行就比较稳定、可靠、高效2.直流与三相交流整流子电动机转速容易调节，功率可灵活得满足热泵各种运行工况的需要3.三相交流异步电动机结构可靠，保养简单缺点1.启动频繁的热泵不采用单相交流电动机2.直流与三相交流整流子电动机造价昂贵3.三相交流异步电动机调速困难，一次能源利用率低
热泵的驱动电机绕组用制冷剂蒸气冷却和不用时比较：制热量增大、输入功率减小、制热系数增大、压缩机容积效率（t e=0°c增大、t e=-15°c减小）、制冷剂质量流量减小、压缩机转速增大、压缩机排气温度增大、曲轴箱中油温增大、电动机绕组温度减小
热泵系统中为何设置集液器热泵系统运行中，压缩机发生回液的可能性比较多。

为了避免大量回液现象的发生，在系统的吸气管上设置集液器将蒸汽中夹带的液体分离并暂存。

原理：蒸汽进入集液器后液体北风离开，气体经过U 型管返回压缩机，大量液体凝聚在底部。

U形管底部限流孔使少量液体和油陆续返回压缩机，平衡孔防止虹吸现象。

图见旧书135页
用空气作为低位热源的优点：取之不尽用之不竭、无偿获得、处处都有、安装方便、对换热设备无害缺点：1.室外空气的状态参数随地区和季节的不同而变化，对热泵供热能
力和制热性能系数影响大2.冬季室外温度较低时，市委换热器中公职蒸发温度也很低，易在换热器表面结霜，从而使传热效果恶化3.空气热容量小，为获得足够热量是需要较大空气量。

设置辅助热源的意义：因为在选择热泵时，通常不是根据建筑物计算负荷来确定热泵容量的，而是采用平衡点温度，所以当温度低于平衡点温度时，辅助热源既起到了补充加热的作用，这就是其意义所在为何要合理确定平衡点温度：在设计中，若按冬季空调室外计算温度选择热泵机组时，势必导致热泵机组过多或过大，使系统初投资过高。

同时，在运行中，热泵机组又无法在满负荷下运行，导致热泵机组的能效比下降，使系统运行费用提高。

为了避免发生这样的问题，要合理选择平衡点温度。

它的高低带来什么问题：平衡点选择过低，则选用的辅助热源较小，这样热泵机组相对要大，会导致系统投资大幅度提高，且安装、电力增容和运行费较高，而且机组长期在部分负荷下运行，使用效率不高，既不经济又不节能。

平衡点选择过高，则所需辅助热源过大，不能充分发挥热泵的节能效益，也不利于节能。

土壤作为低位热源有何特点优点：1.全年地温波动小，冬季土壤温度比空气高，因此热泵制热性能系数高2.埋地盘管不需要除霜 3.采暖季节，室外温度最低时，土壤温度不是最低，特泵供热能力不会降到最低 4.土壤具有蓄能的作用缺
点：1.土壤导热系数小，故工矿与其之间热交换强度小，需要增大换热面积，故金属耗量大 2.土壤对金属具有腐蚀作用，对埋地盘管应进行防腐处理3.运转过程中采热引起地温变化，地温又造成热泵蒸发温度变化，使运行工况不稳定如何防止地盘管传热系数下降：1.埋地盘管周围填细砂 2.采用柔性盘管，使它与周围土壤一起移动而与土壤有紧密的结合3.创造人工湿土壤并使其冻结。

通过这三种方法防止盘管与周围土壤之间出现空隙现象，从而防止传热系数的下降常用埋管方式有：1.水平埋管（单管、多管、双管、螺旋管）2.竖直埋管（U型地埋管、套管式地埋管）3.螺旋型埋管其特点：1.水平沟的造价低于打井费用，可以灵活安装，但使用面积大，千层地表的温度受气候影响较大，土壤传热的特性随着气候雨水埋设深度而波动 2.竖直在所有闭式系统中所需管长最小，泵功率最小，占地面积最小，土壤温度不受天气影响，需要钻井设备且费用比水平管沟高 3.螺旋形：比其他形式的水平环路占地少，安装费用相对较少，但所需管子较长，受天气影响大，泵功率要求大，管路系统容易在填埋时损坏
辨析热泵总是节能的不确切有热力学第一定律可知，在一个系统内能量既不能产生，也不能消失，只能从一种形式转变为另一种形式，转变方向是一定的，只能从高位能转变为低位能，因此说节能是不确切的，因为仅仅是节约了
高位能，而利用了部分低位能，能量的数量虽然守恒，但是能量使用到最后成为废热传递给大气环境，质量越来越差，到最后毫无用处。

