热泵技术课件
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法国物理学家卡诺(S. Carnot ),卡诺循环
1854年，热泵的设想
英国汤姆森(W. Thomson )教授-热量放大器
至20世纪20-30年代，热泵有了较快 的发展
先后出现了水源热泵和家用热泵。
汤姆森热量放大器
第二次世界大战的爆发，一方面影响与 中断了空调用热泵的发展，另一方面战 时能源的短缺促进了大型供热和工艺用 热泵的发展。
中国目前建筑能耗巨大
1996年中国建筑年消耗3.3亿吨标准煤， 占能源消耗总量的24％，到2001年已达 到3.76亿吨标准煤，占总量消耗的27.6 ％，年增长比例为千分之五。 从2000年到2015年是民用建筑发展鼎盛 期的中后期，预测到2015年民用建筑的 一半是2000年以后新建的。随着建筑业 的高速发展，建筑能耗占全社会总能耗 的比例还会继续增长。
热泵的分类
按驱动能源种类
电动机驱动 热驱动
热能驱动（吸收式热泵、蒸汽喷射式） 发动机驱动（内燃机驱动、汽轮机驱动）
热泵的分类
按工作原理分类
蒸汽压缩式 气体压缩式 蒸气喷射式 吸收式 热电式 化学热泵
热泵的分类
按热源种类分类 空气 水（江河水、湖泊水、海水、地下水等） 土壤 太阳 废热（水、气）
能源每年增长率约为3%—5%，而国民经济每 年增长7%—8%。束缚了国民经济发展的速度； 需要重视能源的节约和综合利用； 能源利用率低，浪费严重的现象 ； 热泵的节能效果是显著的。
在欧洲的气候条件下，用燃气机驱动的压缩式热泵 比燃气锅炉耗能量降低50%—60%。 汽轮机驱动热泵供热系统燃料消耗量仅是普通的热 力站燃料消耗的70%。 直接燃烧驱动的家用热泵装置供热比传统的燃气锅 炉供热，具有节能50%的潜力。
热泵的定义
热泵: 把处于低温位的热能“泵送”至高 温位的装置。 《暖通空调术语标准（GB50155-92）》中 的解释是“能实现蒸发器和冷凝器功能 转换的制冷机”； 《新国际制冷词典（New International Dictionary of Refrigeration）》中的解释是 “以冷凝器放出的热量来供热的制冷系 统” 。
主要内容
1、绪论
2、热泵工质与热泵循环热泵的驱动能源及性能 3、水源热泵
4、地源热泵土壤源热泵
5、空气源热泵 6、燃气热泵 7、热泵系统节能新技术 8、商业、公共建筑物、工业及家庭热泵的应用
第一讲
绪
论
热泵技术的必要性及研究开发 背景 热泵的概念 热泵的历史与发展 热泵的经济评价 热泵的分类
原因： 目前我国能源结构中煤占70%以上（世 界上只有四个国家在70%以上，即朝鲜、南非、波 兰和中国），石油及天然气占25%，能量利用率都 在30%以下。
目前人们公认，采用热泵技术是解决暖 通空调系统的能源与环境问题的有效措 施之一。因此发展与应用热泵空调已成 为暖通空调制冷可持续发展的基本出发 点之一。
从环境的角度观察
热泵的发展始终受到经济问题的制约， 在目前的能源价格下，热泵有时是节能 不省钱的。但由于环境污染问题的日益 严重，使得热泵的发展又遇到了一个良 好的机遇。
许多国家都大力提倡采用热泵技术，把 热泵作为减少CO2排放量的一种方法。一 般在用户供热量相同的情况下，热泵供 热（电动）比习惯的锅炉供热CO2 排放 量减少30%—50%。 目前世界的热泵总数不少于55×106台， 其中日本40×106台，美国9×106台。这 些热泵多数用于住宅的供暖和空调。
T0为环境温度
热泵的压缩机需要一定量的高位 电能驱动，其蒸发器吸收的是低 位热能，但热泵输出的热量是可 利用的高位热能，在数量上是其 所消耗的高位热能和所吸收低位 热能的总和。
