热泵与建筑节能
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❖ 假定供热温度45℃，低温物 体温度0℃，如果热泵按理 想的逆卡诺循环工作，则所 需要的电能为1.145kW。
❖ 节约能量的途径，过去认为 不用能即节能，实际上应该 提高能量的利用率，“建筑 节能”应更准确地表述为“ 建筑合理用能”。
热负荷 10kW
由燃料直接提供采暖等所需的 低位能，即使在不损失热量的 条件下，室内所得到的热量最 多为燃料发热量的100%，也应 该说是一种巨大的浪费 。因为, 在这种情况下，储藏在燃料中 的化学能所具有的作功能力未 加以合理利用而被贬值了！
第17讲 热泵与建筑节能
17.1 热泵的定义与涵义 17.2 热泵机组与热泵系统 17.3 热泵空调系统 17.4 热泵的评价 17.5 热泵的分类与用途 17.6 地源热泵系统
17.1 热泵的定义与涵义
定义：以消耗一部分高品位能源(煤、石油、机械能、电能或高 温热能)为补偿，使热能从低温热源向高温热源传递的装置。其 实质是借助降低一定量的功的品位，提供品位较低而数量更多
生活废水、工业废水） ❖ 土壤源热泵 ❖ 太阳能热泵等
17.5 热泵的分类与用途
按热泵与供热介质的组合方式分
低温热源/热媒： ❖ 空气/空气热泵 ❖ 空气/水热泵 ❖ 水/空气热泵 ❖ 水/水热泵 ❖ 土壤/空气热泵 ❖ 土壤/水热泵
17.5 热泵的分类与用途
按用途分
❖ 小型水加热器美国
1988年已运行的热泵热水器达200多万台。
量来产生机械功，热效率η 值总是小于1的。
热泵：靠消耗机械功将低 温热源的热量转移到高温 物体中去，制热性能系数 Φ(ε+1)总是大于1的。
空气源热泵室外机
17.1 热泵的定义与涵义
不同供热方案的比较
❖ 方案1：直接用电加热，则 需要10kW电能。
❖ 方案2：采用热泵供热，即 用电能拖动热泵机组向室内 供热。
采暖季的总供热量 HSPF 采暖季的总耗功量
qiTi WiTi
17.5 热泵的分类与用途
热泵可按多种特征进行分类 按低位热源分 按热泵与供热介质的组合方式分 按用途分 按供热温度分 按热泵循环的驱动方式分
17.5 热泵的分类与用途
按低位热源分
❖ 空气源热泵 ❖ 水源热泵（地表水、地下水、
❖ 在暖通空调工程中采用热泵节能的经济评价问题十分复杂 ，影响因素很多，其中主要有负荷特性、系统特性、地区
气候特性、低位热源特性、设备价格、设备使用寿命、燃
料价格、电力价格等。但总的原则围绕着两方面：节能效 果和经济效益。
❖ 热泵的制热性能系数
h
Qc W
Qe W W
Qe W
1 e
1
❖ 热泵的供热季节性能系数HSPF
，即热源消耗高位能，向建筑物提供低温热量，向环境排放废 物。热泵空调系统遵循热量循环使用的用能模式。 使用大量的再生能替代高位能 冷源与热源合二为一：夏天制冷，冬天供暖，冷热源一体化， 节省设备投资。常规暖通空调系统，分别设置冷源、热源。 热泵空调系统更具节能效果和环保效益
热泵空调系统
17.4 热泵的评价
17.2 热泵机组与热泵系统
热泵机组：动力机、工作机组成的节能机械，是热泵系统的 核心部分。
热泵系统：热泵机组、高位能输配系统、低位能采集系统和 热能分配系统组成。 热泵机组
高位能输配系统
低位能采集系统 热泵系统框图
热能分配系统 低位能采集系统
17.2 热泵机组与热泵系统
以典型地下水源热泵系统为例讲解四个系统： 热泵机组：冬天，通过蒸发器从地下水(低位热源)吸取热量，
清洗用温水 清洗用温水
牛奶冷却、储存室冷却 冷藏库及速冻间
采暖、游泳池
的能量。由于热泵能将低温热能转换为高温热能，提高能源的 有效利用率，因此是回收低温余热、利用环境介质(地下水、地 表水、土壤、室外空气、废热等)中储存的能量的重要途径。
水泵的作用是把水 从低处往高处送， 热泵就是热传导的 “水泵”。把低温 的热源提升，提供 生活用能。用１千 瓦的电驱动热泵后， 可以“搬运”4千 瓦的浅层地能。
