热泵技术基础知识

∂t q = −λ gradt = −λ n ∂n
傅里叶定律表明： 导热热流密度的大小与温度梯度的绝对值成正比， 其方向与温度梯度的方向相反。
接触热阻： 由 于 固 体 表面 之间 不 能 完 全 接 触 而 对 两个 固 体间 的 导 热 过程产生的热阻，用Rc表示。 由 于 存 在接 触 热 阻 ， 使 两 个接触表面之间出现温差
T0环境 q1 = w + q2
s
热量可以自动传递
高温 物体 热力学 第二定律
热量不能自动传递
低温 物体
机械能 电能 热能 ……
必须消耗能量
二）工质的状态
5种状态： a)过冷液 b)饱和液 c)湿蒸气 d)饱和气 e)过热气
d e c a b
三、传热学基础
1.导热基本定律—傅里叶定律
傅里叶( Fourier)于1822年提出了著名的导热基本定律 ——傅里叶定律，描述导热热流密度矢量与温度梯度 之间的关系。 对于各向同性物体
课程简介
u 内容安排
周数 组别 11 12 13 14 15 16 17 1 2 3 4 5 6 7 内容、主题 蒸汽压缩式热泵（循环系统、工质） 蒸汽压缩式热泵（基本部件及辅助部件、材料） 蒸汽压缩式热泵的系统工程设计与安装调试、维护 吸收式热泵 吸收式热泵的结构、流程及部件 化学热泵 热泵的综合应用
如果两个物体分别与第三个系统处于热平衡(相互之间 没有热量传递)，则彼此也必定处于热平衡。处于热平 衡状态的系统温度必然具有相同的温度。
• 处于热平衡的系统必然有一个在数值上相等的热力学参数(温度) 描述这一平衡特性。 • 如果要测量A的温度，可以用已知物性与温度关系的物体B与A 接触，使之达到热平衡，可由B读得A的温度。 • B：气体、液体、热电偶、热电阻温度计
lnp
4
q1
T
3 2 2 4 3
5
1
q2
w
h
1 5
s
q2 = h1 − h5 = h1 − h4
q1 = h2 − h4
q1 h2 − h4 ε' = = w h2 − h1
五、热泵特点
T0 q1 制冷 q2 T2 w 热泵 T1
q1 q2 + w = w w
q1 w q2 T0
q2 制冷 ε = 系数 w
低温制冷剂与空气换热设备 节流阀 冷凝器
蒸发器 高温制冷剂与水换热设备 制冷系统的“心脏”，制冷剂 流动的能量来源 压缩机
热泵设备基本原理
Er(输出能量）
3
冷凝器 热交换盘管-散热
高温区
1、压缩机的驱动和压缩动力下，气态冷媒 （制冷剂）被吸进压缩机内并被压缩成高温 高压的气态冷媒
2
压 缩 机 Ei(输入功率）
• 《新国际制冷词典》(New International Dictionary of Refrigeration)
“热泵”的定义是“以冷凝器放出的热量来供 热的制冷系统”。
• 《热泵》徐邦裕、马最良等编
“热泵”定义为“靠高位能拖动，迫使热量从低位热 源流向高位热源的装置。
• 《热泵的原理与应用》（郁永章编）
4
蒸发器 盘管风机-吸热 低温区
1
Ea(从外界吸收的能量，即制冷量）
冷媒压焓图
压 力 3 2
冷媒吸收空气中的热量为4→1的距离 电能对冷媒做的功为1→2的距离 冷媒向水放出的热量为2→3的距离 所以制热量 > 输入功率 利用冷媒的气化吸热、液化放热的特 性进行能量转移（温差使能量传递）
1 4 能量
热泵lnp-h图及计算
• 热泵虽然需要消耗一定量 的高位能，但所供给用户 的热量却是消耗的高位热 能与吸取的低位热能的总 和。因此，热泵是一种节 能装置。
• 热泵可设想如右图所示的节 能装置（或称节能机械）， 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 能输送至高品位，以向用户 供热。
一、热泵定义
• 目前，标准、论文、书籍中有关“热泵”的定 义与内涵却各不相同，常给人们一种模糊 不清的热泵概念。因此,有必要做个概念明 确的统一定义，其内涵要更全面、更准确。
不同文献中热泵的定义
• GB50155-99《暖通空调术语标准》
“热泵”的解释是“能实现蒸发器和冷凝器功 能转换的制冷机”。
课程简介
u 成绩评定
1）演讲：各组评选优、良、中成绩，组内成绩组内 自报，非优秀组最多一人优秀，优秀组可报2人优秀。 教师在自评成绩基础上确定该项个人成绩。40％； 2）报告：40％； • • • 内容与题目基本相符，有参考文献－及格； 逻辑性强、论述充分，参考文献与题目相关－良； 逻辑性强、论述充分、切合当前研究热点且格式符合校 报要求－优。 3）平时成绩：考勤等，20％。
能量利用系数
直接电 100% 电厂 锅炉 100% 锅炉 热泵 发电33% 损失67% 效率70% 损失30% 房间70% 房间33%
