第1章 地源熱泵概論

第1章概論1.1熱泵的節(jié)能與環(huán)境效益1.2熱泵循環(huán)的熱力學(xué)原理1.3熱泵的低位熱源1.4熱泵的驅(qū)動(dòng)能源和驅(qū)動(dòng)裝置1.5熱泵的分類1.6熱泵發(fā)展的現(xiàn)狀與展望1.7熱泵課程特點(diǎn)與要求1.1熱泵的節(jié)能與環(huán)境效益1.1.1熱泵定義1.1.2熱泵的節(jié)能效益1.1.3熱泵的環(huán)境效益返回首頁(yè)1.1.1熱泵定義熱泵：一種以消耗部分能量作為補(bǔ)償條件使熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的能量利用裝置。與制冷機(jī)比較：相同：熱力學(xué)原理不同：使用的目的；工作溫度范圍。定義擴(kuò)展：所謂熱泵，即是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置。

利用熱泵，可以把不能直接利用的低品位熱能（如空氣、土壤、水中所含的熱能，太陽(yáng)能，工業(yè)廢熱等）轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而達(dá)到節(jié)省部分高位能（如煤、燃?xì)?、油、電能等）的目的。。熱泵是一種高效節(jié)能的建筑物空調(diào)冷熱源裝置，利用熱泵可實(shí)現(xiàn)建筑物的冬季供熱和夏季供冷，或單獨(dú)實(shí)現(xiàn)供熱的功能。1.1.1熱泵定義熱泵循環(huán)是一種逆向循環(huán)。（如圖所示）循環(huán)目的：把低溫?zé)嵩吹臒崃哭D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩慈?。如循環(huán)的目的是給高溫物體（如供暖的房間）不斷地提供熱量，以保證高溫物體的溫度，稱之為熱泵循環(huán)。如果循環(huán)的目的是從低溫物體（如冷藏室、冷庫(kù)等）不斷取走熱量，以維持物體的低溫，稱之為制冷循環(huán)。1.1.1熱泵定義T0TAThWWQ2Q2Q1WQ2Q1Q1T0—低溫?zé)嵩礈囟?/p>

Th—高溫?zé)嵩礈囟萒A—環(huán)境溫度Q1—工質(zhì)從低溫?zé)嵩次鼰崃?/p>

Q2—工質(zhì)向高溫?zé)嵩捶艧崃縒—為完成逆循環(huán)工質(zhì)消耗的外界功量判斷：熱泵循環(huán)？特點(diǎn)？衡量熱泵循環(huán)和制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)都用性能系數(shù)（COP）來(lái)表示，它是得到的收益與耗費(fèi)的代價(jià)之比值。習(xí)慣上，熱泵循環(huán)的性能系數(shù)稱為供熱系數(shù)COPh，而將制冷循環(huán)的性能系數(shù)稱為制冷系數(shù)COP。常見(jiàn)的熱泵形式有：機(jī)械壓縮式、熱力壓縮式（吸收式、蒸氣噴射式和吸附式）以及熱電式等。熱泵評(píng)價(jià)1.1.2熱泵的節(jié)能效益熱泵空調(diào)技術(shù)是一種有效的節(jié)能手段，可以大大降低一次能源的消耗。研究表明，電動(dòng)熱泵的制熱系數(shù)只要大于3，則從能源利用觀點(diǎn)看熱泵就會(huì)比熱效率為80％的區(qū)域鍋爐房用能節(jié)省。例如：若向室內(nèi)供熱10kw，采用兩種用供熱方案（1）采用電阻式加熱器，直接加熱室內(nèi)空氣，則需要供給的電能為10kw（2）用電能拖動(dòng)熱泵供熱。假設(shè)供熱溫度為45℃低溫?zé)嵩礈囟葹?℃，熱泵采用逆卡諾循環(huán)，則εh=T2/（T2-T1）=7.07W=Q/εh=1.414W=Q/ε=3.33333(?)

節(jié)能效果明顯！1.1.3熱泵的環(huán)境效益熱泵技術(shù)就是一種有效節(jié)省能源、減少CO2排放和大氣污染的環(huán)保技術(shù)。把熱泵作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，可以把自然界中的低溫廢熱轉(zhuǎn)變?yōu)榕照{(diào)系統(tǒng)可利用的再生熱能，節(jié)約了礦物燃料，進(jìn)而減少溫室氣體排放。能源及環(huán)境污染能源及其分類世界能源狀況我國(guó)能源狀況發(fā)達(dá)國(guó)家環(huán)境污染概況及特點(diǎn)我國(guó)環(huán)境污染概況及特點(diǎn)

能源及其分類能源

用來(lái)產(chǎn)生各種所需能量的自然資源。它是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力，是人們可持續(xù)發(fā)展的重要保證，縱觀人類社會(huì)發(fā)展的歷史，人類文明的每一次重大進(jìn)步都伴隨著能源的改進(jìn)和更替。能源的開(kāi)發(fā)利用極大地推進(jìn)了世界經(jīng)濟(jì)和人類社會(huì)的發(fā)展。