因此在节能问题上，要把能量贬值看为重要问题。

节约能源的质量真正意味着节约能量。

合理利用高位能的重要性世纪的能量利用过程具有量的守恒性和贬值性，任何用能过程实质上也可以说成是能的量和质的利用过程，要使热能得到合理利用，必须合理使用高位能、按质用能
太阳能供热技术上的问题：太阳辐射热量有季节、昼夜的规律变化，同时还受到阴晴、云雨等随机因素强烈影响，是太阳能辐射热量具有很大的不稳定性。

要利用不需解决不稳定性和间歇性经济上的问题集热器是太阳能供热、供冷中最重要的组成部分，其性能与成本对整个系统的成败起着决定性作用。

但是高、中温平板集热器和聚光型集热器价格昂贵，是极大障碍解决方法：常利用10-20°c低温下集热，再由热泵装置进行升温的太阳能呢个系统来解决优点：采用结构简单的低温平板集热器，效率较高，成本低，还可将集热器与蒸发器组合在一起，集成太阳能热泵直膨式集热器
建筑热回收是将本来拍到周围环境中去的热量加以有效利用使用条件：1.最好同时又制冷和供热的需要，而且排除热量与需热量接近2.需要供热的场所接近回收热量的场所3.回
收热量所增加的设备费用能在近期内得到回收4.热量回收与热量利用应互不影响，系统控制简单，安全性高
供热季节性能系数HSPF=整个供热季节采暖时间的耗热量比整个供热季节消耗的总能量
供热负荷系数HDLF=供热设计热负荷比热泵提供的热量
化学热泵广义指利用化学现象的热泵，即利用化学反应、吸收、吸附、浓度差等化学现象的热泵狭义指利用化学放映的热泵
能源利用系数：供热量与消耗的初级能源之比
共沸工质：是有两种或两种以上不同工质按一定的比例混合在一起的工质，在一定压力下平衡的液相和气象的组分相同，且保持恒定沸点
非共沸工质：是有两种或两种以上不同工质按一定的比例混合在一起的工质，在一定压力下平衡的液相和气象的组分不同，且沸点不恒定
什么使热泵：热泵是一种利用高位热能使能量从低位热源流向高位热源的节能装置
热泵与制冷机的不同：a热泵与制冷机的工作温度范围不同b二者目的不同，热泵实现供热，制冷机实现制冷
水源热泵的特点：a属于再生能源利用技术b高效节能c运行稳定可靠d环境效益显著e一机多用，应用范围广（可供暖、空调、生活热水、同时供冷与供热）f自动运行（可设
计简单的系统，部位较少，机组运行简单可靠，维护费用低，自动控制程度高）制约条件：a可利用的水源条件的限制，理论上可利用一切水源，但实际中水利用成本差异很大，所以不同地区是否有合适的水源称为水源热泵应用的一个限制条件b水层的地理结构的限制，对于从地下抽水回灌的使用必须考虑使用地的地质结构，确保经济性的同时考虑当地地质土壤条件，保证用后的尾水的回灌可以实现c 投资的经济性，不同地区、不同用户及国家能源政策及燃料价格影响，水源条件的不同等都会使投资经济性有所不同
水源热泵对水处理技术的要求：a水量充足，能满足用户制热（冷）负荷的需要b水温湿度，满足机组工况正常运行要求c水质要求，适宜于系统机组、管道等材质，不至于产生严重腐蚀损坏d供水稳定，供水应长期可靠，保证水源热泵长期稳定运行水处理技术：a除砂器与沉淀池b净水过滤器c电子水处理仪，用于除去水中钙镁离子，防止管路结垢d 板式换热器，防止由于水矿化度高而造成对金属的腐蚀e除铁设备，防止水中铁生成氢氧化铁沉淀而产生褐色污渍
当前国际上热泵研究的几个热点：能源问题和环境污染问题，能源危机和矿物能源燃烧过程产生有害物对生态环境得到污染，是对现代人类生存的严重威胁与挑战，热泵技术是开发和强化高位能利用率的重要手段，是获取可再生
资源及保持生态平衡的有效途径之一。

