熱泵課件第一章 緒論

1、1 熱熱 泵泵 2 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 n緒論緒論 n熱泵的基本工作原理與評價(jià)熱泵的基本工作原理與評價(jià) n空氣源熱泵空氣源熱泵 n水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng) n地下水源熱泵冷熱水機(jī)組地下水源熱泵冷熱水機(jī)組 n土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng) n我校熱泵研究工作的回顧與展望我校熱泵研究工作的回顧與展望 3 主要參考書及文獻(xiàn)主要參考書及文獻(xiàn) 參考書目：參考書目： 1徐邦裕，陸亞俊，馬最良編徐邦裕，陸亞俊，馬最良編.熱泵熱泵.中國建筑中國建筑 工業(yè)出版社，工業(yè)出版社，1988。 2 蔣能照蔣能照 空調(diào)用熱泵技術(shù)及應(yīng)用空調(diào)用熱泵技術(shù)及應(yīng)用 機(jī)械工機(jī)械工 業(yè)出版社，業(yè)出版社，1997 3徐偉徐偉

2、 等等 地源熱泵技術(shù)工程指南地源熱泵技術(shù)工程指南中國建筑中國建筑 工業(yè)出版社，工業(yè)出版社，1988。 4暖通空調(diào)暖通空調(diào)、制冷學(xué)報(bào)制冷學(xué)報(bào)、Energy and building 和和Energy等有關(guān)的雜志。等有關(guān)的雜志。 4 緒緒 論論 n熱泵空調(diào)的必要性熱泵空調(diào)的必要性 n熱泵研究的背景熱泵研究的背景 n熱泵發(fā)展簡史熱泵發(fā)展簡史 n我國熱泵空調(diào)發(fā)展的回顧及應(yīng)用現(xiàn)狀我國熱泵空調(diào)發(fā)展的回顧及應(yīng)用現(xiàn)狀 5 差別差別 真的真的 很大！很大！ 6 7 熱泵空調(diào)的必要性 n提高能源利用效率已成為我國能源發(fā)提高能源利用效率已成為我國能源發(fā) 展戰(zhàn)略的基本出發(fā)點(diǎn)。展戰(zhàn)略的基本出發(fā)點(diǎn)。 (1)(1) 中國正

3、處于工業(yè)化、城市化階段，在未來中國正處于工業(yè)化、城市化階段，在未來2020年具有保年具有保 持持GDPGDP年均增長年均增長7 7以上的潛力，這就使我國的能源供應(yīng)面以上的潛力，這就使我國的能源供應(yīng)面 臨著必須保持年均遞增力臨著必須保持年均遞增力4 4左右的壓力。左右的壓力。 (2) (2) 建筑能耗占全社會(huì)總能耗的比例很大，一般在建筑能耗占全社會(huì)總能耗的比例很大，一般在40%40%左左 右，我國也占右，我國也占25%25%以上，其中約有以上，其中約有80%80%的耗能量（約占總耗的耗能量（約占總耗 能量的能量的20%20%）用于采暖、通風(fēng)及空調(diào)應(yīng)用。在今后幾十年）用于采暖、通風(fēng)及空調(diào)應(yīng)用。在今

4、后幾十年 里，暖通空調(diào)的發(fā)展將會(huì)為我國能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)帶來里，暖通空調(diào)的發(fā)展將會(huì)為我國能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)帶來 巨大壓力。巨大壓力。 8 n中國目前建筑能耗巨大中國目前建筑能耗巨大. 據(jù)統(tǒng)計(jì)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，19961996年中國建筑年消耗年中國建筑年消耗3.33.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占能億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占能 源消耗總量的源消耗總量的2424，到，到20012001年已達(dá)到年已達(dá)到3.763.76億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，億噸標(biāo)準(zhǔn)煤， 占總量消耗的占總量消耗的27.627.6，年增長比例為千分之五。，年增長比例為千分之五。 有關(guān)研究認(rèn)為，從有關(guān)研究認(rèn)為，從20002000年到年到20152015年是民用建筑發(fā)展鼎年是民用建筑

