熱泵技術及地熱利用

熱泵技術環(huán)境與市政工程學院劉雄參考文獻熱泵技術張旭．化學工業(yè)出版社．2007.02熱泵技術及其應用陳東．謝繼紅化學工業(yè)出版社．2006.03可再生能源利用與建筑節(jié)能王榮光．沈天行機械工業(yè)出版．2004.01

緒論

熱泵的起源及定義熱泵的作用熱泵的歷史熱泵的分類關于水泵和熱泵

高水位水水泵水低水位高溫熱源熱量熱泵熱量低溫熱源1。熱泵的起源和定義理論基礎:1824年提出的卡諾循環(huán)。。熱泵的定義能實現(xiàn)蒸發(fā)器和冷凝器功能轉的制冷機

以冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統(tǒng)2.熱泵的作用利用低溫可再生能源的有效手段之一解決暖通空調的能源與環(huán)境問題的有效措施之一可再生能源它是指那些隨著人類的大規(guī)模開發(fā)和長期利用，總的數(shù)量不會逐漸減少趨于枯竭，甚至可以不斷得以補充，即不斷“再生”的能量資源如：太陽能、地熱、風能、水能、海洋能、潮汐能等．國外研究情況國內研究情況熱泵在國內的應用用現(xiàn)狀3.熱泵的歷史熱泵的歷史理論基礎:1824年提出的卡諾循環(huán)環(huán)1852年：湯姆遜熱量倍倍增器（以空氣作作為工質）1912年瑞士蘇黎世安裝裝世界上第一臺水水源熱泵系統(tǒng)1973年世界范圍的能源源危機后，才受到到特別關注國外研究情況主要研究機構：國國際能源機構（IEA）1978年專門設立熱泵的的研究課題一直延續(xù)到現(xiàn)在共有14個國家參與課題研研究已完成25個子課題的研究目前仍有4個子課題在進行國內研究情況上世紀五十年代開開始研究，最早開開展成果研究的的單位是——天津大學熱能研究究所；1980年以后受到人們的的重視，很多單位位也開展研究，我我校是其中之一；；1990年以后得到大規(guī)模模應用。最廣泛應應用的是空氣源熱熱泵；2000年973項目—《高效節(jié)能的關鍵科科學問題》子課題資助了對空空氣源熱泵的研究究。熱泵在國內的應用用現(xiàn)狀目前主要以空氣源源熱泵空調器和中中小型的商用空氣氣源熱泵機組為為主據(jù)國家統(tǒng)計局2000年統(tǒng)計：在所有空空調機組中，空氣氣源熱泵的占有率率為48%；所耗電量占2000年全國總發(fā)電量的的8.64%；地源熱泵、水源熱熱泵日益受到重視視．４．熱泵的分類（１）按驅動能源源種類分類：１１））電動機驅動熱泵泵2）柴油機驅動熱泵泵3）汽油機驅動熱泵泵4）燃氣機驅動熱泵泵5）蒸氣透平驅動熱熱泵6）熱能驅動的熱泵泵：吸收式熱泵（２）按工作原理理分類１）蒸氣壓縮式最最普遍，廣為應應用的一種形式。。往復式壓縮機、螺桿式壓縮機、、渦旋式壓縮機、、離心式壓縮機２）氣體壓縮式熱熱泵工工質始終以氣態(tài)進進行循環(huán)而不發(fā)生生相變．