近几年热泵技术的新进展是什么：（1）进入21世纪后，热泵的快速发展不单是为了解决能源问题而更主要的是为了改善环境问题。

通过热泵的应用和发展，来推动暖通空调的可持续发展，实现暖通空调的生态化和绿色化；（2）热泵技术深受业主的的欢迎，全国各省市均有热泵应用工程实例，初步形成我国寒冷地区以地下水源热泵、水环热泵空调系统为主，大地耦合热泵为辅，夏热冬冷地区以空气源热泵、地表水源热泵、水环热泵为主，大地耦合热泵为辅的新格局；（3）进入21世纪后，中国热泵市场空前繁荣，产品规格种类齐全，国内生产厂家众多；（4）进入21世纪后，热泵技术的创新紧跟时代，主动发现和回答暖通空调领域中亟待解决的能源和环境问题；（5）在经济全球化的条件下，要求不断加强对外学术交流和合作，热泵技术也不例外，进入21世纪后，对外交流与合作十分活跃，在这个过程中，已深感学习外国技术时应当避免照抄、照搬现象，把国外的技术消化、吸收后有机地融入国内学术与技术中，走面向世界、平等对话的必然之路。

吸附式与吸收式热泵相比较有何特点：1、二者均可采用余热和低品位热能驱动；2、与吸收式相比，不存在结晶和精馏问题，适用范围比较广，可用于振动、旋转等场所；3、无CFC S问题；4、与吸附式相比，吸附式对材料没有/较小
腐蚀性；5、与吸附式相比，独体吸附剂为多微孔介质，比表面积大，导热性能低，故吸附解析时间长，制冷量小，COP值不高
试用T-S图说明劳伦斯循环的工作过程：（图P42）被加热物体（高温热源）由温度T C加热到T B，环境介质的温度由T A冷却到T D，若采用拟卡诺循环，为了从温度的低温热源中吸热或向变温的高温热源放热，尽可能得到较大的制热性能系数，工质等温吸热的温度应等于T D，工质等温放热的温度应等于T B,即循环为A’-B-C’-D’-A’.由于这个逆卡诺循环的两个等温过程有传热温差，势必引起不可逆损失，循环A’-B-C’-D’-A’是具有温差的不可逆的逆卡诺循环，而且温差非定值。

为了减少不可逆损失，洛伦兹提出了变温热源的逆向循环。

在这个循环中，工质的放热过程B-C与高温热源的吸热过程C-B相重合，但方向相反，这样工质与热源之间的换热无传热温差，A-B和C-D为可逆的绝热压缩过程和决绝热的膨胀过程。

因此，循环A-B-C-D-A是可逆循环。

它没有不可逆附加功的损失。

试用情况：两个变温热源情况
吸附式热泵的工作原理（图见资料）：大量吸附着工质气体的颗粒状多孔性物料储存在发生吸附器上，加热物料解析工质，之后，冷却加压，可再次吸附工质而工质也有如同的循环回路。

什么是CO2跨临界循环，画出流程图、lgp-h图和T-S图：压
缩机吸气压力低于临界压力，蒸发温度也低于临界温度，循环的吸热过程仍在亚临界条件下进行，但其压缩机排气压力高于临界压力，工质冷凝工程与亚临界状态下则完全不同，此换热过程依靠显热来完成，这类循环成为跨临界循环。

转轮式热回收器与热泵的联合系统的工作原理（图旧书P157）：冬季运行时，室外空气换热器2为冷凝器，排风换热器6为蒸发器，排风经转轮式热回收器后温度下降，又经排风换热器后温度再次下降，新风经转轮式热回收器、室外空气换热器被加热，由风机送入室内。

循环路线:压缩机—四通阀-室外空气换热器-止回阀-贮液器-膨胀阀-排风换热器-四通阀-压缩机夏季运行时，四通阀换向，此时排风换热器6为冷凝器，室外空气换热器2为蒸发器，排风经转轮式回收器和排风换热器后被加热，新风经转轮式热回收器和室外空气换热器被冷却后由风机送入室内。

循环路线：压缩机—四通阀-排风换热器-止回阀-贮液器-膨胀阀-室外空气换热器-四通阀-压缩机
第一类吸收式热泵：输出的热能其温度低于驱动热源（供热给发生器）的温度。