自然資源：在一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，自然界中對(duì)人類有用的一切物質(zhì)和能量。如：土地、水、氣候、生物和礦產(chǎn)資源等。

經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)歲月的進(jìn)化，地球已經(jīng)儲(chǔ)存了可觀的能源。

一次能源可再生能源:太陽(yáng)能、風(fēng)能、水利能、生物能、海洋能、地?zé)岬炔豢稍偕茉矗好禾?、石油、天然氣、核能等二次能源：煤氣、電力、蒸汽、液化氣?/p>

能源分類世界能源狀況當(dāng)前，資源、能源、環(huán)境氣候變化問(wèn)題已成為人類社會(huì)發(fā)展面臨的共同挑戰(zhàn)，世界各國(guó)都在努力尋求解決這一問(wèn)題的辦法和途徑。從目前世界各國(guó)既定能源戰(zhàn)略來(lái)看，大規(guī)模的開(kāi)發(fā)利用新能源已成為未來(lái)世界各國(guó)能源戰(zhàn)略的重要組成部分。世界能源狀況化石燃料（主要：煤炭、石油、天然氣）發(fā)展趨勢(shì)：固、液、氣。

1998：全球天然氣消費(fèi)超過(guò)煤炭。預(yù)測(cè)：2020年內(nèi)各年增長(zhǎng)率，煤：24%，石油：40%，天然氣：26%。新能源截至2006年底，世界新能源發(fā)電裝機(jī)約1.4億千瓦，其中風(fēng)力發(fā)電7422.3萬(wàn)千瓦，生物質(zhì)發(fā)電5000萬(wàn)千瓦。

新能源

各類新能源發(fā)展概況（數(shù)據(jù)截至2006年底）

太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)≈800萬(wàn)千瓦太陽(yáng)能太陽(yáng)能熱水器>1.5億平方米風(fēng)電總裝機(jī)7422.3萬(wàn)千瓦

生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)5000萬(wàn)千瓦生物質(zhì)能生物液體燃料3500萬(wàn)噸

地?zé)崮馨l(fā)電總裝機(jī)1000萬(wàn)千瓦海洋能潮汐發(fā)電總裝機(jī)約30萬(wàn)千瓦可燃冰調(diào)查和摸索階段，估算儲(chǔ)量2.1億億m3

氫能開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)，但技術(shù)挑戰(zhàn)大新能源

從世界新能源的利用與發(fā)展趨勢(shì)看，新能源利用在總能源消費(fèi)中比例仍很小，其中風(fēng)能、太陽(yáng)能和生物質(zhì)能發(fā)展最快，產(chǎn)業(yè)前景最好，其開(kāi)發(fā)利用增長(zhǎng)率遠(yuǎn)高于常規(guī)能源。風(fēng)力發(fā)電在新能源發(fā)電技術(shù)中成本最接近于常規(guī)能源，因而也成為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的新能源技術(shù)，年增長(zhǎng)率達(dá)27%。氫能、天然氣水合物、核聚變還很少利用或處于研究階段。太陽(yáng)能

太陽(yáng)能利用包括太陽(yáng)能光伏發(fā)電、太陽(yáng)熱發(fā)電，以及太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)房等熱利用方式。

光伏發(fā)電最初作為獨(dú)立的分散電源使用，近年來(lái)并網(wǎng)光伏發(fā)電的發(fā)展速度加快，市場(chǎng)容量已超過(guò)獨(dú)立使用的分散光伏電源。2006年，全世界太陽(yáng)能電池產(chǎn)量為252.1萬(wàn)千瓦，光伏太陽(yáng)能系統(tǒng)已累計(jì)安裝超過(guò)800萬(wàn)千瓦。

