热泵技术及原理

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热泵技术
热泵概述
• 定义: • 按新国际制冷辞典的定义:热泵就是以冷凝器放 出的热量来供热的制冷系统. • 从热力学或工作原理上说,热泵就是制冷机,它们 的区别是: • 两者的目的不同(制热\制冷) • 两者的工作温度区别有所不同((热泵将环境温度 作为低温热源、制冷机将环境温度作为高温热
热泵的分类
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空气热泵
• 空气随时随地可以利用,其装置和使用比较方便, 对换热设备无害,是目前热泵装置的主要热源.空 气在各种不同温度下都能提供任意数量的热量.
• 因空气比热小、则室外侧需风量大、蒸发温度与 进风温度差100C左右、热泵体积大; • 缺点:随空气温度的降低,蒸发温度下降,热泵温差 增大,热泵的效率降低.(-150C~-200C) • 随环境空气温度的变化,热泵的供热量往往与建 筑物的供热负荷相矛盾. • 空气有一定湿度,蒸发器表面结霜
地(水)源热泵系统
• • • • • • 分三种不同形式: 水源热泵: 以地下水体为冷热源 以地表水体为冷热源 海水源热泵 以污水源热泵
• 以土壤源为冷热源
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水源热泵工作原理
•提取井水的低品位热
•利用电能聚变为高品位热能
•节约能量,环保无污染
水源热泵工作原理
寒冷
温暖 冷 温暖
温暖
冬季 水源热泵机组把地能中 的热量提取出来,提高 温度后,供给室内采暖