热泵输出功率与输入功率之比称为热 泵性能系数，即COP值（Coefficient q1 of Performance）。
1.2 热泵的分类
按主要用途分类 住宅 制热量 1-70kW 商业及农业 制热量 2-120kW 工业用 制热量 0.1-10MW
热泵的分类
按供热温度分类
低温热泵 供热温度<100℃ 高温热泵 供热温度>100℃
热泵的分类
按热源与供热介质分类
空气—空气 空气—水 水—空气 水—水 土壤—空气 土壤—水
高温 q1 热泵 q2 低温
T1 w
cop
T0
w
热泵技术的应用范围
住宅供暖（冷）； 大型建筑物的供暖（冷）； 热泵在室内和室外露天游泳池的应用； 余热的回收与利用； 人工冰场和游泳池的相结合的热泵系统； 干燥 、除湿、 浓缩、 分馏。
热泵发展简史
1824年，热泵压缩式理论
热源
热媒
热泵的分类
按压缩机类型分类
往复式 涡旋式 滚动转子式 螺杆式 离心式
热泵的分类
按热泵供能方式分类
单纯制热 交替制冷与制热 同时制冷与制热
热泵的实质
热泵是以消耗一部分高质能（机械能， 电能等）或高温位能为代价，通过热力 循环，把热能由低温物体转移到高温物 体的能量利用系统。 热泵与制冷机的工作原理和热力循环相 同。
制冷与热泵
高温 q1
制冷 w
T0
q2
低温
T2
工 作 原 理 相 同
高温 q1 热泵
T1 w
q2
低温 T0
两者的目的和着眼点不同 两者的工作温度范围不同
作为制冷空调热泵关键部件的四通换向阀，2005年我国的产 量为4355万个。
热泵技术发展的展望（一）
从利用的热源层面：
空气源热泵 水源热泵 地源热泵 水环热泵 太阳能热泵
热泵技术发展的展望（二）
变频技术与变容积技术 热泵计算机仿真和优化技术 热泵的CFCs替代技术 空气源热泵的除霜技术 多联式热泵技术 热泵热水器
环境恶化问题
CO2、甲烷等产生的温室效应； 二氧化硫、氮氧化合物等酸性物质引起 的酸雨； 氯氟烃类化合物引起的臭氧层破坏等环 境问题，以及空调冷热源设备的运行过 程中产生的直接或间接的环境污染问题。
国内城市大气污染严重
1998年世界卫生组织（WHO）公布的世界大 气污染最严重的10座城市中，中国占7席。 2001年世界银行发展报告列举的世界污染最严 重的20个城市中，中国占了16个；中国大气污 染造成的损失已经占到GDP的3％～7％。近年 来，伴随着工业化、城市化、现代化，我国的 环境保护问题十分突出。
差别 真的 很大！
热泵技术的必要性
提高能源利用效率已成为我国能源发 展战略的基本出发点。
(1) 中国正处于工业化、城市化阶段，在未来20年 具有保持GDP年均增长7％以上的潜力，这就使我国 的能源供应面临着必须保持年均递增力4％左右的 压力。 (2) 建筑能耗占全社会总能耗的比例很大，一般 在40%左右，我国也占25%以上，其中约有70%的耗 能量（约占总耗能量的20%）用于采暖、通风及空 调应用。在今后几十年里，暖通空调的发展将会为 我国能源供应和环境保护带来巨大压力。
热泵技术研究与应用的背景
热泵的研究是基于两个热点问题，即能源问题 和环境污染问题。 能源的危机和矿物能源燃烧过程产生的有害物 对生态环境的污染，是对现代人类生存的严重 威胁与挑战。热泵技术是开发和强化高位能利 用率的重要手段，是获取可再生能源及保持生 态平衡的有效途径之一。
从能源的角度观察
1952-1963年，热泵发展形成了一个高潮。 后来，使热泵进入10年左右的徘徊期。
Biblioteka Baidu
直至上世纪70年代中期才重新有了快速 增长 ，至1999年，热泵年产量超千万。
我国热泵空调发展
始于20世纪50年代，天津大学热能研究所 1965年上海冰箱厂研制成功我国第一台热泵型窗式空 调器； 1965年天津大学与天津冷气机厂研制成国内第一台水 冷式热泵空调机； 目前，热泵技术在我国取得了很大的进步，已经逐步 形成了完整的工业体系；