如飛機中中的空氣壓縮循環(huán)環(huán)3）吸收式分為為兩類：第第一類熱熱泵：其供熱溫度度低于驅動熱源第第二類熱泵：：其供熱溫度高于于驅動熱源4）熱電式5）化學熱泵（３）按低溫熱源源種類分類空氣源熱泵水源熱泵：地表水（河水、湖水、污污水、海水等）、地下水土壤源熱泵太陽能熱泵（４）按供熱溫度度分類低溫熱泵供熱溫溫度＜100℃高溫熱泵供熱溫溫度＞100℃（５）按熱源與供供熱介質的組組合方式分類空氣－空氣熱泵空空氣為熱源空氣－水熱泵空空氣為熱源水－空氣熱泵水水為熱源水－水熱泵水水為熱源土壤－水熱泵土土壤為熱源土壤－空氣熱泵土土壤為熱源最最后兩兩種方式也稱為：：大地耦合式熱泵泵（６）按熱泵機組安裝形形式分類單元式熱泵機組分體式熱泵機組現(xiàn)場安裝式熱泵機機組第２章熱泵的驅驅動能源及性能指指標2.1熱泵的熱源１１．對熱源的要要求：①①供熱工況時時，熱源溫度應盡盡可能高②②熱源應盡盡可能提供必要的的熱量，避免采用用附加裝置③③風機、水泵等等輔助設備的能耗耗應盡可能小④對對換熱器應無腐蝕蝕，盡可能不產生生污染和結垢２．設計中應注意意問題：①熱泵低溫熱源與輔輔助熱源的匹配當當沒有足夠蓄熱熱時，高峰負荷可可采用輔助熱源②熱源多元化當當有多多種熱源可供利用用時，應合理組合合③蓄熱問題太太陽能能、空氣、水作為為熱源，其溫度具具有周期，或間斷斷性，應考驗蓄熱熱．2.1.1自然能源1.空氣2.1.1自然能源1.空氣優(yōu)優(yōu)點：使使用方便，隨時隨隨地可以利用，是是目前熱泵裝置的的主要熱源缺缺點：空氣溫度、、濕度隨地域和季季節(jié)、晝夜有很大大變化，對熱泵的的設計和運行有重重要影響．具具體表現(xiàn)：①①隨隨著空氣溫度下降降，熱泵的效率降降低使空氣源源熱泵的使用范圍圍受到限制１.空氣②隨著空氣溫度的變變化，使熱泵的供供熱量與建筑所需需熱負荷相矛盾③③結霜２．水河水、湖水、污水、海海水（地表水）地下水2.1.1自然能源２．水河水、湖水—取水點、取水系統(tǒng)統(tǒng)海水---取水點、取水系統(tǒng)統(tǒng)及換熱器的防腐腐污水---水量、取水系統(tǒng)及及換熱器的防腐.3.土壤土土壤源熱熱泵：是一種利用用地下淺層土壤中中冷熱量的空調系系統(tǒng)．地表下5-400m土壤作為低溫熱源源的優(yōu)點：①①一年年中土壤溫度波動動小且相對穩(wěn)定，，冬季土壤溫度高高于地面空氣②②埋地熱交換器器不需要除霜③③土土壤具有較好的蓄蓄熱性能，冬季從從土壤中取出的熱熱量可在夏季得到到補償．④土壤對地面空氣溫溫度波動有衰減和和延遲作用，故可可以提供較低的冷冷凝溫度和較高的的蒸發(fā)溫度⑤⑤埋地熱交換器不不占用地面用地缺缺點：：①①埋地熱交交換器受土壤性質質影響較大②②連續(xù)運行時，，冷凝溫度或蒸發(fā)發(fā)溫度受土壤溫度度變化影響而發(fā)生生波動③③土壤熱熱導率較小，換熱熱量?。F(xiàn)在的共識：在目目前和將來土壤源源熱泵是最有前途途的節(jié)能裝置和系系統(tǒng)之一4.太陽能太陽能利用技術與與熱泵技術的結合合有兩大類１.太陽能驅動熱泵（（solarpoweredheatpump,SPHP)2.太陽能輔助熱泵(solarassistedoraidedheatpump,SAHP)太陽能驅動熱泵：：分為兩類①太陽能光電或熱電電驅動的壓縮式熱熱泵②太陽輻射熱直接接驅動的吸收式熱熱泵、吸附式熱泵泵、噴射式熱泵和和化學熱泵特點：多數(shù)以制冷冷空調為主要目的的，對太陽能集熱熱溫度要求較高，，普遍存在體積大大，成本高，效率率低等問題，較難難實現(xiàn)小型化和商商業(yè)化發(fā)展太陽能輔助熱泵特點：多數(shù)以供熱熱為主，對太陽能能集熱溫度要求不不高，系統(tǒng)形式多多樣，有合理的經經濟技術性能，較較好的商業(yè)實用化化前景．