5、發(fā)展鼎 盛期的中后期，預(yù)測到盛期的中后期，預(yù)測到20152015年民用建筑的一半是年民用建筑的一半是20002000 年以后新建的。隨著建筑業(yè)的高速發(fā)展和人民生活質(zhì)年以后新建的。隨著建筑業(yè)的高速發(fā)展和人民生活質(zhì) 量的改善，建筑能耗占全社會(huì)總能耗的比例還會(huì)繼續(xù)量的改善，建筑能耗占全社會(huì)總能耗的比例還會(huì)繼續(xù) 增長。增長。 9 n環(huán)境惡化問題環(huán)境惡化問題 最關(guān)注的全球性環(huán)境問題有：最關(guān)注的全球性環(huán)境問題有： (1) CO2 (1) CO2、甲烷等產(chǎn)生的溫室效應(yīng)；、甲烷等產(chǎn)生的溫室效應(yīng)；(2) (2) 二氧化硫、氮氧化合物二氧化硫、氮氧化合物 等酸性物質(zhì)引起的酸雨；等酸性物質(zhì)引起的酸雨；(3) (3)

6、 氯氟烴類化合物引起的臭氧層破壞氯氟烴類化合物引起的臭氧層破壞 等環(huán)境問題，以及空調(diào)冷熱源設(shè)備的運(yùn)行過程中產(chǎn)生的直接或間等環(huán)境問題，以及空調(diào)冷熱源設(shè)備的運(yùn)行過程中產(chǎn)生的直接或間 接的環(huán)境污染問題。接的環(huán)境污染問題。 近十年來全球已升溫近十年來全球已升溫0.30.30.60.6，使海平面上升，使海平面上升101025 cm25 cm。預(yù)。預(yù) 計(jì)到計(jì)到21002100年，若年，若CO2CO2增加一倍，地球?qū)⑸郎卦黾右槐?，地球?qū)⑸郎?.51.53.53.5，海平面，海平面 將上升將上升151595 cm95 cm。氣溫上升，陸地面積減少，將會(huì)嚴(yán)重干擾人。氣溫上升，陸地面積減少，將會(huì)嚴(yán)重干擾人 們的正

7、常生活和生產(chǎn)。們的正常生活和生產(chǎn)。 10 n國內(nèi)城市大氣污染嚴(yán)重國內(nèi)城市大氣污染嚴(yán)重 19981998年世界衛(wèi)生組織（年世界衛(wèi)生組織（WHOWHO）公布的世界大氣污染最嚴(yán)重的公布的世界大氣污染最嚴(yán)重的1010座座 城市中，中國占城市中，中國占7 7席，即太原、米蘭、北京、烏魯木齊、墨西哥、席，即太原、米蘭、北京、烏魯木齊、墨西哥、 蘭州、重慶、濟(jì)南、石家莊和德黑蘭。蘭州、重慶、濟(jì)南、石家莊和德黑蘭。 20012001年世界銀行發(fā)展報(bào)告列舉的世界污染最嚴(yán)重的年世界銀行發(fā)展報(bào)告列舉的世界污染最嚴(yán)重的2020個(gè)城市中，個(gè)城市中， 中國占了中國占了1616個(gè)；中國大氣污染造成的損失已經(jīng)占到個(gè)；中國大氣

8、污染造成的損失已經(jīng)占到GDPGDP的的3 37 7 。近年來，伴隨著工業(yè)化、城市化、現(xiàn)代化，我國的環(huán)境保護(hù)。近年來，伴隨著工業(yè)化、城市化、現(xiàn)代化，我國的環(huán)境保護(hù) 問題十分突出。問題十分突出。 原因：原因： 目前我國能源結(jié)構(gòu)中目前我國能源結(jié)構(gòu)中煤占煤占70%以上以上（世界上只有四個(gè)國（世界上只有四個(gè)國 家在家在70%以上，即朝鮮、南非、波蘭和中國），石油及天然氣以上，即朝鮮、南非、波蘭和中國），石油及天然氣 占占25%，能量利用率都在，能量利用率都在30%以下。以下。 11 n目前人們公認(rèn)，采用熱泵技術(shù)是解決暖目前人們公認(rèn)，采用熱泵技術(shù)是解決暖 通空調(diào)系統(tǒng)的能源與環(huán)境問題的有效措通空調(diào)系統(tǒng)的能源

