热泵技术在暖通空调中的应用

空气气温的变化，使机组

的变化，制约了机组的使用 恶劣工况下，机组运行稳定性变差 t 5 10 C, 70% 出现结霜
、W 、EER Q e
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空气源热泵系统的特点
空气的单位容积比热容很小

空气：1.21kJ/m3· ℃ 水：4186kJ/m3· ℃ 室外风机风量很大，引起噪声
干燥 过滤器
单向阀
毛细管
室内机
室外机
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空气源热泵种类
空气/水 ● 空气源热泵冷热水机组 ● 空气源热泵热水器 ● 水冷热泵式多联机
空气源热泵
空气/空气 ● 分体式热泵式空调机组 ● 窗式热泵空调器 ● 热泵式单元柜式机组 ● 空气源热泵式多联机
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空气源热泵系统的特点

空气取之不尽，用之不绝，处处都有，随时无偿 可用。使机组具有安装地点的灵活性，使用的连 续性
热泵技术在暖通空调中的应用
内容提要

热泵技术及评价
热泵技术在暖通空调中的应用形式
热泵技术在暖通空调中应用应注意的问题
热泵技术在暖通空调中的应用实例
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1. 热泵技术及评价

1.1 热泵定义
热泵是一种利用高位能 使热量从低位热源流向 高位热源的节能装置 热泵也就是像泵那样， 可以把不能直接利用的 低位热能(如空气、土壤、 水中所含的热能、太阳 能、工业废热等)转换为 可以利用的高位热能， 从而达到节约部分高位 能（如煤、燃气、油、 电能等）的目的
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5.0 1.923 2.308 2.692 1.786 2.143 2.500 1.667 2.000 2.333 1.563 1.875 2.188 1.471 1.765 2.059 1.389 1.667 1.944
环境效益评价
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25百度文库
相对CO2排放量

国际能源机构(IEA)热泵中 心评估资料 电动热泵耗电CO2排放量以 欧洲发电的CO2排放量为基 数计算，平均为0.55kg CO2/kWh 热泵减排的潜力极大 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
一机冬夏两用，一机多功能(制冷、供热、
供热水)
与常规空调相比

省了一套冷却水系统和锅炉 可布置在室外，不占用建筑物的有效面积 安装方便，便于运行管理 不污染空气，有利于环保
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2.2 地源热泵

地表水源热泵

关键技术：取水工程、水净化工程

地下水源热泵

关键技术：地下水的回灌技术
燃煤锅炉效率(%)
锅炉耗煤量(kg) 350元/t (0.35元/kg) 煤价

0.65
2.296 0.800 0.920 1.148
0.70
2.130 0.750 0.852 1.065
0.75
1.990 0.696 0.769 0.995
400元/t (0.40元/kg) 500元/t (0.50元/kg)
2. 热泵每年消耗的标准煤
Q / h B2 29308ndzsd
ndz —凝汽式电厂效率， ndz 0.25 0.35 sd —输配电效率， 取0.9
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3. 两方案燃料消耗量的比值
B1 ndzsd R h B2 glrw

可见只要R>1，热泵方案就能节约原料，而且值 越大，节约燃料也越多 (1)
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热泵定义的理解

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。 热泵可设想为节能装置（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），然后再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 的热能输送至较高品位，以向用户供热。
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1.4 热泵评价 经济性评价

原则：“节能”与“省钱”
热泵性能系数
(2)W是何值
注意(1)COP是瞬时值，COP与工况有关

Qc Qe W COP W W
热泵的能源利用系数 E 供热量 ptd COP
初级能源 p ——发电效率
t ——输配电效率 d ——电动机效率

经济性：

回收年限应在5-8年之内
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能耗费用

1小时内加热10000kcal时所需要的燃料费用
电动热泵制热性能系数 3.5 3.320 2.656 1.992 1.328 4.0 2.907 2.326 1.744 1.163 4.5 2.584 2.067 1.240 1.034
电动热泵所需的电能(kW) 0.8元/kWh 电价 0.6元/kWh 0.4元/kWh
热源装置： ●地下水生产井与回灌井； ●地下埋管换热器与循环泵； ●取水构筑物与取水泵； ●轴流风机； ●太阳能集热器与循环泵； ●蓄热装置等。
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1.3 热泵的驱动能源

原则上可用各种发动机来做热泵的驱动装置


用电动机作为热泵的驱动装置
用燃料发动机（柴油机、汽油机或燃气轮机等） 作为热泵的驱动装置 用外燃机（斯特林发动机、锅炉）作为热泵的驱 动装置 但是，目前小型热泵和大部分大型热泵的驱动装 置仍然都以电动机为主。因此，热泵的驱动能源 主要是电能，其次是液体燃料（汽油、柴油等）、 燃气等
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电动机驱动

单相或三相交流电动机是热泵中用的最普遍的驱动装置 。 只要电动机选配恰当，它就能平稳、可靠和高效率地运转。 因此，在可预见的一段时间内电能将继续是各类热泵的主 要动力。 常用的电能驱动装置主要有：单相交流电动机、三相交流 异步电动机、直流电动机、变频电动机

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燃料发动机驱动
向建筑物内提 供低温的热量
向环境排 放废物
6

两种供暖模式
(a)电供暖
(b)热泵供暖
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2008年12月17日，欧盟指令认可了空气源热泵和 水源热泵为“可再生能源技术”
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热泵空调系统实现了科学配置能源
高位能 热泵机组 再生高温热能 高位能输配系统： ●电网与配电； ●用户燃气输配； ●用户燃油储存与输配； ●用户热能装置。 动力机 工作机 低温热能 热分配系统（热汇）： ●工业用热系统； ●农业用热系统； ●暖通空调（如地板 辐射采暖、风机盘 管系统、热水供应 系统等）。
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0


