热泵知识考点全面总结-集美大学

◆第三章热泵的低位热源和驱动能源

1、低位热源的种类：

空气源（一般为环境空气）；水源（①地表水②地下水③海水等）；土壤源（又称地源）；

太阳能（清洁能源）；工业或民用余废热（废水或废气）

要求：1）要有足够的数量和较高的品位；2）没有任何附加费用或仅有极少的附加费用；输送热量的载热（冷）剂的动力消耗要尽可能小；3）载热（冷）剂对金属材料应无（或尽量小）腐蚀作用；4）热源温度的时间特性和供热的时间特性应尽量一致；5）热源的载热剂应尽量洁净、无杂质；热6）源与系列化的热泵产品应匹配。

♦热源的蓄热问题（蓄热装置可减小热泵装置的容量，使热泵能经常在高效率下运行）2、空气源热泵的优缺点：

1）取之不尽、用之不竭，可无偿地获取，安装使用方便；2）热泵的容量和制热性能系数受室外空气的状态参数（如温度和相对湿度）影响大，容易造成热泵供热量与建筑物耗热量之间的供需矛盾。3）冬季室外温度很低时，室外换热器表面容易结霜，导致热泵制热性能系数和可靠性降低，甚至无法正常供热。4）需要较大的空气循环量（空气的热容量较小），因此，风机的容量也相应增大，运行费用和噪音大大增加。

3、水源热泵的优缺点：

♦水的热容量大，传热性能好，换热设备结构紧凑。

♦水温较稳定，故热泵运行工况也较稳定

♦可使用地表水（河水、湖水、海水），地下水（深井水、泉水、地热水等），生活废水和工业用水（工业冷却水、生产工艺排放的废温水、污水等），来源广阔。

♦必须靠近水源，应设有蓄水装置

♦对水质有一定的要求（洁净度、防腐蚀等问题）

地下水的优点：无论是深井水还是地热水，都是热泵良好的低位热源。地下水位于较深的地方，随季节气温的波动很小；特别是深井水的水温常年基本不变，对热泵的运行十分有利。（地下水超采：浅层地下水超采，深层承压水回灌）

井水:1）潜水是指埋藏于地表以下，饱和水袋中第一个具有自由表面的含水层的水；

2）承压水是指充满于上下两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。

深井回灌

♦夏灌冬用：把夏季温度较高的江河水，或经热泵冷凝器使用后的冷却水、太阳能集热器加热后的水通过深井管回灌到地下含水层中储存起来，冬季再从深井中将水抽出作为热泵的热源。

♦冬灌夏用：把冬季温度较低的江河水，或经热泵蒸发器冷却后的深井水以及蒸发冷却的水回灌到地下含水层中储存起来，到夏季再抽出作为空调的冷源。

海水源的特殊性：1）近海域海水水温会因地、因时而异，同时海洋水温也会随着其深度的不同而异2）海水含盐量高，腐蚀性强海洋生物会造成取水构筑物、管道和设备的堵塞，并不易清除3）海水取水构筑物在设计时，应充分注意到潮汐和海浪的影响4）取水口应避开泥沙可能淤积的地方，最好设在岩石海岸、海湾或防波堤内

4、土壤源热泵的优缺点：

♦全年地温波动小，冬季土壤温度比空气温度高，热泵的制热性能系数较高。

♦埋地盘管（埋在地下的换热器）不需要除霜。

♦在采暖季节，当室外气温最低时（此时采暖需热量最大）。土壤的温度并不是最低，所以，热泵的供热能力也不会降到最低。

♦埋地盘管冬季从土壤中取出的热量，在夏季可通过热传导由地面补充。因此，土壤

同时也起了蓄能的作用。

♦土壤的导热系数小，工质与土壤之间的热交换强度小，需要增大换热面积，金属耗量大。

♦土壤对埋地盘管有腐蚀作用，应进行防腐蚀处理。

♦在运转过程中因采热而引起地温发生变化，地温变化又造成土壤源热泵蒸发温度的变化，使运行工况不稳定。

盘管与土壤之间间隙对热泵性能的影响：

♦土壤源热泵在运行时，首先在埋地管周围出现冻土层现象。由于湿土壤冻结而膨胀，使得盘管与周围土壤接触的更紧密，传热系数增大。

♦土壤源热泵停止运行后，土壤冻结部分又开始融化，而移位的土壤不能回复原处，使盘管与周围土壤之间产生空隙，于是传热系数又大大降低。

♦防止产生空隙的主要方法：①在埋地管周围填细沙；②采用柔性盘管，使它随周围土壤一起移动而与土壤有紧密的结合；③创造人工湿土壤，并使它冻结。

5、太阳能热泵的优缺点：

♦太阳能是地球上一切能源的主要来源，是取之不尽、无公害、环保和洁净的能源。

♦太阳辐射热具有很大的不稳定性。因此，要利用太阳能，必须要解决太阳能的间歇性和不可靠性问题。

♦集热器是太阳能供热、制冷中最重要的组成部分，其性能与成本对整个系统起决定性作用。高、中温平板集热器和聚光型集热器价格昂贵，是直接利用太阳能供热的极大障碍。

♦热泵装置可采用结构简单的低温平板集热器，其集热器效率较高，且成本较低，常与建筑物做成一体，是利用太阳能的较好的方案。

♦热泵上可不设除霜装置。

太阳能热泵的蓄热

说明：为了解决太阳能利用的间歇性和不可靠性问题，太阳能热泵系统应设蓄热装置。（卵石床蓄热）

设置：可分别装在热泵低温侧和高温侧两边，也可只装在低温侧。

强调：太阳能热泵虽然在经济性方面存在问题较大，但是从能源的现状和未来新能源开发的趋势看，它作为热泵热源的发展前景是广阔的。

太阳能集热装置优点：1）可以采用结构简单的低温平板集热器2）作为热泵热源的低温平板集热器效率较高（温度越高效率越低）3）集热器成本低4）可以将集热器与蒸发器组合在一起。

6、驱动能源：电动机驱动；燃料发动机驱动（柴油机、汽油机、燃气机和燃气轮机等）；外燃机驱动（斯特林发动机、锅炉等）

说明：压缩式热泵的驱动能源主要是电能，其次是液体燃料（如汽油、柴油）和煤气等。

能源利用系数（E）：定义：供热量与消耗的初级能源之比

说明：电能、液体燃料、气体燃料虽然同是能源，但其价值不同，电能通常

是由其他初级能源转变而来，在转变过程中必然有损失。因此，对于有同样制热

性能系数的热泵，若采用的驱动能源不同，则其节能意义及经济性均不同。

电动机驱动：缺点：电动机作为热泵驱动装置的主要缺点是一次能源利用率低。

燃料发动机驱动：分类根据热机工作原理：分为内燃机和燃气轮机；根据机器结构形式：分为往复式和透平式（回转式）燃气轮机驱动需要装设回热设备（如余热锅炉等）电动压缩式热泵与燃气压缩式热泵技术经济比较：

①用燃气发动机比用电动机具有技术优势，当热泵额定功率较大时，还具有经济优势；