9、與環(huán)境問題的有效措 施之一。因此發(fā)展與應(yīng)用熱泵空調(diào)已成施之一。因此發(fā)展與應(yīng)用熱泵空調(diào)已成 為暖通空調(diào)制冷可持續(xù)發(fā)展的基本出發(fā)為暖通空調(diào)制冷可持續(xù)發(fā)展的基本出發(fā) 點(diǎn)之一，這也是我們始終堅(jiān)持熱泵空調(diào)點(diǎn)之一，這也是我們始終堅(jiān)持熱泵空調(diào) 研究工作的根本動(dòng)力。研究工作的根本動(dòng)力。 12 熱泵研究的背景 n熱泵的研究是基于兩個(gè)熱點(diǎn)問題，即能源問題熱泵的研究是基于兩個(gè)熱點(diǎn)問題，即能源問題 和環(huán)境污染問題。和環(huán)境污染問題。 n能源的危機(jī)和礦物能源燃燒過程產(chǎn)生的有害物能源的危機(jī)和礦物能源燃燒過程產(chǎn)生的有害物 對生態(tài)環(huán)境的污染，是對現(xiàn)代人類生存的嚴(yán)重對生態(tài)環(huán)境的污染，是對現(xiàn)代人類生存的嚴(yán)重 威脅與挑戰(zhàn)。熱泵技術(shù)是

10、開發(fā)和強(qiáng)化高位能利威脅與挑戰(zhàn)。熱泵技術(shù)是開發(fā)和強(qiáng)化高位能利 用率的重要手段，是獲取可再生能源及保持生用率的重要手段，是獲取可再生能源及保持生 態(tài)平衡的有效途徑之一。態(tài)平衡的有效途徑之一。 13 n從能源看：從能源看： （1 1） 能源每年增長率約為能源每年增長率約為3%3%5%5%，而國民經(jīng)濟(jì)每年增長，而國民經(jīng)濟(jì)每年增長7%7%8%8%。 束縛了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度。束縛了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度。 （2 2）需要重視能源的節(jié)約和綜合利用。）需要重視能源的節(jié)約和綜合利用。 （3 3）能源利用率低，浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象）能源利用率低，浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象 （4 4）熱泵的節(jié)能效果是顯著的）熱泵的節(jié)能效果是顯著的 在

11、歐洲的氣候條件下，用燃?xì)鈾C(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮式熱泵比燃?xì)忮仩t耗能量降低在歐洲的氣候條件下，用燃?xì)鈾C(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮式熱泵比燃?xì)忮仩t耗能量降低 50%50%60%60%。 汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵供熱系統(tǒng)燃料消耗量僅是普通的熱力站燃料消耗的汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵供熱系統(tǒng)燃料消耗量僅是普通的熱力站燃料消耗的70%70%。 直接燃燒驅(qū)動(dòng)的家用熱泵裝置供熱比傳統(tǒng)的燃?xì)忮仩t供熱，具有節(jié)能直接燃燒驅(qū)動(dòng)的家用熱泵裝置供熱比傳統(tǒng)的燃?xì)忮仩t供熱，具有節(jié)能50%50%的的 潛力（潛力（E=1.45E=1.45，燃?xì)忮仩t燃?xì)忮仩tE=0.6E=0.60.750.75）。）。 14 （5 5）各種熱泵技術(shù)研討會(huì)）各種熱泵技術(shù)研討會(huì) n日本制定了發(fā)展新

