蒸气压缩式热泵工作原理

Pk
3
2
P0
4
q0 qk
1 wc
h
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
蒸气压缩式热泵循环的热力计算（一）


依据：蒸发、冷凝、再冷、压缩机吸气温度，制热量Φh等。
步骤：先求出各状态点参数；再对各环节进行热计算。
内容：
单位质量（容积）制热能力qk（ qvk），kJ/kg （kJ/m3） qvk = qk /v1 =（ h2 - h4 ）/ v1 制冷剂的质量流量Mr： Mr = Φh / qk
分

析
设臵再冷却器
工作流程复杂，系统维护相对较难 压缩功没有增加时，单位质量制冷能力增加

采用回热循环
工作流程复杂，初投资增加 压缩功增加，单位质量制冷能力增加

注意
再冷温度、再冷度 过热温度、过热度
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
结 果

设臵再冷却器
节流损失减少 制冷系数提高

采用回热循环
节流损失减少，过热损失增加
措施：在蒸发器出口设气液分离器；加大蒸发器 的面积；采用回热循环等。 后果：产生过热损失。
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
具有温差的等压传热
原因：实际换热面积不可能无穷大。 措施：增加相关设备及管路。 后果：即产生节流损失；又产生过热损失。
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1.4 热力计算
影响热泵性能的主要因素：t0，tk，tsh，Δtrc
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
用膨胀阀代替膨胀机
原因：膨胀功小；简化装臵、便于调节。
措施：用膨胀阀代替膨胀机。
后果：产生两部分节流损失，使制热系数下降。
节流损失与（ Tk - T0）和物性有关。
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
干压缩代替湿压缩
原因：
有效吸气量减少，制冷量降低
破坏压缩机润滑、液击，损坏压缩机。
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1 蒸气压缩式热泵理论循环
2.2 蒸气压缩式热泵的工质 2.3 蒸气压缩式热泵的压缩机 2.4 蒸气压缩式热泵机组 2.5 蒸气压缩式热泵的故障分析与处理
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1 蒸气压缩式热泵理论循环
2.1.1 引入原因

分析：
系统复杂，初投资增加， 只有压缩比（Pk/P0）8时采用

结果
过热损失减少 制热系数增加
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1.6 讨论
t0，tk，tsh，Δtrc如何确定？
循环过程在T-s图和lgp-h图上如何表示？
各个状态点及状态参数如何确定？
基本理论循环、再冷循环、回热循环有何不同？
多级压缩热泵循环
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
膨胀阀前液态制冷剂再冷却
措施 分析
结果
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
措 施

设臵再冷却器
大型氨制冷系统，单独设臵 小型氟利昂系统，适当增加冷凝器面积

采用回热循环
在高温高压端产生液态制冷剂的再冷却 在低温低压端保证了吸气干压缩
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理

理论制冷系数ε：
ε= Φ0 / Pth = q0 /wc= （h1 - h4 ）/（h2 - h1） 理论制热系数εh： εh= Φh / Pth = qk/wc= （h2 - h4 ）/（h2 - h1）

第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1.5 热泵循环的改善 膨胀阀前液态制冷剂再冷却
回收膨胀功
（kg/s） （ m3 /s）
制冷剂的体积流量Vr：Vr = Mr v1 = Φh / qv
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
蒸气压缩式热泵理论循环的热力计算（二）

单位质量（容积）制热能力qk （ qvk） 制冷剂的质量流量Mr 制冷剂的体积流量Vr

蒸发器的冷负荷Φo：Φo=Mrqo=Mr（h1 - h4）（ kW） 压缩机的理论耗功量Pth：Pth=Mrwc=Mr（h2 - h1）（ kW）
T-s图和lgp-h图上如何表示热量？
T-s图和lgp-h图上如何表示功量？
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1.6 讨论
制热系数随制冷剂的热物理性质有关，并随其 性质的不同而有不同的结果
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
回收膨胀功

措施：用膨胀机代替膨胀阀 分析：
系统复杂，增加初投资 压缩机耗功率减小，单位质量制冷量增加

结果
节流损失减少
制热系数增加
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
多级压缩热泵循环

措施：
采用闪发蒸气分离器 设臵中间冷却器
压焓图的应用 蒸气压缩式热泵理论循环的热力计算
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
压焓图的应用

压焓图的引入 用线段表示吸、放热量，功量
直观、方便、清晰

压焓图的组成

蒸气压缩式热泵理论循环在压焓图上的 表示
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
压焓图的组成
纵坐标：压力 横坐标：焓
lgP t C s x v
2.1.2 理论循环的组成 2.1.3 与理想循环相比较的特点 2.1.4 热力计算 2.1.5 热泵循环的改善
2.1.6 讨论
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1 .1 引入原因
理想热泵循环存在着难点： 状态点参数确定问题 干压缩问题 膨胀功回收问题 空气热泵循环存在着基本缺点： 由于吸热过程和放热过程是在定压非定温下进行，与逆 卡诺循环的相应过程相差较远，因而制热系数低； 由于空气的比定压热容较小，则循环的制热量也较小。 采用蒸气压缩热泵循环可以改善（？）。
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1.2 理论循环的组成

组成：两个等压吸热、放热过程；一个绝热 压缩过程；一个绝热节流过程。
工作原理图：
冷凝器

压缩机 电动机
Leabharlann Baidu
节流阀
蒸发器 蒸气压缩式热泵的工作原理图
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1.3 与理想论循环相比较的特点
用膨胀阀代替膨胀机。 蒸气的压缩在过热区进行，而不是在湿蒸 气区进行。（用干压缩代替湿压缩） 两个传热过程都是等压过程，并且具有传 热温差。（有温差的传热）
状态变化图
等温线及其变化 等熵线及其变化 等比容线及其变化 等干度线及其变化
x=0
x=1 h
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
蒸气压缩式热泵理论循环在压焓图上的表示
坐标及状态变化图
压缩过程1→2 定压放热过程2 → 3 节流过程3 → 4 定压吸热过程4 → 1 各个过程前后能量分析
lgP
T0 T3 Tk C