分為兩類：①①直膨膨式②②非直膨式式太陽能輔助熱泵2.1.2熱泵排熱熱源１．建筑物內部熱熱源利利用熱熱泵回收建筑物內內余熱典典型系統(tǒng)：：水環(huán)熱泵－－也也稱為水源熱泵式式冷熱風機組它主要用在有內區(qū)區(qū)和周邊區(qū)的建筑筑物：內區(qū)區(qū)－－供冷周周邊區(qū)－－－供熱內內區(qū)制制冷所排出的熱量量用于周邊區(qū)供熱熱，當冷熱負荷不不匹配時通過鍋爐爐或冷卻塔補充．．水環(huán)熱熱泵．特點：：一般般僅在在建筑筑物有有余熱熱，系系統(tǒng)按按供熱熱工況況運行行時，，才具具有節(jié)節(jié)能的的意義義．應用：：我我國國夏熱熱冬暖暖地區(qū)區(qū)（如如廣州州，福福州等等）不不適宜宜采用用該技技術，，而而北北方和和長江江流域域地區(qū)區(qū)（如如北京京，哈哈爾濱濱，上上海，，重慶慶等城城市））適宜宜采用用該技技術．．２．生生活廢廢水特點：：經污污水處處理場場處理理后的的二次次水全全年水水溫一一般在在10-23℃(污水處處理工工藝的的要求求）是是熱泵泵理想想的冷冷熱源源也可直直接利利用原原生污污水作作為熱熱泵的的熱源源原原生生污水水－即即未經經處理理的污污水2.2熱泵性性能評評價指指標１．熱熱泵性性能系系數(shù)（（coefficientofperformance,cop)它是指指熱泵泵收益益（供供冷量量或制制熱量量）與與付出出代價價（所所消耗耗的機機械功功或熱熱能））的比比值同一類類型的的熱泵泵，通通常用用標準準工況況（或或額定定工況況）的的性能能系數(shù)數(shù)來衡衡量不不同熱熱泵的的性能能（１））蒸氣氣壓縮縮式熱熱泵制熱系系數(shù)．能效比比(energyefficiencyratio,EER)它是指指熱泵泵供熱熱量與與電動動機輸輸入功功率的的比值值在我國國，實實際使使用中中認為為COP中的輸輸入功功率是是軸功功（２））吸收收式熱熱泵性能指指標常常用熱熱力系系數(shù)表表示：：熱熱力力系數(shù)數(shù)是指指吸收收式熱熱泵的的制熱熱量與與輸入入熱量量之比比２．熱熱泵的的制熱熱季節(jié)節(jié)性能能系數(shù)數(shù)Heatingseasonalperformancefacter,HSPF)供熱季季節(jié)熱熱泵的的總供供熱量量與整整個供供熱季季節(jié)總總輸入入能量量之比比它與熱熱泵本本身的的設計計和制制造有有關，，還與與熱源源，供供熱負負荷系系數(shù)，，熱泵泵的運運行特特性有有關供熱負負荷系系數(shù)：：是指指供熱熱設計計負荷荷與熱熱泵提提供熱熱量之之比3.熱泵能能源利利用系系數(shù)(Ｅ)它是指指供熱熱量與與熱泵泵運行行時消消耗的的一次次能源源的總總量之之比可用于于評價價不同同種類類熱泵泵的性性能不同供暖方方式的Ｅ值值電電采采暖0.3鍋爐采暖0.7(電動)熱泵0.9燃氣輪機供供熱（三聯(lián)聯(lián)供）1.45４．