1854年，热泵的设想
英国汤姆森(W. Thomson )教授-热量放大器
至20世纪20-30年代，热泵有了较快 的发展
先后出现了水源热泵和家用热泵。
汤姆森热量放大器
第二次世界大战的爆发，一方面影响与 中断了空调用热泵的发展，另一方面战 时能源的短缺促进了大型供热和工艺用 热泵的发展。
中国目前建筑能耗巨大
1996年中国建筑年消耗3.3亿吨标准煤， 占能源消耗总量的24％，到2001年已达 到3.76亿吨标准煤，占总量消耗的27.6 ％，年增长比例为千分之五。 从2000年到2015年是民用建筑发展鼎盛 期的中后期，预测到2015年民用建筑的 一半是2000年以后新建的。随着建筑业 的高速发展，建筑能耗占全社会总能耗 的比例还会继续增长。
热泵的分类
按驱动能源种类
电动机驱动 热驱动
热能驱动（吸收式热泵、蒸汽喷射式） 发动机驱动（内燃机驱动、汽轮机驱动）
热泵的分类
按工作原理分类
蒸汽压缩式 气体压缩式 蒸气喷射式 吸收式 热电式 化学热泵
热泵的分类
按热源种类分类 空气 水（江河水、湖泊水、海水、地下水等） 土壤 太阳 废热（水、气）
能源每年增长率约为3%—5%，而国民经济每 年增长7%—8%。束缚了国民经济发展的速度； 需要重视能源的节约和综合利用； 能源利用率低，浪费严重的现象 ； 热泵的节能效果是显著的。
在欧洲的气候条件下，用燃气机驱动的压缩式热泵 比燃气锅炉耗能量降低50%—60%。 汽轮机驱动热泵供热系统燃料消耗量仅是普通的热 力站燃料消耗的70%。 直接燃烧驱动的家用热泵装置供热比传统的燃气锅 炉供热，具有节能50%的潜力。
热泵的定义
热泵: 把处于低温位的热能“泵送”至高 温位的装置。 《暖通空调术语标准（GB50155-92）》中 的解释是“能实现蒸发器和冷凝器功能 转换的制冷机”； 《新国际制冷词典（New International Dictionary of Refrigeration）》中的解释是 “以冷凝器放出的热量来供热的制冷系 统” 。
主要内容
1、绪论
2、热泵工质与热泵循环热泵的驱动能源及性能 3、水源热泵
4、地源热泵土壤源热泵
5、空气源热泵 6、燃气热泵 7、热泵系统节能新技术 8、商业、公共建筑物、工业及家庭热泵的应用
第一讲
绪
论
热泵技术的必要性及研究开发 背景 热泵的概念 热泵的历史与发展 热泵的经济评价 热泵的分类
原因： 目前我国能源结构中煤占70%以上（世 界上只有四个国家在70%以上，即朝鲜、南非、波 兰和中国），石油及天然气占25%，能量利用率都 在30%以下。
目前人们公认，采用热泵技术是解决暖 通空调系统的能源与环境问题的有效措 施之一。因此发展与应用热泵空调已成 为暖通空调制冷可持续发展的基本出发 点之一。
从环境的角度观察
热泵的发展始终受到经济问题的制约， 在目前的能源价格下，热泵有时是节能 不省钱的。但由于环境污染问题的日益 严重，使得热泵的发展又遇到了一个良 好的机遇。
许多国家都大力提倡采用热泵技术，把 热泵作为减少CO2排放量的一种方法。一 般在用户供热量相同的情况下，热泵供 热（电动）比习惯的锅炉供热CO2 排放 量减少30%—50%。 目前世界的热泵总数不少于55×106台， 其中日本40×106台，美国9×106台。这 些热泵多数用于住宅的供暖和空调。
T0为环境温度
热泵的压缩机需要一定量的高位 电能驱动，其蒸发器吸收的是低 位热能，但热泵输出的热量是可 利用的高位热能，在数量上是其 所消耗的高位热能和所吸收低位 热能的总和。
热泵输出功率与输入功率之比称为热 泵性能系数，即COP值（Coefficient q1 of Performance）。
