熱泵分類、原理、和比較.docx

1、第 2 章 熱泵的分類及工作原理2.1 熱泵的概念“熱泵”（ heat pumps）這一術(shù)語(yǔ)是借鑒“水泵”一詞得來(lái)的。在自然界中，水從高處自發(fā)流向低處， 水泵可將水從低處送到高處利用。 同樣，熱量可自發(fā)從高溫?zé)嵩磦飨虻蜏責(zé)嵩?，而熱泵可將低溫?zé)嵩吹臒崃俊氨盟汀?（交換傳遞）到高溫?zé)嵩醇右岳茫?所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置。 我國(guó)暖通空調(diào)術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)（GB50155-92）對(duì)熱泵的解釋是 “能實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器和冷凝器功能轉(zhuǎn)換的制冷機(jī)” ，新國(guó)際制冷詞典（New International Dictionary of Refrigeration）對(duì)熱泵的解釋是“以冷凝器放出的熱量來(lái)供熱的制冷系統(tǒng)”。2.

2、2熱泵的分類【 3】由于熱泵系統(tǒng)構(gòu)成、 設(shè)備特性、熱源的種類以及用途的多樣性， 熱泵的分類也多種多樣， 常見(jiàn)的分類方法有按驅(qū)動(dòng)能源種類分類、 按工作原理分類、 按熱源的種類分類、 按主要用途分類、 按供熱溫度分類、 按熱源和供冷供熱介質(zhì)的組合方式分類、按熱泵機(jī)組安裝方式分類、 安熱泵的功能方式分類、 按能倆熱泵的功能方式分類、按能量提升級(jí)數(shù)分類等。主要內(nèi)容如下。2.2.1按驅(qū)動(dòng)能源種類分類（1）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（2）熱驅(qū)動(dòng) 熱驅(qū)動(dòng)又可分為熱能驅(qū)動(dòng) （如吸收式熱泵、 蒸汽噴射式熱泵）及發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（如內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)、汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)等） 。2.2.2按工作原理分類（1）蒸汽壓縮式 這是熱泵中最為普遍而廣泛應(yīng)用的一

3、種形式。這類熱泵中，熱泵工質(zhì)通常在由壓縮機(jī)、 冷凝器、節(jié)流裝置及蒸發(fā)器等部件組成的系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)，并通過(guò)工質(zhì)的狀態(tài)變化及相變來(lái)實(shí)現(xiàn)將低品味熱能泵送至高品位溫度區(qū)的目的。（2）氣體壓縮式 與蒸汽壓縮式熱泵的區(qū)別在于這類熱泵中工質(zhì)始終以氣態(tài)進(jìn)行循環(huán)而不發(fā)生相變、如飛行器中空調(diào)系統(tǒng)多采用空氣壓縮式。（3）吸收式 消耗較高品位的熱能來(lái)實(shí)現(xiàn)將低品位的熱能向高品位溫度區(qū)傳送的目的。吸收式熱泵通常由蒸發(fā)器、冷凝器、吸收器、發(fā)生器及節(jié)流閥等組2成。吸收式熱泵工質(zhì)中最常見(jiàn)的有水- 溴化鋰（工質(zhì)為水，吸收劑為溴化鋰） 、氨- 水（工質(zhì)為氨，吸收劑為水）及其他。吸收式熱泵又可按其供熱溫度的高低分為第一類吸收式熱泵（

4、增熱型） 、第二類吸收式熱泵（升溫型）。前者供熱的溫度低于驅(qū)動(dòng)熱源，而后者供熱的溫度高于驅(qū)動(dòng)熱源； 前者以增大制熱量為主要目的，而后者以升高溫度品味為只要目的。（4）蒸汽噴射式 實(shí)際上這類熱泵是以蒸汽噴射泵代替機(jī)械壓縮機(jī)，其余的工作原理均與蒸汽壓縮式相同。 作為驅(qū)動(dòng)力的蒸汽可來(lái)自鍋爐， 也可利用工藝過(guò)程中的水蒸氣或其他蒸汽。（5）熱電勢(shì) 利用帕爾帖（ Peltier ）效應(yīng)，即當(dāng)直流電通過(guò)由兩種不同導(dǎo)體組成的回路時(shí)會(huì)在回路的兩個(gè)連結(jié)端產(chǎn)生溫差的現(xiàn)象。（6）化學(xué)熱泵利用化學(xué)吸收、吸附、等現(xiàn)象或化學(xué)反應(yīng)等原理制成的熱泵。2.2.3按熱源種類分類熱泵的熱源往往是低品位的，可分為空氣、地表水（又可分為

5、江河水、湖泊水、海水等）、地下水、城市自來(lái)水、土壤、太陽(yáng)能、廢熱（水、氣）等。2.2.4按主要用途分類（1）住宅用制熱量一般為 1-70KW。（2）商業(yè)及農(nóng)業(yè)用制熱量為 2-120KW。（3）工業(yè)用制熱量為 0.1-10MW。2.2.5按供熱溫度分類（1）低溫?zé)岜霉釡囟?100 攝氏度。2.2.6按熱源與供熱介質(zhì)的組合方式分類（1）空氣 - 空氣熱泵以一側(cè)的空氣為吸熱對(duì)象、 以另一側(cè)的空氣為供熱對(duì)象的熱泵。（2）水- 空氣熱泵以水（如河水、地下水、廢熱水等）為吸熱對(duì)象、以空氣（或氣體）為供熱對(duì)象的熱泵。（3）空氣 - 水熱泵以空氣（或氣體）為吸熱對(duì)象。3（4）水- 水熱泵以水（如河水、地下水