原理（图P210 9-2）：制冷剂液体先从蒸发器的喷淋装置喷淋到传热管上，吸收了传热管内流动的热水的热量而蒸发成低温制冷剂蒸汽进入吸收器，低温制冷剂蒸汽在吸收器内被溴化锂浓溶液喷淋吸收，称为
稀溶液，在吸收过程中放出热量加热应用水，此应用水进入冷凝器。

稀溶液由溶液泵经热交换器打入发生器内，同时溴化锂溶液浓度提高，称为浓溶液，经热交换器放热进入吸收器。

高压制冷剂蒸汽进入冷凝器凝结放热成制冷剂水，同时此放热量进一步加热应用水。

第二类吸收热泵：输出的热能其温度高于驱动热源（供热给发生器和蒸发器）的温度。

原理（图P212 9-6）：溴化锂稀溶液先流入发生器，受到发生器管内外界提供的废热蒸汽的加热，产生低压制冷剂蒸汽，溴化锂溶液浓度升高称为浓溶液，由溶液泵经热交换器打入吸收器。

产生的制冷剂蒸汽在冷凝器中被冷却成为制冷剂液体，由制冷机泵打入蒸发器，蒸发器内制冷剂液体通过喷淋装置，吸收了传热管内为界提供废热蒸汽的热量蒸发成高压制冷剂蒸汽进入吸收器，该制冷剂蒸汽被溴化锂浓溶液所吸收，成为溴化锂稀溶液，同时产生吸收热，加热了应用水。

四管热泵系统的工作原理：（图旧书P158）1.夏季循环制式，冷负荷大于热负荷。

三通换向阀V6直通路开启，旁通路关闭，V7直通路关闭，旁通路开启。

冷冻水循环路线：蒸发器-风机盘管-三通换向阀V7-冷冻水泵-蒸发器热水循环路线：冷凝器-风机盘管-止回阀CV1-蒸发冷却器-三通换向阀V6-热水泵-冷凝器。

多余热量由蒸发冷却器排放到周围空气中，制冷压缩机根据制冷负荷来调节能量 2. 冬季循环模
式，热负荷大于冷负荷。

三通换向阀V6直通路关闭，旁通路开启，V7直通路开启，旁通路开关闭。

冷凝器热水循环路线：蒸发器-风机盘管-三通换向阀V6-热水泵-冷凝器。

冷冻水循环路线：冷凝器-风机盘管-止回阀CV2-蒸发冷却器和加热器-三通换向阀V7-冷冻水泵-蒸发器。

蒸发器热量一部分来自风机盘管吸取的热量，另一部分从室外空气或其他热媒吸取热量。

这两部分热量根据蒸发器回水温度进行调解。

双管束冷凝器的工作原理：系统中设有若干台空气处理机组，分别用于内区和周边区的空调。

空气处理机组设有新风预热、冷却去湿和再热设备，根据空调区的需要开动其中处理设备。

在冬季，周边区的空气处理机组只需加热，而内区的空气处理机组主要是冷凝去湿及新风加热；系统中还设有若干台回收排风热量的机组，大楼的排风经冷却后排入大气。

因此该系统可以讲内区的热量以及排风的热量转移到周边区去用于加热新风，以达到同时供冷供热的目的。

在春秋或夏季，周边区的需热量减少，需冷量增加，这是开启冷凝塔，排走一部分或全部热量，排风机组关闭。

该热泵系统全部利用内区热量及排风热量，无外热源，因此具有较高的供热性能系数。

系统中一般还设置辅助加热器，可利用蒸汽、热水或电力等。

辅助加热器可设在温水系统中，即把冷凝器出来的水继续加热；也可设在蒸发器的冷水系统中，既可以补充不足的热量又可在冷负
荷降低时防止因水温太低而冻结蒸发器。

另外，系统中常设有蓄热槽，可以把因冷热负荷不平衡而多余的冷量或热量储存起来。

水循环热泵系统的工作原理（图P179）：夏季时，个热泵机组都处于制冷状况，向环路中释放热量，冷却塔全部运行，将冷凝热释放到大气中；冬季时，所有水源热泵机组均处于制热工况，从环路循环水中吸收热量，此时全部辅助加热器投入运行。