文档介绍：空气源热泵技术及研究进展与使用
主讲:秦振春
一、热泵技术介绍
热泵原理:
在自然界中,水总由高处流向低处,热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处,从而实现水的由低处向高处流动,热泵同样可以把热量从低温传递到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置,热泵的作用是从周围环境中吸取热量,并把它传递给被加热的对象(温度较高的物体),其工作原理与制冷机相同,都是按照逆卡诺循环工作的,所不同的只是工作温度范围不一样。
一台压缩式热泵装置,主要有蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成,通过让工质不断完成蒸发(吸取环境中的热量) →压缩→冷凝(放出热量)→节流→再蒸发的热力循环过程,从而将环境里的热量转移到水中或空气中(如图所示)。
热泵在工作时,把环境介质中贮存的能量QA在蒸发器中加以吸收;它本身消耗一部分能量,即压缩机耗电QB;通过工质循环系统在冷凝器中进行放热QC,QC=QA+QB,由此可以看出,热泵输出的能量为压缩机做的功QB和热泵从环境中吸收的热量QA;其制热系数为εh=QC / QB,可见εh值恒大于1。因此,采用热泵技术可以节约大量的电能。
热泵技术发展史:
随着工业革命的发展,19世纪初,人们对能否将热量从温度较低的介质“泵”送到温度较高的介质中这一问题发生了浓厚的兴趣。“通过改变可压缩流体的压力就能够使其温度发生变化”的原理。1854年,(即大家熟知的Lord Kelvin勋爵)发表论文,提出了热量倍增器(Heat Multiplier)的概念,首次描述了热泵的设想。
当时,热泵供暖的对象主要是民用,供暖需求总量小,特别是对由于采暖方式及其对环境的影响尚没有足够的意识。人们采暖的方式主要是燃煤和木材,因而,热泵的发展长期明显滞后于空调的发展。
上世纪30年代,随着氟利昂制冷机的发展,热泵有了较快的发展。特别是二战以后,工业经济的长足发展带来的对供热的大量需求及相对能源短缺,促进了大型供热及工业用热泵的发展。1973年的全球性能源危机,进一步促进了热泵在全世界范围内的发展。但热泵在世界范围内的大规模商业应用是最近20年的事,如美国,截止1985年全国共有14,000台地源热泵,而1997年就安装了45,000台,到目前为止已安装了400,000台,而且每年以10%的速度稳步增长。
我国的热泵工业相对于世界上工业发达国家的热泵的发展应用来说有一段滞后期。早在50年代初,天津大学的一些学者已开始从事热泵的研究。70年代后期,由于能源危机所推动的世界性热泵发展也影响了我国学术界。中国制冷学会、中国建筑科学研究院空调研究所、广州能源研究所等经常组织有关热泵及低势能利用方面的学术会议。我国热泵的发展从工业上应用开始,然后才用于空调并逐步进入家庭,这也与日本及其他国家的热泵发展过程相似。
目前,在世界范围内热泵作为空调商品已处于成熟期,在我国也处于迅速发展期。热泵,作为一种环保节能的产品,它不仅在工业农业应用上,更多的将在空调应用上在我国发挥越来越重要的作用。
热泵的分类:
热泵的分类多种多样,如果按同热泵的蒸发器和冷凝器换热的介质不同分类,热泵可以分为:
空气-空气热泵

空气-水热泵

水-水热泵

水-空气热泵

土壤-空气热泵

土壤-水热泵
其中空气-水热泵机组,即空气源热泵式冷热水机组在工程上的应用更为广泛。本讲将重点介绍其性能特点.
空气源热泵的特点:
1、空调系统冷热源合一,且置于建筑物屋面,不需要设专门的冷冻机房、锅炉房,也省去了烟囱和冷却水管道所占有的建筑空间。对于寸土寸金的城市繁华地段的建筑,或无条件设锅炉房的建筑,空气源热泵冷热水机组无疑是一个比较合适的选择。
2、无冷却水系统,无冷却水系统动力消耗,无冷却水损耗。空调系统如采用水冷式冷水机组,自来水的损失不仅有蒸发损失、漂水损失、还有排污损失、冬季防冻排水损失,夏季启用时的系统冲洗损失,化学清洗稀释损失等等,所有这些损失总和约折合冷却水循环水量的2—5%,根据不同性质的冷水机组,折合单位制冷量的损耗量为2-4t/100RT·h。这对我们某些严重缺少的城市来说,是一个比较可观的数量。另外,相当一部分工程在部分负荷情况下冷却水循环量保持不变。或根据主机运行台数,只作相应的台数调节。我们以前的经济比较很少重视这一点。
二、空气源热泵
3、由于无锅炉、无相应的燃料供应系统,无烟气,无冷却水,系统安全、卫生、简洁。对于暖道专业来说,锅炉房最有可能存在安全隐患,另外,冷却水污染形成的军团菌感染的病例已有不少报导,从安全卫生的角度,空气源热泵具有明显优势。
4、系统设备少而集中,操作、维护管理简单方便。一些小型系统可以做到通过