12、能源利用的日本制定了發(fā)展新能源利用的“日光計(jì)劃日光計(jì)劃”和開發(fā)節(jié)能技術(shù)的和開發(fā)節(jié)能技術(shù)的“月光計(jì)月光計(jì) 劃劃”。 n19841984年年9 9月，由德國工程師協(xié)會(huì)（月，由德國工程師協(xié)會(huì)（VDIVDI）發(fā)起在瑞士蘇黎世召開了首次國發(fā)起在瑞士蘇黎世召開了首次國 際熱泵技術(shù)討論會(huì)，推動(dòng)了熱泵技術(shù)的發(fā)展。際熱泵技術(shù)討論會(huì)，推動(dòng)了熱泵技術(shù)的發(fā)展。 n20022002年年5 5月將在北京召開第七屆國際能源組織熱泵大會(huì)（月將在北京召開第七屆國際能源組織熱泵大會(huì)（The 7The 7 t ht h International Energy Agency Heat Pump Conference 2002Int

13、ernational Energy Agency Heat Pump Conference 2002）。）。20042004年年 將在美國的拉斯韋加斯召開；將在美國的拉斯韋加斯召開； n自自19791979年起，中國制冷學(xué)會(huì)第二專業(yè)委員會(huì)的年起，中國制冷學(xué)會(huì)第二專業(yè)委員會(huì)的“全國余熱制冷和熱泵學(xué)全國余熱制冷和熱泵學(xué) 術(shù)會(huì)議術(shù)會(huì)議”共開了九屆：共開了九屆： n19881988年年3 3月在廣州召開了熱泵應(yīng)用發(fā)展研討會(huì)；月在廣州召開了熱泵應(yīng)用發(fā)展研討會(huì)；20012001年年1010月在寧波召開了月在寧波召開了 中國制冷學(xué)會(huì)第五專業(yè)委員會(huì)、中國建筑學(xué)會(huì)暖通空調(diào)委員會(huì)的中國制冷學(xué)會(huì)第五專業(yè)委員會(huì)、中國

14、建筑學(xué)會(huì)暖通空調(diào)委員會(huì)的“全國全國 熱泵和空調(diào)技術(shù)交流會(huì)熱泵和空調(diào)技術(shù)交流會(huì)”。 n19941994年全國暖通空調(diào)制冷學(xué)術(shù)年會(huì)第一次設(shè)熱泵專題討論會(huì)，以后每屆年全國暖通空調(diào)制冷學(xué)術(shù)年會(huì)第一次設(shè)熱泵專題討論會(huì)，以后每屆 年會(huì)都有熱泵技術(shù)的研討。年會(huì)都有熱泵技術(shù)的研討。 15 n從環(huán)境看從環(huán)境看 熱泵的發(fā)展始終受到經(jīng)濟(jì)問題的制約，在目前熱泵的發(fā)展始終受到經(jīng)濟(jì)問題的制約，在目前 的能源價(jià)格下，熱泵有時(shí)是節(jié)能不省錢的。但的能源價(jià)格下，熱泵有時(shí)是節(jié)能不省錢的。但 由于環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，使得熱泵的發(fā)由于環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，使得熱泵的發(fā) 展又遇到了一個(gè)良好的機(jī)遇。展又遇到了一個(gè)良好的機(jī)遇。 由于環(huán)

15、境問題，而不是經(jīng)濟(jì)問題，我們將會(huì)經(jīng)由于環(huán)境問題，而不是經(jīng)濟(jì)問題，我們將會(huì)經(jīng) 歷熱泵發(fā)展的第二個(gè)興旺期。歷熱泵發(fā)展的第二個(gè)興旺期。 16 n許多國家都大力提倡采用熱泵技術(shù)，把熱泵作為減許多國家都大力提倡采用熱泵技術(shù)，把熱泵作為減 少少COCO2 2排放量的一種方法。一般在用戶供熱量相同排放量的一種方法。一般在用戶供熱量相同 的情況下，熱泵供熱（電動(dòng)）比習(xí)慣的鍋爐供熱的情況下，熱泵供熱（電動(dòng)）比習(xí)慣的鍋爐供熱 COCO2 2 排放量減少排放量減少30%30%50%50%。 n 目前世界的熱泵總數(shù)不少于目前世界的熱泵總數(shù)不少于555510106 6臺(tái)，其中日臺(tái)，其中日 本本404010106 6臺(tái)，