太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)研發(fā)進(jìn)展很快，目前已進(jìn)入商業(yè)化階段，商業(yè)化技術(shù)主要掌握在西班牙、德國(guó)、美國(guó)、澳大利亞和以色列等國(guó)手中，目前裝機(jī)容量約40萬(wàn)千瓦。太陽(yáng)能熱利用技術(shù)成熟，經(jīng)濟(jì)性好，可大規(guī)模應(yīng)用，2005年全世界太陽(yáng)能熱水器的總集熱面積已達(dá)到約1.4億平方米。風(fēng)力發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電包括離網(wǎng)運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，技術(shù)已基本成熟。近年來(lái)，并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組和單機(jī)容量不斷增大，新增風(fēng)電機(jī)組的平均單機(jī)容量超過(guò)1MW，單機(jī)容量4MW的風(fēng)電機(jī)組已投入運(yùn)行，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)已從陸地向海上發(fā)展。到2006年底，全世界風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)74223MW，最近5年來(lái)平均年增長(zhǎng)率達(dá)30%。隨著風(fēng)電的技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，風(fēng)電成本持續(xù)下降，經(jīng)濟(jì)性與常規(guī)能源已十分接近。生物質(zhì)能（一）現(xiàn)代生物質(zhì)能的發(fā)展方向是高效清潔利用，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為優(yōu)質(zhì)能源，包括電力、燃?xì)狻⒁后w燃料和固體成型燃料等。生物質(zhì)發(fā)電主要有農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電、垃圾發(fā)電和沼氣發(fā)電等。到2005年底，全世界生物質(zhì)發(fā)電總裝機(jī)容量約為5000萬(wàn)千瓦，主要集中在北歐和美國(guó)。生物質(zhì)能（二）全球燃料乙醇業(yè)正在經(jīng)歷快速增長(zhǎng)，從2000年不足150億升，增加到2006年的380億升,但燃料乙醇產(chǎn)業(yè)仍然只是集中在巴西和美國(guó)，占到世界總產(chǎn)量的92%。盡管乙醇生產(chǎn)在2000年后增長(zhǎng)迅速，但仍然只相當(dāng)于世界石油生產(chǎn)的0.5%。歐盟是生物柴油生產(chǎn)增長(zhǎng)最快的地區(qū)，以德國(guó)、法國(guó)、意大利為首。德國(guó)的生物柴油產(chǎn)量居世界首位，2005年占全世界生產(chǎn)量的一半。同時(shí)，德國(guó)也是全球生物柴油消費(fèi)最多的國(guó)家，2004年已達(dá)110萬(wàn)噸。沼氣已是成熟的生物質(zhì)能利用技術(shù)，在歐洲、中國(guó)和印度等地已建成了大量沼氣工程和分散的戶用沼氣池。地?zé)崮?/p>

地?zé)崮芾冒òl(fā)電和熱利用兩種方式，技術(shù)均比較成熟。到2006年底，全世界地?zé)岚l(fā)電總裝機(jī)容量9600MW，主要集中在美國(guó)、冰島、意大利等國(guó)家。地?zé)崮艿臒崂冒说責(zé)崴闹苯永煤偷卦礋岜霉岷椭评洌诎l(fā)達(dá)國(guó)家以得到廣泛應(yīng)用，近5年來(lái)全世界地?zé)崮軣崂媚昃鲩L(zhǎng)約13%。

海洋能

海洋能資源狀態(tài)包括波浪能、潮汐能、潮流能、溫差能等。潮汐發(fā)電、波浪發(fā)電和洋流發(fā)電等海洋能的開(kāi)發(fā)利用近年來(lái)取得較大進(jìn)展，初步形成規(guī)模的主要是潮汐發(fā)電，全世界潮汐發(fā)電總裝機(jī)容量約30萬(wàn)千瓦。

在亞洲，菲律賓和印度尼西亞的各島嶼，以及中國(guó)和日本海岸流動(dòng)的海流，都具有巨大的潛力。在歐洲，潮汐電站的場(chǎng)址達(dá)上百個(gè)。在美洲，墨西哥政府計(jì)劃在未來(lái)幾年將投資數(shù)十億比索在該國(guó)西部潮汐較大的加利福尼亞灣沿海造上百座潮汐電站。核能上世紀(jì)80年代，年增長(zhǎng)率：140%，90年代：4.7%。1999年，全球：32座在建，95座關(guān)閉（18年內(nèi)），431座在運(yùn)行。在北美、西歐：沒(méi)有在建項(xiàng)目，增長(zhǎng)主要在亞洲：日本、印度、中國(guó)等。預(yù)測(cè)：將在2010年達(dá)到高峰，2020年后會(huì)下降，其年增長(zhǎng)率將從1997年的7%，降到5%。未來(lái)主導(dǎo)能源新能源：30%；

天然氣：30%；油：10%；煤炭：30%。新能源：40%；

天然氣：40%；油：10%；煤炭：10%。（世界能源協(xié)會(huì)估計(jì)）我國(guó)能源狀況總量多,人均量少

我國(guó)擁有較為豐富的化石能源資源。其中，煤炭占主導(dǎo)地位。2006年，煤炭保有資源量10345億噸，剩余探明可采儲(chǔ)量約占世界的13%，列世界第三位。已探明的石油、天然氣資源儲(chǔ)量相對(duì)不足，油頁(yè)巖、煤層氣等非常規(guī)化石能源儲(chǔ)量潛力較大。中國(guó)擁有較為豐富的可再生能源資源。水力資源理論蘊(yùn)藏量折合年發(fā)電量為6.19萬(wàn)億千瓦時(shí)，經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)年發(fā)電量約1.76萬(wàn)億千瓦時(shí)，相當(dāng)于世界水力資源量的12%，列世界首位。