熱泵的的（火用））效率它是指收益益（火用））與熱泵泵的消耗（（火用用）之比比（（火火用）的的定義：在在除環(huán)境外外無其它熱熱源的條件件下，當系系統(tǒng)由任意意狀態(tài)可逆逆地變化到到與給定的的環(huán)境相平平衡的狀態(tài)態(tài)時，能夠夠最大限度度地轉換為為有用功的的那部分能能量與與環(huán)環(huán)境相平衡衡：熱熱平衡衡，機械平平衡，化學學平衡．也是評價不不同種類熱熱泵性能的的指標第３章水水源熱泵第一節(jié)分分類①①水環(huán)環(huán)熱泵系統(tǒng)統(tǒng)（waterloopheatpump))主要用于同同有供冷和和供熱需求求的建筑物物②地下水源源熱泵空調調系統(tǒng)③地表水熱熱泵空調系系統(tǒng)具體類型1）水－空氣氣熱泵機組組－－－主要要用在水環(huán)環(huán)熱泵空調調系統(tǒng)具體類型2）水－水熱熱泵機組－－－早早在20世紀30年代就已問問世主要特點：：一一機機兩用（供供冷和供熱熱）一一機三用（（供冷、供熱和生活活熱水）小小型型機組設四四通閥，實實現(xiàn)制冷、制熱工況的的轉換－－－大大型的閉式式環(huán)路水－－水熱泵機機組無四通通閥，通過過水系統(tǒng)實實現(xiàn)制冷、制熱工況的的轉換采用水--水式熱泵機機組的典型地下下水源熱泵泵系統(tǒng)第一節(jié)地地下水源源熱泵系統(tǒng)統(tǒng)將地下汲出出，利用其其冷熱量后后，再回灌灌到地下受地下水使使用政策的的影響較大大（一）地下下水源熱泵泵系統(tǒng)分類類異井回灌地地下水源熱熱泵（閉式式系統(tǒng)）異井回灌地地下水源熱熱泵（開式式系統(tǒng)）同井回灌地地下水源熱熱泵熱源井井（二）地下下水源熱泵泵系統(tǒng)應注注意問題（1）應等量回回灌回回灌灌的目的：：1）保護地下下水源，避避免出現(xiàn)地地質災害2）改善和提提高淺層地地能（熱））的利用率率3）回灌保持持含水層內內的壓力，，維持淺層層地能（熱熱）開采條條件地下水源熱熱泵系統(tǒng)應應注意問題題回灌方式：：1）重力回灌灌又又稱無壓自自流回灌依依靠自自然重力進進行回灌，，即：依靠靠井中回灌灌水位和靜靜水位之差差優(yōu)優(yōu)點點：系統(tǒng)簡簡單適適用于低水水位和滲透透性良好的的含水層我我國國大量采用用地下水源熱熱泵系統(tǒng)應應注意問題題2）壓力回灌灌依依靠水水泵增加后后進行回灌灌優(yōu)點：①①有利于避避免回灌的的堵塞②②維持穩(wěn)穩(wěn)定的回灌灌速率和系系統(tǒng)壓力③③避避免外界界空氣侵入入，而引起起地下氣氧氧化缺點：回灌灌時，對井井的過濾層層和含砂層層的沖擊大大適用于高水水位和低滲滲透性的含含水層和承承壓含水層層地下水源熱熱泵系統(tǒng)應應注意問題題（2）盡量避免免在中細砂砂區(qū)域設立立項目地下水源熱熱泵系統(tǒng)應應注意問題題（3）應采用“小流量、大大溫差”系統(tǒng)運行方方式（4）回灌井要要定期回揚揚，一般運運行15天左右，回回揚10～20分鐘（5）避免熱貫貫通第二節(jié)地地表水源熱熱泵系統(tǒng)（一）分類類1）開式系統(tǒng)統(tǒng)有有取水口口分分為為：間接式式系統(tǒng)；直直接式系統(tǒng)統(tǒng)2）閉式系統(tǒng)統(tǒng)換換熱盤管直直接放入水水體中分分為為：松散捆捆卷盤管；；伸展開盤盤管（或slinky盤管）開式系統(tǒng)、、閉式系統(tǒng)統(tǒng)原理圖開式系統(tǒng)開式系統(tǒng)取取水方案開式系統(tǒng)取取水方案開式系統(tǒng)取取水方案開式系統(tǒng)取取水方案閉式系統(tǒng)形形式--松散捆卷盤盤管閉式系統(tǒng)形形式--伸展開盤管管（或slinky盤管）閉式系統(tǒng)特特點：1）循環(huán)介質質清潔，可可避免系統(tǒng)統(tǒng)內堵塞2）循環(huán)水泵泵功率比開開式系統(tǒng)小小3）存在傳熱熱溫差，系系統(tǒng)性能系系數(shù)比開式式系統(tǒng)略有有下降二、地表水水源熱泵系系統(tǒng)運行特特點1）冬季受地地表水溫度度的影響較較大2）地表水相相對于地下下水和土壤壤，是一種種更容易獲獲取的低位位能源。開式系統(tǒng)的的投資是地地源熱泵系系統(tǒng)中最低低的；閉式系統(tǒng)也也比土壤源源熱泵系統(tǒng)統(tǒng)低3）根據(jù)地表表水質的不不同，要有有合理的水水處理方式式其應用取決決于水源的的面積，深深度，水質質，水溫三、海水源源熱泵系統(tǒng)統(tǒng)1）海水溫度度分布特點點①①在一定深深度溫度隨隨季節(jié)變化化②②700米以下，溫溫度基本不不變，6～7℃2）系統(tǒng)形式式①①海水源熱熱泵系統(tǒng)(sea-watersourceheatpump;SWHP)---用于區(qū)域供供熱供冷②②深水冷源源系統(tǒng)(Deepwatersourcecooling;DWSC)---利用自然冷冷源，區(qū)域域供冷深水冷源系系統(tǒng)(Deepwatersourcecooling;DWSC)SWHP與DWSC的聯(lián)合運行行四、污水源源熱泵北歐和日本本發(fā)展較早早（1）污水源熱熱泵形式直接式（或或稱為開式式）－－－熱泵泵蒸發(fā)器直直接從污水水中取熱量量間接式（或或稱為閉式式）－－－設設有中間換換熱器中間介質從從污水中取取熱量，熱泵蒸發(fā)器器再從中間間介質中取取熱量直接式系統(tǒng)統(tǒng)（或稱為為開式系統(tǒng)統(tǒng)）間接式（或或稱為閉式式）。第三節(jié)水水環(huán)熱泵空空調系統(tǒng)一、概概述水環(huán)熱泵空空調系統(tǒng)是是指水/空氣熱泵機機組的一種種應用方式式用水環(huán)路將將小型的水水/空氣熱泵機機組并聯(lián)在在一起構成一個以以回收建筑筑內部余熱熱為主要特特征的空調調系統(tǒng)1955年獲美國專專利，也稱稱加利福尼尼亞系統(tǒng)二、系統(tǒng)組組成二、系統(tǒng)組組成1.組成四四大部部份：室室內水水源熱泵機機組（水／／空氣熱泵泵機組）水水循環(huán)環(huán)環(huán)路輔輔助系統(tǒng)（（冷卻塔，，加熱設備備，蓄熱裝裝置）新風風與排風系系統(tǒng)－－常常采用獨立立新風系統(tǒng)統(tǒng)２．