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电动热泵， 电力来自可再生能源
电动热泵， 欧洲国家平均
燃油锅炉
燃气锅炉
燃气热泵
2. 热泵技术在暖通空调中的应用形式
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2.1 空气源热泵
四通 换向阀 电磁阀 轴流 风机 压缩机
离心 风机
室内 换热器 气液 分离器
室外 换热器
(2) (3)
h R
ndz R sd
gl R rw



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R值
锅炉 总效率 0.65×0.9 0.25×0.9 0.30×0.9 0.35×0.9 0.70×0.9 0.25×0.9 0.30×0.9 0.35×0.9 0.75×0.9 0.25×0.9 0.30×0.9 0.35×0.9 0.80×0.9 0.25×0.9 0.30×0.9 0.35×0.9 0.85×0.9 0.25×0.9 0.30×0.9 0.35×0.9 0.90×0.9 0.25×0.9 0.30×0.9 0.35×0.9 火力发电 总效率 2.0 0.769 0.923 1.077 0.714 0.857 1.000 0.667 0.800 0.933 0.625 0.750 0.875 0.588 0.706 0.824 0.556 0.667 0.778 2.5 0.962 1.154 1.346 0.893 1.071 1.250 0.833 1.000 1.167 0.781 0.938 1.094 0.735 0.882 1.029 0.694 0.833 0.972 热泵性能系数 3.0 3.5 1.154 1.385 1.615 1.071 1.286 1.500 1.000 1.200 1.400 0.938 1.125 1.313 0.882 1.059 1.235 0.833 1.000 1.167 1.346 1.615 1.885 1.250 1.500 1.750 1.167 1.400 1.633 1.094 1.313 1.531 1.029 1.235 1.441 0.972 1.167 1.361 4.0 1.538 1.846 2.154 1.429 1.714 2.000 1.333 1.600 1.867 1.250 1.500 1.750 1.176 1.412 1.647 1.111 1.333 1.556 4.5 1.731 2.077 2.423 1.607 1.929 2.250 1.500 1.800 2.100 1.406 1.688 1.969 1.324 1.588 1.853 1.250 1.500 1.750
原苏联为2000 我国目前约为500左右
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三种供暖方式vs.电价/燃料价、供暖期

在多年前，瑞典学者劳伦曾（Lorentzen）教授就指 出，某一地区适宜采用热泵、电热供暖或是供热锅炉 方式，不仅取决于电价X与燃料价Y之比，还和供暖 期的长短有关 2.5


北欧地区
X—电价
2.0
B区
Y—燃料价

燃料发动机按热机工作原理不同有内燃机和燃气 轮机两种。从机器结构形式上分有往复式和透平 式的。内燃机可以用液体燃料或气体燃料，根据 采用的燃料不同，有柴油机、汽油机、燃气机等。

驱动热泵用的燃料发动机主要有：柴油机、汽油 机、燃气机、燃气轮机
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蒸汽透平（蒸汽轮机）驱动
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供给锅炉一次能源为100%（216.1GJ/h）时，经过锅炉损 失了10%（21.6 GJ/h），而在凝汽器中被有效利用了65% （140.7 GJ/h），汽轮机驱动热泵用的机械能占初级能源 的25%（53.8 GJ/h）；若热泵的制热性能系数为2.53，那 么，热泵又可从河水中吸取了相当于初级能源38%的能源。 因此，该系统可利用的热量为初级能源的128%（276.6 GJ/h）
τ—供暖日数占全 年天数比例
m
1.5
X Y
O
HP区
1.0
E区
0.5
0
0.25
0.5
0.75
20
1.0
τ
热泵节约燃料的条件

供热系统(锅炉和热泵)，每年向用户供Q(kJ)热量
Q B1 29308 glrw
1. 锅炉每年消耗的标准煤
gl —集中供热锅炉效率， gl 65 70% rw —热网效率， 取0.9

土壤耦合热泵

关键技术：地下埋管换热器
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地表水源热泵系统
稳定的季节 水位变化
适宜的水温
要求
指高品质的 适宜于水源热泵的 水量 而不是指湖泊或水 库水体的总水量
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充足的水量
适宜的水质

地表水源热 泵 开式系统 闭式系统
开式地表水换热系统就是 通过取水口，并经简单污 物过滤装置处理，然后在 循环泵的驱动下，将处理 后的地表水直接送入热泵 机组或通过中间换热器进 行换热的系统。 闭式地表水换热系统就是 将封闭的换热盘管按照特 定的排列方式放入具有一 定深度的地表水体中，传 热介质通过换热盘管管壁 与地表水进行热交换的系 统。 34


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。
4
5
1.2 热泵供热与传统供热
传统供暖模式示意图
热源消费 高位能源
提高热泵的制热性能系数和发电的总效率
能源价格
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热泵能源费用等于燃煤费用时，煤(元/t)、电(元 /kWh)价格比
h 3.5, 0.7
1558
h 4.0, 0.7 1365 h 4.5, 0.7 1213
资料表明：

美国煤电价格比高达4000
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能源利用系数
供暖 方式 电供暖 0.3-0.33 燃煤 锅炉 0.7-0.8 燃气 锅炉 0.8-0.9 电动 热泵 燃气 热泵 柴油机 热泵 1.45
E
0.9-1.2 1.45 (εh=3-4)
注意：

(1)用季节性能系数、季节能效比才能合理评价热泵 经济性 (2)正确评价热泵才能使热泵得到合理的应用和健康 的发展