總量—陸地:3；地表水：6；耕地：4；森林：6；草地：2；礦產(chǎn)：3；水利：1；太陽(yáng)能：2；煤炭：3。

但由于我國(guó)人口眾多，人均能源資源擁有量在世界上處于較低水平。

人均——

水、耕地、林地、草地相當(dāng)于世界人均：1/4、1/3、1/6、1/3。礦產(chǎn)：1/2；煤炭：1/2；天然氣：1/15；石油：18.3%。種類多,類型齊全

東農(nóng)西牧，南水北草。礦產(chǎn)：153/171。地域分布不均勻

水資源：東多西少，南多北少。礦產(chǎn)：80%在西北部；石油、煤炭：75%長(zhǎng)江以北，主要賦存在華北、西北地區(qū)。水力資源主要分布在西南地區(qū)，天然氣資源主要賦存在東、中、西部地區(qū)和海域。中國(guó)主要的能源消費(fèi)地區(qū)集中在東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，資源賦存與能源消費(fèi)地域存在明顯差別。大規(guī)模、長(zhǎng)距離的北煤南運(yùn)、北油南運(yùn)、西氣東輸、西電東送，是中國(guó)能源流向的顯著特征和能源運(yùn)輸?shù)幕靖窬帧?/p>

資源質(zhì)量不理想，優(yōu)質(zhì)資源所占比重小

礦產(chǎn)（除煤）：多貧，復(fù)雜難用多，中小型多。石油、天然氣：28%。非常規(guī)能源資源勘探程度低，經(jīng)濟(jì)性較差，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。開(kāi)發(fā)利用存在的問(wèn)題

人均擁有少，相對(duì)不足；利用率、回收率低，浪費(fèi)嚴(yán)重。與世界相比，中國(guó)煤炭資源地質(zhì)開(kāi)采條件較差，大部分儲(chǔ)量需要井工開(kāi)采，極少量可供露天開(kāi)采。石油天然氣資源地質(zhì)條件復(fù)雜，埋藏深，勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)要求較高。未開(kāi)發(fā)的水力資源多集中在西南部的高山深谷，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，開(kāi)發(fā)難度和成本較大。發(fā)達(dá)國(guó)家環(huán)境污染概況及特點(diǎn)世界上發(fā)達(dá)國(guó)家環(huán)境污染的發(fā)生、發(fā)展和演變過(guò)程。大體上分為三個(gè)階段:第一階段:18世紀(jì)末~20世紀(jì)中期第二階段:20世紀(jì)中期~上世紀(jì)70年代第三階段:上世紀(jì)70年代~至今第一階段概況:

隨著工業(yè)的發(fā)展而加重特征:主要是燃煤引起.“煤煙型”污染主要污染物:煙塵和SO2等當(dāng)時(shí)社會(huì)概況:各國(guó)政府開(kāi)始“能源管理”、“除塵設(shè)施”，但沒(méi)有充分重視，采取措施不夠有利后果:污染物不斷增加，環(huán)境狀況進(jìn)一步惡化公害發(fā)生期，也是環(huán)境法的產(chǎn)生時(shí)期

第二階段概況:

各國(guó)工業(yè)迅速發(fā)展，汽車數(shù)量倍增，石油類燃料消耗量劇增，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。著名公害事件。特征:不再限于城市和工礦，廣域污染，“石油型”污染主要污染物:飄塵、重金屬、SO2、NOx、CO和碳?xì)浠衔锏?。?dāng)時(shí)社會(huì)概況：西方工業(yè)化國(guó)家公害發(fā)展和泛濫時(shí)期全球汽車數(shù)量劇增。年礦物燃料消耗：20世紀(jì)初<15億噸，70年代到80億噸。大量SO2和NOx的進(jìn)入大氣圈形成酸雨，CO2濃度持續(xù)增高。后果:“溫室效應(yīng)”產(chǎn)生，既影響到全球氣候，又成為國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的全球性環(huán)境污染問(wèn)題。著名的環(huán)境污染公害事件比利時(shí)∽馬斯河谷事件美國(guó)∽多諾拉事件美國(guó)∽洛杉磯光化學(xué)煙霧事件英國(guó)∽倫敦?zé)熿F事件日本∽四日市哮喘事件馬斯河谷事件時(shí)間：1930年12月1~5日地點(diǎn)：比利時(shí)馬斯河谷工業(yè)區(qū)特征及起因：工業(yè)區(qū)在狹窄盆地中，12月1~5日由于發(fā)生氣溫逆轉(zhuǎn)，工廠排出的有害氣體在近地層積累。后果：三天后有人發(fā)病，癥狀為胸痛、咳嗽、呼吸困難等。一周內(nèi)有60多人死亡，心臟病、肺病患者死亡率最高。多諾拉事件時(shí)間：1948年10月26~31日地點(diǎn)：美國(guó)賓夕法尼亞州多諾拉鎮(zhèn)特征及起因：該鎮(zhèn)處于河谷內(nèi)，1948年10月最后一個(gè)星期，大部分地區(qū)受反氣旋和逆溫控制，加上26~30日持續(xù)有霧，使大氣污染物在近地層積累。SO2及其氧化作用的產(chǎn)物與大氣中塵粒結(jié)合是致害因素。后果：三發(fā)病者5911人，占全鎮(zhèn)總?cè)丝?3%；死亡17人。癥狀：眼痛、肢體酸乏、嘔吐、腹瀉。洛杉磯光化學(xué)煙霧事件時(shí)間：20世紀(jì)40年代初地點(diǎn)：美國(guó)洛杉磯市特征及起因：全市250多萬(wàn)輛汽車每天消耗汽油1600萬(wàn)升，向大氣排放大量碳?xì)浠衔?、NOx、CO。該市臨海依山，處于50km長(zhǎng)的盆地中，汽車排出的廢氣在日光作用下，形成以臭氧為主的光化學(xué)煙霧。后果：眼睛紅腫、流淚、喉痛、咳嗽、心臟障礙和肺功能衰竭等，65歲老人死亡400多人。倫敦?zé)熿F事件時(shí)間：1952年12月5~8日地點(diǎn)：英國(guó)倫敦市特征及后果：5~8日英國(guó)幾乎全境為濃霧覆蓋，四天中死亡人數(shù)約4000，其中45歲以上的死亡者最多，約為平時(shí)的3倍；一歲以下死亡的約為平時(shí)的2倍。事件發(fā)生的一周內(nèi)因支氣管炎死亡人數(shù)約為平時(shí)的9.3倍。四日市哮喘事件時(shí)間：1961年地點(diǎn)：日本四日市特征及起因：1955年以來(lái)，該市石油冶煉和工業(yè)燃油產(chǎn)生的廢氣，嚴(yán)重污染城市空氣。重金屬微粒與SO2形成硫酸煙霧。后果：1961年哮喘病發(fā)作，1967年一些患者不堪忍受痛苦而自殺。1972年全市共確認(rèn)哮喘病患者達(dá)817人，死亡10多人。到1979年10月底，確認(rèn)大氣污染性疾病患者人數(shù)為775491人。第三階段概況:

各國(guó)開(kāi)始重視環(huán)境保護(hù)，加強(qiáng)環(huán)境立法，投入大量人力、物力和財(cái)力，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格控制和綜合治理，取得了顯著成效，環(huán)境污染得到基本控制，環(huán)境質(zhì)量明顯改善。特征:能源結(jié)構(gòu)以石油和天然氣為主，“油氣型”污染后果:1952年后，倫敦?zé)o類似“倫敦?zé)熿F事件”產(chǎn)生；1968年后，日本在工業(yè)繼續(xù)增長(zhǎng)的情況下，大氣中的飄塵、SO2、CO等濃度不斷下降。我國(guó)環(huán)境污染概況及特點(diǎn)我國(guó)是世界上環(huán)境污染比較嚴(yán)重的國(guó)家之一，城市環(huán)境污染更為嚴(yán)重。據(jù)《1999年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，我國(guó)環(huán)境形勢(shì)仍然相當(dāng)嚴(yán)峻，多項(xiàng)污染物排放總量很大，污染程度仍處于相當(dāng)高的水平，一些地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量仍在惡化，相當(dāng)多的城市水、氣、聲、土壤環(huán)境污染仍較嚴(yán)重；中國(guó)主要河流有機(jī)污染普遍，面源污染日益突出，遼河、海河污染嚴(yán)重，準(zhǔn)河水質(zhì)較差，黃河水質(zhì)不容樂(lè)觀。

近海環(huán)境狀況總體較差，海洋環(huán)境污染惡化的趨勢(shì)仍未得到有效控制，而大氣環(huán)境污染仍然以煤煙型為主，主要污染物為總懸浮顆粒物和二氧化硫，少數(shù)特大城市屬煤煙與汽車尾氣污染并重類型；酸雨污染范圍大體未變，污染程度居高不下，工業(yè)固體廢物的堆存占用大量土地，并對(duì)空氣、地表水和地下水產(chǎn)生二次污染。

從城市到鄉(xiāng)村，我國(guó)的大氣、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)七大水系和內(nèi)陸河流的110個(gè)重點(diǎn)河段中，屬4類和5類水體的占39%；城市地面水污染普遍嚴(yán)重，并呈進(jìn)一步惡化的趨勢(shì)，136條流經(jīng)城市的河流中，屬4類、5類和超過(guò)5類標(biāo)準(zhǔn)的高達(dá)76.8%；約50%的城市地下水受到不同程度的污染；全國(guó)大淡水湖如滇池、太湖和巢湖等富營(yíng)養(yǎng)化程度逐年加劇；一些地區(qū)的飲用水源受到嚴(yán)重污染，對(duì)人民健康造成嚴(yán)重危害。城市垃圾和工業(yè)固體廢棄物與日俱增，工業(yè)廢棄物累計(jì)堆積量已超過(guò)66億噸，占地超過(guò)5萬(wàn)公頃，使200多個(gè)城市陷入垃圾包圍之中。嚴(yán)重的生態(tài)破壞，加重了江河洪水災(zāi)難，給人民的生命財(cái)產(chǎn)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成了嚴(yán)重?fù)p失。