運行特特點：２．運行特特點：①夏季－制冷工況況－冷卻塔全部部運行－水溫維維持在35℃以下②②大部部分機組制冷－－冷卻塔部份運運行③內內區(qū)，周邊區(qū)冷冷熱負荷比例適適當時－冷卻塔塔和輔助加熱器器停止運行－水水溫維持在13～32℃之間－蓄熱蓄存存多余熱量④④大部分分機組制熱－水水溫下降至13℃－部分輔助加熱熱器運行⑤⑤冬季－－制熱工況－輔輔助加熱器全部部運行－水溫不不低于13℃３．水環(huán)熱泵空空調系統(tǒng)特點①可回收建筑物內內余熱②②靈活具具體體現(xiàn)：用用戶側室內內水／空氣熱泵泵機組獨立運行行，工況自由選選擇安安裝靈靈活－可分期安安裝系系統(tǒng)布置方便，，緊湊運運行管理方便便－可分戶計量量收費，調節(jié)靈靈活．③設計簡單，周期期短④雙管系統(tǒng)可同同時供冷和供熱熱⑤室內小型水／／空氣熱泵的性性能不如大型冷冷水機組⑥室內噪聲一般般高于風機盤管管機組三．水源熱泵空空調系統(tǒng)設計要要點：１．建筑物供暖暖和供冷負荷其其計計算方法與中央央空調系統(tǒng)一樣樣２．機組的選擇擇和布置室室內水水源熱泵機組形形式：水水平式，立立式，坐地明裝裝式，立柱式，，屋頂式等①水平式可安安裝在吊頂內，，減少空調設備備的占用面積②立式機房面積積小，有１平方方米左右即可，，常放在儲藏間間③坐地明裝式適適用于周邊區(qū)區(qū)，通常安裝在在窗臺下或走廊廊處④立柱式機組適適用于墻角角處安裝．３．機組風道的的設計一一般用低壓小小風管風風速一般般為2-3m/s每100m的損失約為67pa在風管上應采取取消聲措施為為了防止結結露，送風管應應進行保溫處理理.４．水循環(huán)管路路(1)循環(huán)水溫度夏季，機組全部處于于制冷工況，，水溫超過35℃,就需進行冷卻冬季，水溫低于13℃時，輔助熱源投投入運行當當機組供供熱量較富余時時，可適當降低低水溫，可保持持在10℃以上低低溫型水源源熱泵，其循環(huán)環(huán)水溫可降至10℃．（２）循環(huán)環(huán)路路的管材焊接鋼管，銅管管，ＰＶＣ管（（聚氯乙烯管）），ＣＰＶＣ管管（氯化聚氯乙乙烯管）使用塑料管時，，應注意的幾點點：①應符合規(guī)范要要求②水溫﹥49℃,易變形③要求有特殊的的支撐，設較多多的支吊架．④在高層建筑中，，應注意其承壓壓能力限制⑤除靠近水泵，，冷卻塔，輔助助鍋爐附近以外外，DN200以下的管道應盡盡量選用塑料管管（３）管路的布布置型式同程式或異程式式水循環(huán)管路的造造價占水環(huán)熱泵泵空調系統(tǒng)總造造價的25﹪～35﹪.．（４）定壓膨脹水箱定壓氣體定壓補給水泵定壓四、水環(huán)熱泵泵空調系統(tǒng)的問問題與對策（1）合理選擇應用用場所1）一般僅在建筑筑物有余熱，系系統(tǒng)按供熱工況況運行時，才具具有節(jié)能的意義義2）我國夏熱冬暖暖地區(qū)（如廣州州，福州等）不不適宜采用該技技術，而而北方和和長江流域地區(qū)區(qū)（如北京，哈哈爾濱，上海，，重慶等城市））適宜采用該技技術．