6、、熱污水、工業(yè)冷卻水等）為吸熱對(duì)象、以水為供熱對(duì)象的熱泵。（5）土壤 - 水熱泵（大地耦合式熱泵）以土壤為吸熱對(duì)象、以水為放熱對(duì)象的熱泵。（6）土壤 - 空氣熱泵（大地耦合式熱泵）以土壤為吸熱對(duì)象、以空氣為放熱對(duì)象的熱泵。2.2.7按壓縮機(jī)類型分類主要有往復(fù)活塞式、渦旋式、滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式、螺桿式、離心式等。2.2.8按熱泵供能方式分類分為單純制熱、交替制冷與制熱、同時(shí)制冷與制熱。2.2.9按熱量提升級(jí)數(shù)分類（1）初級(jí)熱泵利用天然能源如室外空氣、地表水、地下水或土壤等為熱源。（2）次級(jí)熱泵以排出的廢水、廢氣、廢熱等為熱源。（3）第三季熱泵 與初級(jí)或次級(jí)熱泵聯(lián)合使用，將前一級(jí)熱泵制取的熱量再升溫。如寒

7、冷地區(qū)可用多囧熱泵的組合提供供暖用熱。2.3熱泵的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)熱泵通常被作為一種節(jié)能裝置， 其性能系數(shù)用 COP來(lái)表示，它指其收益（制熱量）與代價(jià)（所耗機(jī)械功或熱能）的比值。1、壓縮式熱泵：用 h 表示 , 為制熱量 Qh與輸入功率 W的比值 h= Qh/ W=(Q0+W)/W=1+12、吸收式熱泵：用 表示，為制熱量Qh與輸入熱能 Qg的比值= Qh/ QgCOP-Coefficient of Performance也稱能效比【 4】。在冬季供熱時(shí)，制熱量與輸入功率的比率定義為熱泵的循環(huán)性能系數(shù)COP。在夏季制冷時(shí)，制冷量與輸入功率的比率定義為熱泵的能效比EER（ Energy Efficie

8、ncy Ration）。為不引起歧義，我們將冬季熱泵循環(huán)性能系數(shù)和夏季熱泵的能效比表達(dá)4形式均采用 COP（能效比）表示。2.4各類熱泵的原理及優(yōu)缺點(diǎn)2.4.1水源熱泵【 5】以地能（地下水、地表水）為主要能源，電能為輔助能源，利用制冷劑作載體， 將源源不斷的低位熱源開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)低品位熱能向高品位轉(zhuǎn)移。其優(yōu)點(diǎn)為： 1、屬可再生能源利用技術(shù)；2、高效節(jié)能； 3、運(yùn)行穩(wěn)定可靠； 4、環(huán)境效益顯著一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣； 6、自動(dòng)運(yùn)行。其不足為： 1、可利用的水源條件限制； 2、水層的地理結(jié)構(gòu)限制； 3、隨緣的經(jīng)濟(jì)性不穩(wěn)定。2.4.2地源熱泵是利用水源熱泵的一種形式，它是利用水與地能 （地下水、土壤

9、或地表水）進(jìn)行冷熱交換來(lái)作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來(lái)，供給室內(nèi)采暖，此時(shí)地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來(lái)，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時(shí)地能為“冷源”。地源熱泵系統(tǒng)【 6】的優(yōu)越性表現(xiàn)為： 1、低維護(hù)地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件要比常規(guī)系統(tǒng)少，因而減少了維護(hù)，并且更加可靠； 2、安全地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行中沒(méi)有燃燒，因此不可能產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳之類的廢氣集結(jié)在家中或商業(yè)建筑內(nèi)；3、運(yùn)行費(fèi)低地源熱泵系統(tǒng)的效率比燃燒礦物燃料、燃油、天然氣和丙烷的設(shè)備都高； 4、舒適由于地源熱泵系統(tǒng)的供冷、 供熱更為平穩(wěn)， 降低了停、開機(jī)的頻率和空氣過(guò)熱和過(guò)冷的峰值； 5、可靠如果安裝適當(dāng)，系統(tǒng)將可使用 25 年以上； 6、易于改建 - 建筑物中現(xiàn)有的供熱、 供冷風(fēng)管通?？芍苯舆B接到地源熱泵系統(tǒng)上； 7、改善環(huán)境 - 比較典型的，是將地源熱泵系統(tǒng)安裝在車庫(kù)或其他室內(nèi)場(chǎng)所， 使設(shè)備不暴露在惡劣的氣候中，并使其運(yùn)行安靜，甚至使用戶感覺(jué)不出設(shè)備正在運(yùn)行。土壤熱源的優(yōu)點(diǎn)是溫度穩(wěn)定，不用風(fēng)機(jī)或水泵采熱，無(wú)噪聲、無(wú)需除霜，其缺點(diǎn)為土壤傳熱性能