從全國(guó)范圍看，我國(guó)環(huán)境污染仍以“煤煙型”污染為主；這是由我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)決定的。在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭、石油、天然氣分別占73.5%、18.6%和2.2%；與世界平均煤炭、石油、天然氣分別占27%、39.5%和23.5%的消費(fèi)結(jié)構(gòu)距離較大。1.2熱泵循環(huán)的熱力學(xué)原理1.2.1逆卡諾(Carnot)循環(huán)1.2.2洛倫茲(Lorenz)循環(huán)1.2.3熱泵的熱力經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)返回首頁(yè)理想的熱泵循環(huán)1.恒溫?zé)嵩撮g:逆卡諾循環(huán)2.變溫?zé)嵩撮g:洛倫茲循環(huán)在同樣熱源條件下理想的熱泵循環(huán)具有最大的制熱系數(shù)，因此它是同樣熱源條件下的實(shí)際循環(huán)的比較標(biāo)準(zhǔn)。1.2.1理想的熱泵循環(huán)-逆卡諾循環(huán)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)最高的熱泵循環(huán)是同溫限間的逆卡諾循環(huán)。過(guò)程1→2

工質(zhì)被等熵壓縮，升溫、升壓過(guò)程中耗功：wc

過(guò)程2→3

工質(zhì)向熱源等溫放熱，放出熱量為：qk過(guò)程3→4工質(zhì)等熵膨脹，降溫、降壓過(guò)程中做功：we過(guò)程4→1

工質(zhì)從冷源等溫吸熱，吸收熱量為：q01234STabTk’T0’qkq0wcwe∑w=？循環(huán)特性分析：q0、∑w、εc理想逆循環(huán)性能單位質(zhì)量制冷量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量耗功量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量放熱量：循環(huán)的制冷系數(shù)：q0=T0’

（sa-sb）qk=Tk’

（sa-sb）∑w=wc-we=qk-q0=（Tk’

-T0’）（sa-sb）εc=q0/∑w=T0’/（Tk’

-T0’）=1/（Tk’

/T0’-1）循環(huán)的制熱系數(shù)：εh=qk/∑w=Tk’/（Tk’

-T0’）=1/（1-Tk’

/T0’）能否得出：εh=1+εc理想逆循環(huán)幾個(gè)結(jié)論循環(huán)性能的影響因素？只與高低溫?zé)嵩礈囟扔嘘P(guān)，與工質(zhì)性質(zhì)無(wú)關(guān)性能系數(shù)隨高、低溫?zé)嵩礈囟热绾巫兓繜岜茫ü幔┫禂?shù)隨高溫?zé)嵩礈囟冉档?、低溫?zé)嵩礈囟壬叨撸浑S高溫?zé)嵩礈囟壬?、低溫?zé)嵩礈囟冉档投档?。高、低溫?zé)嵩礈囟葘?duì)性能系數(shù)的影響誰(shuí)大？低溫?zé)嵩?/p>

通常熱泵循環(huán)是以環(huán)境作為低溫?zé)嵩?，即T2=TA。于是，逆卡諾循環(huán)的供熱系數(shù)為：高溫?zé)嵩礈囟萒h：30，35，。。。，70低溫?zé)嵩礈囟萒A：5維持不必要的更高溫度Th是對(duì)能量的浪費(fèi)，應(yīng)予以避免。

在一定的環(huán)境TA下，用熱空間溫度Th愈高，即Th與TA的溫差愈大則εh愈小；反之，Th愈低，即Th與TA的溫差愈小，則εh愈大。高溫?zé)嵩礈囟萒h：40低溫?zé)嵩礈囟萒A：-10，-8，。。。，6，8當(dāng)用熱空間溫度Th一定時(shí)，TA愈低，Th與TA的溫差愈大，則εh愈??；反之，TA愈高，即Th與TA的溫差愈小，則εh愈大。尋找更高溫度的低溫?zé)嵩词悄繕?biāo)。1.2.2洛倫茲(Lorenz)循環(huán)熱源溫度有限，熱泵工作時(shí)，高、低溫?zé)嵩礈囟榷甲?。Lorenz循環(huán)提出變溫?zé)嵩撮g的理想逆向循環(huán)。構(gòu)成：兩定熵+兩無(wú)溫差變溫