四、水環(huán)熱泵空調系系統(tǒng)的問題與對對策在冬季，太陽能能熱水系統(tǒng)作為為水環(huán)熱泵系統(tǒng)統(tǒng)的熱源，不足足部分由輔助加加熱器補充特點：①太陽能熱水系統(tǒng)統(tǒng)與水環(huán)熱泵系系統(tǒng)彼此獨立，，組成閉式系統(tǒng)統(tǒng)②輔助加熱器補充充熱量的不足③通過調節(jié)閥控制制環(huán)路水溫在要要求范圍四、水環(huán)熱泵泵空調系統(tǒng)的問問題與對策2）開式太陽能水水環(huán)熱泵系統(tǒng)四、水環(huán)熱泵泵空調系統(tǒng)的問問題與對策（2）選擇合理的系系統(tǒng)形式和外部部低溫熱源1）閉式太陽能水水環(huán)熱泵系統(tǒng)四、水環(huán)熱泵泵空調系統(tǒng)的問問題與對策開式太陽能水環(huán)環(huán)熱泵系統(tǒng)的特特點：①以建筑物的消防防水池作為蓄熱熱水池，由太陽陽能集熱系統(tǒng)、、水環(huán)熱泵系統(tǒng)統(tǒng)和熱水供應系系統(tǒng)組成，也有有輔助加熱器②夏季：太太陽能能集熱系統(tǒng)提供供生活熱水負荷荷③冬季：太太陽能集集熱系統(tǒng)即提供供生活熱水負荷荷，也為水環(huán)熱熱泵系統(tǒng)提供熱熱量，不足部分分由輔助加熱器器補充開式太陽能水環(huán)環(huán)熱泵系統(tǒng)的工工作流程?。┊敪h(huán)路水溫高高于35℃時電電動動閥①、②、③③關閉，電動閥閥④、⑤開開啟水水環(huán)熱泵系統(tǒng)統(tǒng)與消防水池隔隔開，形成閉式式循環(huán)，冷卻塔塔4投入運行太太陽能作為生活活熱水系統(tǒng)的熱熱源開式太陽能水環(huán)環(huán)熱泵系統(tǒng)的工工作流程ⅱ)當環(huán)路水溫在15～35℃之間時電電動閥①、、②、④關閉閉，電動閥③、、⑤開開啟水水環(huán)熱泵系系統(tǒng)與消防水池池隔開，形成閉閉式循環(huán)，冷卻卻塔4停止運行太太陽能作為生活活熱水系統(tǒng)的熱熱源開式太陽能水環(huán)環(huán)熱泵系統(tǒng)的工工作流程ⅲ)當環(huán)路水溫低于于15℃時電電動動閥①、②、③③開啟，電動閥閥④、⑤關閉水水環(huán)熱泵系統(tǒng)與與消防水池連通通，形成開式循循環(huán)，冷卻塔4停止運行水水環(huán)熱泵系系統(tǒng)從消防水池池吸取熱量如如有多余余熱量，可提供供給生活熱水系系統(tǒng)四、水環(huán)熱泵泵空調系統(tǒng)的問問題與對策3）井水源熱泵空空調系統(tǒng)（閉式式）3）井水源熱泵空空調系統(tǒng)（閉式式）深井水—水溫常年保持不不變，一般比當當?shù)啬昶骄鶜鉁販馗?～1.5℃.我國各地區(qū)的深深井水水溫：東東北：北部地地區(qū)—約為4℃中部地區(qū)—約為8～12℃南部地區(qū)—約為12～14℃華北地區(qū)—約為15～19℃華東地區(qū)—約為19～20℃西北地區(qū)—約為18～20℃井水源熱泵空調調系統(tǒng)（開式））4）土壤源水環(huán)熱熱泵空調系統(tǒng)5）雙級耦合水環(huán)環(huán)熱泵空調系統(tǒng)統(tǒng)5）雙級耦合水環(huán)環(huán)熱泵空調系統(tǒng)統(tǒng)特點：用空氣/水熱泵機組取代代了傳統(tǒng)水環(huán)熱熱泵系統(tǒng)的加熱熱裝置。