水源热泵工作原理

冷 热 冷
夏季 把室内的热量提取出 来,释放到地能中去
热 热


膨胀水箱
冬季供热示意图
末端设备
t=45~50℃
基本原理
用 户 ( 末 端 ) 系 统
末端设备
循环泵 制冷剂液体 膨胀阀
• 优点
• 地下水温度恒定,一般为10-16℃,机组的运行工 况比较稳定 • 初投资较低,同时降低运行费用
直接利用地下水源水
采用板式热交换器
地下水质较差 避免管路阻塞和腐蚀发生
回灌
合理利用地下水资源
地下水应通过回灌井将水重新回灌到土壤中的 含水层
控制回灌水质,避免水资源的浪费或污染
水源热泵工作原理
硬度 腐蚀
浑浊
水源系统地下水的处理
旋流除沙器
电子水处理器 过滤器
Overpressure valve
P3
P2
DISCHARGE WELL
水源水温度
工 水源水走 况 向 制 水源水进 冷 冷凝器 水源水温 水源水温≤20 度 一般性对策 备注
1、设中间换热装 2、设中间混水 减少水源水量, 箱(池) 3、设系统混水器 提高水温差
• 按工作原理分(蒸汽压缩式、气体压缩式、蒸气喷射式、吸收式、 热电式、化学热泵) • 按热源分(空气、地表水、地下水、城市自来水、土壤、太阳能、 废热) • 按用途分(住宅用、商业及农业用、工业用) • 按供热温度分(低温热泵<100、高温热泵>100) • 按驱动方式分(电动机驱动、热驱动) • 按热源与供热介质的组合方式分(空气-空气热泵、空气-水热泵、 水-水热泵、水-空气热泵、土壤-空气热泵、土壤-水热泵) • 按热泵功能分(单纯制热、交替制冷与制热、同时制冷与制热) • 按压缩机类型分(往复活塞式、涡旋式、滚动转子式、螺杆式、 离心式) • 按热泵机组的安装形式分(单元式、分体式、现场安装式) • 按热量提升分(初级热泵、次级热泵、第三级热泵) http://hp.hvacr.cn/
水源热泵机组工作的原理
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。
取 水 井
回 灌 井
不使用冷水塔,不消耗冷却水,节省占地面积
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水源热泵技术的概念和工作原理
水源热泵技术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 和湖泊和海洋中,吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量,并 且水源的温度一般都十分稳定。水源热泵机组工作原理就是在 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,由热泵 原理通过空气或水作为载冷剂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。
t=50~55℃
冷凝器
制冷剂气体 压缩机
主 机 系 统
蒸发器
水 源 中 央 空 调 水 源 水 系 统
地表 t=6~8℃
水处理设备 t=10~18℃ 潜水泵
P1
冬季
UTILITY
C1
C2
Evaporator
DT = 5 °C
D1
D2
IN
OUT
IN
Condenser
DT = 6 °C
OUT
A1
A2
B1
中-大 大-中
水垢 腐蚀
水垢 腐蚀 藻类 温度
小-中 中-大
废水 处理 防垢 防菌 温度
水源热泵主机对水源水水质要求
项目
含砂 量
1/100 万 ~1/200 万
浑浊 度
酸碱 度
硬度
矿化 度
腐蚀 性
cl-、 SO4-、 CO2等
指标
10~20
5~9
1.5~9
30~50
单位
t(砂) Mg(悬 / t(水) 浮物)/L
水源水量问题
水源水量问题 制冷够, 制热不够 (北方问题) 制热够, 制冷不够 (南方问题) 制冷不够, 制热不够 一般性对策 备注
1、设调峰辅助电加热器,或采用其他 室温下降1度, 加热方式 可减少 2、降低室内设计标准 热负荷2~8% 3、设置调节水池 4、蓄热方案 1、增设冷却塔系统 2、降低室内设 计标准 3、设置中间调节水池 4、其他系统方式 1、增设独立的调峰供冷、供热系统 2、降低室内 设计标准 3、设置 调节水池 4、蓄热方案 室温上升1度, 可减少 冷负荷2~8% 室温上升1度, 可减少 冷负荷2~8%
采用地表水
• 利用江河湖海等地表水资源,通过敷设水 中的换热装置进行热量交换。
• 湖的大小和深度是尤为关键的,需要通过 精密计算,以确定湖水能满足建筑物的制 冷和制热需求。 • 可利用大型商用/公用建筑所营造的大型 人工水体作为换热体。
水源热泵适用范围
• 水源充沛,四季分明,温度适中的地区
• 凡是水量,水温,水质能够满足水源中央 空调主机制热(或制冷)需要的任何水源, 都可作为水源中央空调系统的水源
– 工业余热 – 深水湖泊 – 地下水
水源热泵应用局限
• 水资源缺乏,水质差的地区 • 冬季严寒或四季炎热的地区
水源水类型
自然水源 人工排水源 海洋 水
城市 生活 污水
项目
作为水源热泵 热源适用性
地下 井水
河川 水
工业 废水
热电 冷却 水
良好