在冷凝器中放出温度较高的热量供给用户；夏天，蒸发器直接 将冷冻水送入用户，降温除湿，中间介质(水)在冷凝器中吸取 建筑中的热量，并回送入地下蓄热供冬天采暖用。
低位能采集系统：直接系统用水、空气等直接输给热泵机组的 系统；间接系统则借助于水或者防冻剂的水溶液通过换热器将 低位热源的热量传输出来，输送给热泵机组。
❖ 全年运行的空调和采暖热泵 ❖ 同时供热供冷热泵 ❖ 废热利用热泵 ❖ 蒸气压缩机及蒸馏装置
空气源热泵
装置的用途 鱼类加工厂 肉类加工厂
农舍 乳品厂 屠宰场 溜冰场 大型冷库 啤酒厂 工业能源中心
同时供热供冷热泵
பைடு நூலகம்
用热
用冷
清洗用温水
制冷
清洗用温水
冷却和制冷
清洗机器和清洁用温水 牛奶冷却、空调用冷
热泵既遵循热力学第一定律，热量在传递和转换过程中的 能量守恒；也遵循第二定律，热量不可自发的、不付代价 的、自动的从低温物体转移至高温物体。热泵是依靠高位 能的拖动，迫使热量有低温物体传递给高温物体。
17.1 热泵的定义与涵义
17.1 热泵的定义与涵义
热泵与热机的区别： 热机：利用高温热源的能
高位能输配系统：用电动机作为驱动装置是最常见的。但是发 电中，很多废热被损失，采用燃料发动机更好。
热分配系统：应用非常广泛，工业、农业、建筑暖通空调等。
暖通空调用热品味不高，均小于60℃。
典型地下水源热泵系统图(冬天)
典型地下水源热泵系统图(夏天)
17.3 热泵空调系统
热泵空调系统：空调系统中选用了热泵系统 遵循能量提升的用能原则：避免了常规空调系统用能的单向性
热泵原理
高位能 动力机
高于环境温 度的热源供 给热用户
工作机
低位能
环境温度
17.1 热泵的定义与涵义
17.1 热泵的定义与涵义
涵义： 热泵是一种节能装置：虽然消耗一定的高位能，但供给用
户的热量是消耗的高位热能与吸取的低温热能的综合。用
户获得的热量永远大于消耗的高位能。
由动力机和工作组组成热泵机组。利用高位能来推动动力 机(如汽轮机、燃气机、燃油机、电机等)，然后由动力机驱 动工作机(如制冷机、喷射器)运转，工作机像泵一样，把低 位热能送至高品位，以向用户供热。
❖ 节约能量的途径，过去认为 不用能即节能，实际上应该 提高能量的利用率，“建筑 节能”应更准确地表述为“ 建筑合理用能”。
热负荷 10kW
由燃料直接提供采暖等所需的 低位能，即使在不损失热量的 条件下，室内所得到的热量最 多为燃料发热量的100%，也应 该说是一种巨大的浪费 。因为, 在这种情况下，储藏在燃料中 的化学能所具有的作功能力未 加以合理利用而被贬值了！
第17讲 热泵与建筑节能
17.1 热泵的定义与涵义 17.2 热泵机组与热泵系统 17.3 热泵空调系统 17.4 热泵的评价 17.5 热泵的分类与用途 17.6 地源热泵系统
17.1 热泵的定义与涵义
定义：以消耗一部分高品位能源(煤、石油、机械能、电能或高 温热能)为补偿，使热能从低温热源向高温热源传递的装置。其 实质是借助降低一定量的功的品位，提供品位较低而数量更多
生活废水、工业废水） ❖ 土壤源热泵 ❖ 太阳能热泵等
17.5 热泵的分类与用途
按热泵与供热介质的组合方式分
低温热源/热媒： ❖ 空气/空气热泵 ❖ 空气/水热泵 ❖ 水/空气热泵 ❖ 水/水热泵 ❖ 土壤/空气热泵 ❖ 土壤/水热泵
17.5 热泵的分类与用途
按用途分
❖ 小型水加热器美国
1988年已运行的热泵热水器达200多万台。
量来产生机械功，热效率η 值总是小于1的。
热泵：靠消耗机械功将低 温热源的热量转移到高温 物体中去，制热性能系数 Φ(ε+1)总是大于1的。
空气源热泵室外机
17.1 热泵的定义与涵义
不同供热方案的比较
❖ 方案1：直接用电加热，则 需要10kW电能。
❖ 方案2：采用热泵供热，即 用电能拖动热泵机组向室内 供热。
采暖季的总供热量 HSPF 采暖季的总耗功量
qiTi WiTi
17.5 热泵的分类与用途
热泵可按多种特征进行分类 按低位热源分 按热泵与供热介质的组合方式分 按用途分 按供热温度分 按热泵循环的驱动方式分