热 发电33% 房间99% 100% COP=3 分 • 按驱动热泵能源种类分 • 按制取热能的温度分 • 按吸收能量（低位热）来源分 • ┊
T Eb = C 0 100
4
C0黑体辐射系数，C0=5.67W/(m2·K4)。 •黑体的辐射能力与绝对温度的4次方成正比。 •高温下辐射传热成为主要的传热方式。
四、热泵工作原理
1、压缩机 2、冷凝器
内部结构
3、膨胀阀（节流阀） 4、蒸发器 5、制冷剂
使制冷剂流动受阻力压力降低
制热 ε ' = q1 = ε + 1 系数 w
• 热泵的工作原理与 制冷的原理相同， 但它们工作的温度 范围不同。 • 图中TA是环境温 度，Te是低温物 体的温度，Th是 高温物体的温度。
供暖方式比较
燃煤、燃气 锅炉 集中供热 直接电采暖 （蓄热锅炉、 地板辐射、 电热膜）
热用户
热泵（空气 源、水源）
“热泵”是把处于低位的热能输送至高位的机械”。
• 《制冷工程技术词典》（尉迟斌编）
热泵解释为“可连续将热量从温度较低的物体（或 环境）传递给温度较高物体的机械”。
热泵定义的剖析与看法
• 把“热泵”理解为制冷机、制冷系统、装置与机 械，各不相同。显然热泵不是制冷机，也不是制 冷系统，而应该是一种装置或称为机械。热泵概 念的引出应从合理的使用高位能的角度引出。 • 制冷机可以作为热泵的工作机。因为制冷循环既 制造了低于环境温度的物质，并从环境温度下的 物体中吸取热量，又制造了高于环境温度的热 量，而获得供热效果，形成了所谓的热泵作用。 • 把“热泵”理解为一种装置或机械还不够，而应明 确是一种节能装置或节能机械
• 热泵既遵循热力学第一定律，在热量传递 与转换的过程中，遵循着守恒的数量关 系；又遵循着热力学第二定律，热量不可 能自发的、不付代价的、自动的从低温物 体转移至高温物体。 • 在热泵定义中明确指出，热泵是靠高位能 拖动，迫使热量由低温物体传递给高温物 体。
二、热力学基础
一）热力学定律 1.热力学第零定律
Q2
热泵的性能系数COP
(Coefficience Of Performance)
=
/ W
3.热力学第二定律
•热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体 •研究与热现象相关的各种过程进行的方向、条件及限度的
定律 (1)热泵循环的热力学分析 正向循环 热力学循环 逆向循环 消耗功 理想循环 Ø 循环除了一二个不可避免的不可逆过程外，其余均 为可逆过程。可逆循环是理想循环。 热能转化为机械功
热泵技术
课程简介
u 学习目的
• • • • 掌握各种热泵的特点 掌握热源与驱动能源 掌握热泵的工质 掌握热泵型空调机组的结构,安装与控制
课程简介
u 考查形式
分组PPT演讲+提交个人学习报告
u 考查要求
1）分组就专题进行讨论（每组4～5 人，共7组），结合PPT演讲。 2）按校报论文格式提交不少于1500字 专题报告。
节 流 器
2、高温高压气态冷媒流入冷凝器（即设备 的散热盘管）；此时低温的水和流动着高温 冷媒的通过盘绕在水箱外壁的铜管（散热盘 管或称冷凝器）进行热交换，冷水温度升 高，气态冷媒温度降低及液化， 3、液态冷媒通过节流阀压力降低； 4、低压液态冷媒流入蒸发器吸收了风机带 来的空气中的热量而气化 。如此周而复 始的运行，利用空气中的热能将水加热到设 定温度。
流体有相变化时的对流传热系数
蒸汽冷凝的对流传热
•蒸汽是工业上最常用的热源； •在加热时产生的热量将水加热汽化，使之产生蒸汽； •蒸汽具有一定压力，饱和蒸汽的压力和温度具有一定的关 系； •蒸汽在饱和温度下冷凝成同温度的冷凝水时，放出冷凝潜 热，供冷流体加热。
3.辐射产生的原因和特点 1) 投射在物体上辐射能的分布
∆tc = Φ Rc
接触热阻的主要影响因素： (1) 相互接触的物体表面的粗糙度； (2) 相互接触的物体表面的硬度； (3) 相互接触的物体表面之间的压力等。 减小接触热阻的措施：抛光、加压、添加薄膜等。
2.牛顿冷却定律
当流体流过固体壁面时，通过流体且与壁面垂直的对 热流密度与壁面温度和流体温度的差成正比，即： dQ dQ qx = = α x (T − Tw ), q x = = α x (t w − t ) dS dS 或 dQ = α x (T − Tw ) dS , dQ = α x (t w − t ) dS 式中：qx ——局部对流热流密度，W/m2； Q ——对流传热速率或热流量，W； S ——与流体接触的固体传热面积，m2； αx ——局部对流传热系数，W/(m2⋅K)； tw，Tw——分别为冷热流体侧的局部壁温，K，°C； t，T——分别为冷热流体的有限空间内局部截面平均温 度或大空间中流体主流温度，K，°C。