腐蚀 温度


水处理 温度 流量
良好
良好
适用规模 注意问题
B2
Over pressure valve
P3
P2
WELL
膨胀水箱
夏天供冷示意图
末端设备
基本原理
用 户 ( 末 端 ) 系 统
末端设备
t=12℃
循环泵 制冷剂液体
t=7℃
蒸发器 冷凝器
制冷剂气体
膨胀阀
压缩机
主 机 系 统
水 源 中 央 空 调 水 源 水 系 统
地表 t=18~34℃
水处理设备 t=10~18℃ 潜水泵
以地能(地下水、地表水)为主要能源 电能为辅助能源 利用制冷剂作为载体 将源源不断的低位热源开发利用 实现低品位热能向高位热能转移
水源热泵工作原理
•提取井水的低品位热
•利用电能聚变为高品位热能
•节约能量,环保无污染
取 水 井
Байду номын сангаас
回 灌 井
不使用冷水塔,不消耗冷却水,节省占地面积
优势
• 与锅炉(电、燃料)和空气源热泵的供热系统相 比,水源热泵具明显的优势。锅炉供热只能将 90%~98%的电能或70~90%的燃料内能转化为热量, 供用户使用,因此地源热泵要比电锅炉加热节省 三分之二以上的电能,比燃料锅炉节省二分之一 以上的能量;由于水源热泵的热源温度全年较为 稳定,一般为10~25℃,其制冷、制热系数可达 3.5~4.4,与传统的空气源热泵相比,要高出40% 左右,其运行费用为普通中央空调的50~60%。
3、多联系统热泵空调机组 一拖二或一拖三
VRV系统(变制冷剂流量系统)
• 以前,几十万KW以上的空调系统一般采用中央 空调,上世纪初日本大金公司成功研制VRV系统, 向中央空调发起挑战。 • 其特点: • 高效的容量控制(每个房间独立控制、变频技术 加电子膨胀阀)节约能源,精确的室温控制,适 应室外温度变动范围大; • 制冷剂配管长度延长 • VRV系统最长配管为100M,最大高低落差可达 50M,但过长会导致液体回流造成液击,回油困 难(气油分离器) • 运转成本低
热泵的热力经济性指标
• 热泵通常被作为一种节能装置,其性能系数用 COP来表示,它指其收益(制热量)与代价(所 耗机械功或热能)的比值。 • 1、压缩式热泵:用εh表示,为制热量Qh与输入功 率W的比值
• εh= Qh/ W=(Q0+W)/W=1+ε>1
• 2、吸收式热泵:用ζ表示,为制热量Qh与输入热 能Q g的比值 • ζ= Qh/ Q g
热泵热源与驱动能源
• 热泵热源是指可利用的自然低位能源(空气、地 表水、地下水等)以及生活和生产中的排热热源 (从建筑物内部回收的热量,废水中余热量等) • 热泵的驱动运行是需要能量的,这种能源来自于 石化燃料。
热泵型空调机组
• 1、热泵型房间式空调器 • 适用于室外气温在00C以上的地区,制冷或制热 量小于7000W,当窗式空调器新风门打开时,热 量要降低10%左右。 • 2、商用大型分体热机组 • 制冷或制热量在7~100KW,电源为380V50HZ • 立柜式、天花板嵌入式或悬吊式、屋顶式
水源热泵与普通中央空调比较
• 初投资
机组初投资比冷水机组增加20%左右 增加打井费用
无冷却水塔和冷却水系统
无锅炉和锅炉房
• 运行费用
夏季制冷:节约费用>20% 冬季制热时,运行费用相当于电锅炉、燃汽、燃油的 30%左右
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。
夏季
P1
UTILITY
C1
C2
D1
Evaporator
DT = 5 °C
D2
IN
OUT
IN
Condenser
DT = 12 °C
OUT
A1
A2
B1
B2
Over pressure valve
P3
P2
WELL
直接利用地下水源水
• 条件
• 有足够的地下水量,水质较好,水温满足要求 • 有开采手段,当地规定允许
1、严禁使用 2、设置冷却塔 导致压机排气 温度过高 3、换其他水源水 1、严禁使用 2、换其他水源水 水源水温<8度 3、设电辅助加热器(其他加热装 有冻的问题 置) 制 水源水进 热 蒸发器 水源水温>22 1、设中间换热装置 2、设中间 减少水源水量, 度 混水箱(池) 3、设系统混水器 提高水温差 水源水温≥45 度
(水)
PH值
Mg(CaO. Mg(各 Mg O)/L 种离子分 (水) 子)/ L (水)
水源水质问题
水源水质问题 含沙 一般性对策 1、洗井 2、回扬 3、沉淀池 4、螺旋式除沙器 5、其他方式 1、软化(钠离子)水装置 2、设中间换热装置隔离 1、水质处理设备 2、设中间换热装置隔离 1、沉淀池 3、净水器 2、过滤器 4、其他处理方式 备注
热泵型式
• 目前用于空调可以 制冷与制暖的最为普通 的几种型式为: • 空气-空气热泵(最普通的热泵型式、住宅与 商用) • 空气-水源热泵(常见为热泵型冷水机组、室 内侧为水,室外侧为空气) • 水-空气热泵(热源为水,室外侧为水,室 内侧为空气)
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水源热泵系统的能量来源于自然能源。它 不向外界排放任何废气、废水、废渣、是 一种理想的“绿色空调”。
湖水换热器系统水盘管系统
空调水系统流程图 空调季节螺杆机将室内的热量吸收到冷却水中,水水式水源热泵吸收冷却水的热量 加热生活热水;冬季当空调系统不运行时,水水式水源热泵吸收湖水热量加热生活 热水。
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