热泵技术在暖通空调中的应用

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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
2.296
2.130
350元/t (0.35元/kg)
0.800
0.750
煤价 400元/t (0.40元/kg)
0.920
0.852
500元/t (0.50元/kg)
1.148
1.065
提高热泵的制热性能系数和发电的总效率
4.5 2.584 2.067 1.240 1.034 0.75 1.990 0.696 0.769 0.995
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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。
动力机
热泵机组
再生高温热能
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）。
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。
电供暖
E
0.3-0.33
注意：
燃煤 锅炉
0.7-0.8
燃气 锅炉
0.8-0.9
电动 燃气 热泵 热泵 0.9-1.2
(εh=3-4) 1.45
柴油机 热泵
1.45
(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
经济性：
回收年限应在5-8年之内
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
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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 COP Qc Qe W
WW
注意(1)COP是瞬时值，COP与工况有关
(2)W是何值
热泵的能源利用系数
供热量
E 初级能源 ptdCOP p ——发电效率 t ——输配电效率 d ——电动机效率
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能源利用系数
供暖 方式
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
B区
X—电价
2.0
Y—燃料价
1.5
O
HP区
mX
Y
τ—供暖日数占全
年天数比例
1.0 E区
0.5来自百度文库
τ
0
0.25
0.5
0.75
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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
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。
1.0
20
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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
4.0
电动热泵所需的电能(kW)
3.320
2.907
0.8元/kWh
2.656
2.326
电价
0.6元/kWh
1.992
1.744
0.4元/kWh
1.328
1.163
燃煤锅炉效率(%)
0.65
0.70
锅炉耗煤量(kg)
向建筑物内提 供低温的热量
向环境排 放废物
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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
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。
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 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
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
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）