17.5 热泵的分类与用途
按低位热源分
❖ 空气源热泵 ❖ 水源热泵（地表水、地下水、
❖ 在暖通空调工程中采用热泵节能的经济评价问题十分复杂 ，影响因素很多，其中主要有负荷特性、系统特性、地区
气候特性、低位热源特性、设备价格、设备使用寿命、燃
料价格、电力价格等。但总的原则围绕着两方面：节能效 果和经济效益。
❖ 热泵的制热性能系数
h
Qc W
Qe W W
Qe W
1 e
1
❖ 热泵的供热季节性能系数HSPF
，即热源消耗高位能，向建筑物提供低温热量，向环境排放废 物。热泵空调系统遵循热量循环使用的用能模式。 使用大量的再生能替代高位能 冷源与热源合二为一：夏天制冷，冬天供暖，冷热源一体化， 节省设备投资。常规暖通空调系统，分别设置冷源、热源。 热泵空调系统更具节能效果和环保效益
热泵空调系统
17.4 热泵的评价
17.2 热泵机组与热泵系统
热泵机组：动力机、工作机组成的节能机械，是热泵系统的 核心部分。
热泵系统：热泵机组、高位能输配系统、低位能采集系统和 热能分配系统组成。 热泵机组
高位能输配系统
低位能采集系统 热泵系统框图
热能分配系统 低位能采集系统
17.2 热泵机组与热泵系统
以典型地下水源热泵系统为例讲解四个系统： 热泵机组：冬天，通过蒸发器从地下水(低位热源)吸取热量，
清洗用温水 清洗用温水
牛奶冷却、储存室冷却 冷藏库及速冻间
采暖、游泳池
的能量。由于热泵能将低温热能转换为高温热能，提高能源的 有效利用率，因此是回收低温余热、利用环境介质(地下水、地 表水、土壤、室外空气、废热等)中储存的能量的重要途径。
水泵的作用是把水 从低处往高处送， 热泵就是热传导的 “水泵”。把低温 的热源提升，提供 生活用能。用１千 瓦的电驱动热泵后， 可以“搬运”4千 瓦的浅层地能。
在冷凝器中放出温度较高的热量供给用户；夏天，蒸发器直接 将冷冻水送入用户，降温除湿，中间介质(水)在冷凝器中吸取 建筑中的热量，并回送入地下蓄热供冬天采暖用。
低位能采集系统：直接系统用水、空气等直接输给热泵机组的 系统；间接系统则借助于水或者防冻剂的水溶液通过换热器将 低位热源的热量传输出来，输送给热泵机组。
❖ 全年运行的空调和采暖热泵 ❖ 同时供热供冷热泵 ❖ 废热利用热泵 ❖ 蒸气压缩机及蒸馏装置
空气源热泵
装置的用途 鱼类加工厂 肉类加工厂
农舍 乳品厂 屠宰场 溜冰场 大型冷库 啤酒厂 工业能源中心
同时供热供冷热泵
பைடு நூலகம்
用热
用冷
清洗用温水
制冷
清洗用温水
冷却和制冷
清洗机器和清洁用温水 牛奶冷却、空调用冷
热泵既遵循热力学第一定律，热量在传递和转换过程中的 能量守恒；也遵循第二定律，热量不可自发的、不付代价 的、自动的从低温物体转移至高温物体。热泵是依靠高位 能的拖动，迫使热量有低温物体传递给高温物体。
17.1 热泵的定义与涵义
17.1 热泵的定义与涵义
热泵与热机的区别： 热机：利用高温热源的能
高位能输配系统：用电动机作为驱动装置是最常见的。但是发 电中，很多废热被损失，采用燃料发动机更好。
热分配系统：应用非常广泛，工业、农业、建筑暖通空调等。
暖通空调用热品味不高，均小于60℃。
典型地下水源热泵系统图(冬天)
典型地下水源热泵系统图(夏天)
17.3 热泵空调系统
热泵空调系统：空调系统中选用了热泵系统 遵循能量提升的用能原则：避免了常规空调系统用能的单向性
热泵原理
高位能 动力机
高于环境温 度的热源供 给热用户
工作机
低位能
环境温度
17.1 热泵的定义与涵义
17.1 热泵的定义与涵义
涵义： 热泵是一种节能装置：虽然消耗一定的高位能，但供给用
户的热量是消耗的高位热能与吸取的低温热能的综合。用
户获得的热量永远大于消耗的高位能。
由动力机和工作组组成热泵机组。利用高位能来推动动力 机(如汽轮机、燃气机、燃油机、电机等)，然后由动力机驱 动工作机(如制冷机、喷射器)运转，工作机像泵一样，把低 位热能送至高品位，以向用户供热。