1.2 热泵的分类
按主要用途分类 住宅 制热量 1-70kW 商业及农业 制热量 2-120kW 工业用 制热量 0.1-10MW
热泵的分类
按供热温度分类
低温热泵 供热温度<100℃ 高温热泵 供热温度>100℃
热泵的分类
按热源与供热介质分类
空气—空气 空气—水 水—空气 水—水 土壤—空气 土壤—水
高温 q1 热泵 q2 低温
T1 w
cop
T0
w
热泵技术的应用范围
住宅供暖（冷）； 大型建筑物的供暖（冷）； 热泵在室内和室外露天游泳池的应用； 余热的回收与利用； 人工冰场和游泳池的相结合的热泵系统； 干燥 、除湿、 浓缩、 分馏。
热泵发展简史
1824年，热泵压缩式理论
热源
热媒
热泵的分类
按压缩机类型分类
往复式 涡旋式 滚动转子式 螺杆式 离心式
热泵的分类
按热泵供能方式分类
单纯制热 交替制冷与制热 同时制冷与制热
热泵的实质
热泵是以消耗一部分高质能（机械能， 电能等）或高温位能为代价，通过热力 循环，把热能由低温物体转移到高温物 体的能量利用系统。 热泵与制冷机的工作原理和热力循环相 同。
制冷与热泵
高温 q1
制冷 w
T0
q2
低温
T2
工 作 原 理 相 同
高温 q1 热泵
T1 w
q2
低温 T0
两者的目的和着眼点不同 两者的工作温度范围不同
作为制冷空调热泵关键部件的四通换向阀，2005年我国的产 量为4355万个。
热泵技术发展的展望（一）
从利用的热源层面：
空气源热泵 水源热泵 地源热泵 水环热泵 太阳能热泵
热泵技术发展的展望（二）
变频技术与变容积技术 热泵计算机仿真和优化技术 热泵的CFCs替代技术 空气源热泵的除霜技术 多联式热泵技术 热泵热水器
环境恶化问题
CO2、甲烷等产生的温室效应； 二氧化硫、氮氧化合物等酸性物质引起 的酸雨； 氯氟烃类化合物引起的臭氧层破坏等环 境问题，以及空调冷热源设备的运行过 程中产生的直接或间接的环境污染问题。
国内城市大气污染严重
1998年世界卫生组织（WHO）公布的世界大 气污染最严重的10座城市中，中国占7席。 2001年世界银行发展报告列举的世界污染最严 重的20个城市中，中国占了16个；中国大气污 染造成的损失已经占到GDP的3％～7％。近年 来，伴随着工业化、城市化、现代化，我国的 环境保护问题十分突出。
差别 真的 很大！
热泵技术的必要性
提高能源利用效率已成为我国能源发 展战略的基本出发点。
(1) 中国正处于工业化、城市化阶段，在未来20年 具有保持GDP年均增长7％以上的潜力，这就使我国 的能源供应面临着必须保持年均递增力4％左右的 压力。 (2) 建筑能耗占全社会总能耗的比例很大，一般 在40%左右，我国也占25%以上，其中约有70%的耗 能量（约占总耗能量的20%）用于采暖、通风及空 调应用。在今后几十年里，暖通空调的发展将会为 我国能源供应和环境保护带来巨大压力。
热泵技术研究与应用的背景
热泵的研究是基于两个热点问题，即能源问题 和环境污染问题。 能源的危机和矿物能源燃烧过程产生的有害物 对生态环境的污染，是对现代人类生存的严重 威胁与挑战。热泵技术是开发和强化高位能利 用率的重要手段，是获取可再生能源及保持生 态平衡的有效途径之一。
从能源的角度观察
1952-1963年，热泵发展形成了一个高潮。 后来，使热泵进入10年左右的徘徊期。
Biblioteka Baidu
直至上世纪70年代中期才重新有了快速 增长 ，至1999年，热泵年产量超千万。
我国热泵空调发展
始于20世纪50年代，天津大学热能研究所 1965年上海冰箱厂研制成功我国第一台热泵型窗式空 调器； 1965年天津大学与天津冷气机厂研制成国内第一台水 冷式热泵空调机； 目前，热泵技术在我国取得了很大的进步，已经逐步 形成了完整的工业体系；