1——2：等熵壓縮

2——3：可逆放熱過(guò)程

3——4：等熵膨脹過(guò)程

4——1：可逆吸熱過(guò)程經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)介于同溫限間的逆卡諾循環(huán)與考慮溫差的逆卡諾循環(huán)之間。TSO4123ThmTLm特點(diǎn):熱源的溫度是變化的.過(guò)程:兩個(gè)等熵過(guò)程和兩個(gè)工質(zhì)與熱源之間無(wú)溫差的傳熱過(guò)程所組成.制熱系數(shù):1.2.2洛倫茲(Lorenz)循環(huán)1.2.3熱泵的熱力經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)常用的熱泵系統(tǒng)熱力經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：性能系數(shù)COP(CoefficientofPerformance)季節(jié)性能系數(shù)HSPF(HeatingSeasonalPerformanceFactor)

熱泵的火用效率

1．熱泵的性能系數(shù)

制熱系數(shù)COPh：蒸氣壓縮式吸收式2．季節(jié)制熱性能系數(shù)3．熱泵的火用效率1.3熱泵的低位熱源1.3.1空氣1.3.2水1.3.3土壤1.3.4太陽(yáng)能返回首頁(yè)1.3.1空氣特點(diǎn)：空氣隨時(shí)隨地可以利用，其裝置和使用比較方便，對(duì)換熱設(shè)備無(wú)害。缺點(diǎn)：空氣參數(shù)(溫、濕度)隨地域和季節(jié)、晝夜均有很大變化．

空氣的比熱容小，為獲得足夠的熱量以及滿足熱泵溫差的限制，其室外側(cè)蒸發(fā)器所需的風(fēng)量較大，使熱泵的體積增大，也造成一定的噪聲空氣參數(shù)的變化規(guī)律對(duì)于空氣熱源熱泵的設(shè)計(jì)與運(yùn)行有重要影響，主要表現(xiàn)在：1．隨著空氣溫度的降低，蒸發(fā)溫度下降，熱泵溫差增大，熱泵的效率降低。單級(jí)蒸氣壓縮式熱泵雖然在空氣溫度低到-15至-20C時(shí)仍可運(yùn)行，但此時(shí)制熱系數(shù)將有很大的降低，其供熱量可能僅為正常運(yùn)行時(shí)的50％以下。2．隨著環(huán)境空氣溫度的變化，熱泵的供熱量往往與建筑物的供熱負(fù)荷相矛盾，即大多數(shù)時(shí)間內(nèi)均存在供需的不平衡現(xiàn)象。下圖表示了采用空氣熱源熱泵供暖的系統(tǒng)特性。３．空氣具有一定的濕度，空氣流經(jīng)蒸發(fā)器被冷卻時(shí)，在蒸發(fā)器表面會(huì)凝露甚至結(jié)霜。蒸發(fā)器表面微量凝露時(shí)，可增強(qiáng)傳熱50％-60％，但阻力有所增加．當(dāng)蒸發(fā)器表面結(jié)霜時(shí)，不僅流動(dòng)阻力增大，而且隨霜層的增加而熱阻提高。熱泵除霜過(guò)程中,不僅不供熱,還會(huì)產(chǎn)生除霜損失。返回本節(jié)1.3.2水

可供熱泵作為低位熱源用的水有地表水(河川水、湖水、海水等)和地下水(深井水、泉水、地下熱水等)。優(yōu)點(diǎn)：水的比熱容大。傳熱性能好，所以使換熱設(shè)備較為緊湊。水溫一般也較穩(wěn)定，從而可使熱泵運(yùn)行性能良好。缺點(diǎn)：必須靠近水源，或設(shè)有一定的蓄水裝置。對(duì)水質(zhì)有一定的要求，輸送管路和換熱器的選擇必先經(jīng)過(guò)水質(zhì)分析。防止可能出現(xiàn)的腐蝕。1.地表水用地表水作為熱泵熱源的兩種方式:

用泵將水抽送至熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器換熱之后返回水源。在地表水水體中設(shè)置換熱盤管，用管道與熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器連接成回路，換熱盤管中的媒介水在水泵的驅(qū)動(dòng)下循環(huán)經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器。2.地下水

地下水位于較深的地層中，因隔熱和蓄熱作用，其水溫隨季節(jié)氣溫的變化較小，特別是深井水的水溫常年基本不變，對(duì)熱泵運(yùn)行十分有利。大量使用深井水導(dǎo)致地面下沉，且逐步造成水源枯竭。因此，如以深井為熱源可采用“深井回灌”的方法，并采用“夏灌冬用”和“冬灌夏用”的措施。討論：如果回灌解決不了，如何處理？3.生活廢水生活廢水是指洗衣房、浴池、旅館等的廢水，溫度較高，是可利用的低位熱源。存在問(wèn)題:如何貯存足夠的水量以應(yīng)付熱負(fù)荷的波動(dòng)，以及如何保持換熱器表面的清潔和防止水對(duì)設(shè)備的腐蝕。返回本節(jié)4.工業(yè)廢水工業(yè)廢水形式頗多，數(shù)量大、溫度高，有的可直接再利用。1.3.3土壤地表淺層土壤相當(dāng)于一個(gè)巨大的集熱器，土壤熱源是人類可利用的可再生能源，是熱泵的一種良好的低位熱源。優(yōu)點(diǎn)：溫度穩(wěn)定，不需通過(guò)采用風(fēng)機(jī)或水泵采熱，無(wú)噪聲、也無(wú)除霜要求。1.3.3土壤缺點(diǎn)：熱導(dǎo)率小，地下盤管換熱器的傳熱系數(shù)小，需要較大的傳熱面積，因此地下盤管換熱器比較大導(dǎo)致占地面積大；地下盤管換熱器在土壤中埋得較深，土壤中埋設(shè)管道成本較高，運(yùn)行中發(fā)生故障不易檢修；用鹽水或乙二醇水溶液作中間載熱介質(zhì)時(shí)，增大了熱泵工質(zhì)與土壤之間的傳熱溫差和管內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)阻力，影響熱泵循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。不同深度土壤溫度曲線返回本節(jié)1.3.4太陽(yáng)能返回本節(jié)太陽(yáng)輻射穿過(guò)地球外圍的大氣層到達(dá)地表，地表接受到的輻射能量已大為減少，且受日、地距離和太陽(yáng)方位角和高度角的影響，使早、晚和不同季節(jié)有很大差別。太陽(yáng)能的集熱和利用比其它幾種熱源來(lái)得復(fù)雜，設(shè)備投資也較高。太陽(yáng)能作為熱泵熱源的應(yīng)用實(shí)際上是指熱泵與太陽(yáng)能供熱的聯(lián)合運(yùn)行。低溫?zé)嵩吹倪x擇低位熱源要有足夠的數(shù)量和較高品位。應(yīng)該沒(méi)有任何附加費(fèi)用或有及少的附加費(fèi)用。輸送熱量的載熱(冷)劑的動(dòng)力消耗要盡可能的小，以減少輸送費(fèi)用和提高系統(tǒng)的總制熱性能系數(shù).熱泵熱源的載熱(冷)劑對(duì)熱泵所用的蒸發(fā)器的金屬材料及管路應(yīng)無(wú)腐蝕或盡量弱的腐蝕作用。熱源溫度和供熱的的時(shí)間特性應(yīng)盡量一致.熱源的載熱劑應(yīng)盡量潔凈、無(wú)雜質(zhì)。應(yīng)該便于把熱源與批量生產(chǎn)的系列化的熱泵產(chǎn)品接通。

熱泵低溫?zé)嵩磻?yīng)研究和探討的問(wèn)題決定熱泵經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的熱源的蓄熱問(wèn)題。低溫?zé)嵩磁c輔助熱源的匹配問(wèn)題?？諝庠礋岜么嬖诘墓逃袉?wèn)題。

1.4熱泵的驅(qū)動(dòng)能源和驅(qū)動(dòng)裝置1.4.1熱泵的驅(qū)動(dòng)能源和能源利用系數(shù)1.4.2熱泵的驅(qū)動(dòng)裝置返回首頁(yè)1.4.1熱泵的驅(qū)動(dòng)能源和能源利用系數(shù)熱泵的驅(qū)動(dòng)能源熱泵利用的低位熱源所提供的熱量，品位較低，不能直接用來(lái)供熱或其他民用、工業(yè)使用，要提升熱品位，必需采用驅(qū)動(dòng)設(shè)備并利用必要的驅(qū)動(dòng)能源。熱泵的驅(qū)動(dòng)能源主要是電能，其次是液體燃料（汽油、柴油等），煤氣和天然氣等。能源利用系數(shù)能源利用系數(shù)E為供熱量與消耗初級(jí)能源之比返回本節(jié)返回本節(jié)1.4.2熱泵的驅(qū)動(dòng)裝置電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)蒸汽透平驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵空調(diào)產(chǎn)品中最常用的驅(qū)動(dòng)能源優(yōu)點(diǎn)電動(dòng)機(jī)制造技術(shù)成熟，運(yùn)行方便可靠?jī)r(jià)格低廉，維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單中大型電動(dòng)機(jī)效率高：93%（小型：60~80%）缺點(diǎn)一次能源利用率低：火力發(fā)電效率25~35%；配電90%電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流大，正常運(yùn)轉(zhuǎn)電流4~6倍，持續(xù)0.1~0.2s能量損失，影響其他設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)采用變速電機(jī)、按順序逐個(gè)啟動(dòng)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等燃料發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵空調(diào)產(chǎn)品中最用發(fā)展前途的驅(qū)動(dòng)能源優(yōu)點(diǎn)節(jié)能效果明顯，有比較高的能源利用系數(shù)。額定功率下可回收30~69%的熱量。燃料發(fā)電機(jī)的