16、美國臺(tái)，美國9 910106 6臺(tái)。這些熱泵多數(shù)用于住臺(tái)。這些熱泵多數(shù)用于住 宅的供暖和空調(diào)，用于區(qū)域供熱和空調(diào)的約有宅的供暖和空調(diào)，用于區(qū)域供熱和空調(diào)的約有400400 臺(tái)，用于工業(yè)加熱過程的約有臺(tái)，用于工業(yè)加熱過程的約有70007000臺(tái)。臺(tái)。 17 熱泵發(fā)展簡史 n18241824年，熱泵壓縮式理論年，熱泵壓縮式理論 法國物理學(xué)家卡諾法國物理學(xué)家卡諾( (S. Carnot )S. Carnot ) n18541854年，熱泵的設(shè)想年，熱泵的設(shè)想 英國物理學(xué)家焦耳英國物理學(xué)家焦耳( (J. P. Joule)J. P. Joule) 英國湯姆森英國湯姆森( (W. Thomson )W.

17、 Thomson )教授教授 n直至本世紀(jì)直至本世紀(jì)20-3020-30年代，熱泵有了較快的發(fā)展年代，熱泵有了較快的發(fā)展 英國、英國、 美國、美國、 歐洲歐洲 18 n第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，一方面影響與中斷了空調(diào)用第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，一方面影響與中斷了空調(diào)用 熱泵的發(fā)展，另一方面戰(zhàn)時(shí)能源的短缺促進(jìn)了大型供熱泵的發(fā)展，另一方面戰(zhàn)時(shí)能源的短缺促進(jìn)了大型供 熱和工藝用熱泵的發(fā)展。熱和工藝用熱泵的發(fā)展。 （1 1）19571957年，熱泵的發(fā)展形成了一個(gè)高潮。年，熱泵的發(fā)展形成了一個(gè)高潮。 （2 2） 后來，使熱泵進(jìn)入后來，使熱泵進(jìn)入1010年左右的調(diào)整期年左右的調(diào)整期。 n直至直至7070年代中期

18、才重新有了快速增長年代中期才重新有了快速增長 美國美國 歐洲歐洲 n一些國際組織如國際制冷學(xué)會(huì)等形成一些國際組織如國際制冷學(xué)會(huì)等形成 19 日本熱泵的發(fā)展簡介 n開創(chuàng)期（開創(chuàng)期（1930-19491930-1949年）年） n重建期（重建期（1950-19641950-1964年）年） n起飛期（起飛期（1965-19701965-1970年）年） n快速增長期（快速增長期（1971-19851971-1985年）年） 20 我國熱泵空調(diào)發(fā)展 n始于始于2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代年代 n19631963年起原華東建筑設(shè)計(jì)院與上海冷氣機(jī)廠就開始研年起原華東建筑設(shè)計(jì)院與上海冷氣機(jī)廠就開始研 究熱泵式空調(diào)器；究熱泵式空調(diào)器； n19651965年上海冰箱廠研制成功我國第一臺(tái)熱泵型窗式空年上海冰箱廠研制成功我國第一臺(tái)熱泵型窗式空 調(diào)器；調(diào)器； n19651965年天津大學(xué)與天津冷氣機(jī)廠研制成國內(nèi)第一臺(tái)水年天津大學(xué)與天津冷氣機(jī)廠研制成國內(nèi)第一臺(tái)水 冷式熱泵空調(diào)機(jī)；冷式熱泵空調(diào)機(jī)； n19661966年天津大學(xué)與鐵道部四方車輛