冬季：若水環(huán)路路水溫低于13℃,空氣/水熱泵機組投入入運行，從室外外空氣中吸收熱熱量，制備10～20℃循環(huán)水。供給水水環(huán)路。夏季：空氣/水熱泵機組停止止運行，冷凝熱熱量通過冷卻塔塔排入大氣過渡季節(jié)：若水水環(huán)路水溫在13～35℃,空氣/水熱泵機組停止止運行6）水環(huán)熱泵混合合式系統(tǒng)1-水/空氣熱泵機組2-離心式冷水機組組3-循環(huán)水泵4-水加熱設備，5-冷卻塔6-風機盤管水系統(tǒng)統(tǒng)循環(huán)水泵7-風機盤管第九章吸收式式熱泵第一節(jié)分類1）按工作介質分分氨吸收式熱泵溴溴化鋰吸收收式熱泵2）按循環(huán)方式分分單效吸收式熱泵泵雙雙效吸收式式熱泵再再吸吸收式熱泵第一節(jié)分類3）按工作特性分分第一類吸收式熱熱泵第第二類吸收式熱熱泵第一類吸收式熱熱泵（AHP,AbsorptionHeatPump）消耗高溫熱能－－－回收低溫熱熱能－－供給中中溫熱能增熱型熱泵第一節(jié)分類第二類吸收式熱熱泵（AHT,AbsorptionHeatTransformer）消耗中溫熱能－－－供給用戶一一部份高溫熱能能－－另一部份份排入環(huán)境工業(yè)增溫機（ITB），也稱升溫型型熱泵第二節(jié)第一種種吸收式熱泵第一種吸收式熱熱泵工作過程1）發(fā)生器處于高壓高壓蒸汽（或高高溫水）進入加熱稀溶液液稀溶液釋放出水水蒸汽被濃縮2）冷凝器處于高壓來自發(fā)生器的水水蒸汽被冷凝釋放出冷凝熱生產熱水（水溫溫50～90℃）第一種吸收式熱熱泵工作過程3）蒸發(fā)器處于低壓來自冷凝器的冷冷凝水被低溫余熱（水溫溫15～40℃）加熱，吸熱后，，汽化成低壓水水蒸汽4）吸收器處于低壓來自蒸發(fā)器的低低壓水蒸汽，被被濃溶液吸收濃溶液變稀溶液液同時釋放出吸收收熱，對水溫為20～50℃的熱水進行第一次加熱熱水第二節(jié)第一種種吸收式熱泵第二節(jié)第一種種吸收式熱泵性能系數(shù)－－－－1.5～1.7可利用15～40℃的廢熱，將20～50℃熱水加熱成50～90℃.第二節(jié)第一種種吸收式熱泵的的應用第三節(jié)第二種種吸收式熱泵第二種吸收式熱熱泵的工作過程程1）發(fā)生器處于低壓中壓蒸汽（或中中溫水60～100℃）進入加熱稀溶液液稀溶液釋放出水水蒸汽被濃縮2）冷凝器處于低壓來自發(fā)生器的水水蒸汽被冷卻水（水溫10～40℃）冷凝成水冷卻水的熱量釋放到環(huán)境境中第二種吸收式熱熱泵的工作過程程3）蒸發(fā)器處于高壓來自冷凝器的冷冷凝水被中溫余熱（水溫溫60～100℃）加熱，吸熱后，，汽化成高壓水蒸汽4）吸收器處于高壓來自蒸發(fā)器的水水蒸汽，被濃溶溶液吸收濃溶液變稀溶液液同時釋放出吸收熱，生產出溫度為100～150℃的熱水或蒸汽第三節(jié)第二種種吸收式熱泵第四節(jié)單效吸吸收式熱泵循環(huán)環(huán)1）單效第一種吸吸收式熱泵2）單效第二種吸吸收式熱泵第五節(jié)雙效吸吸收式熱泵循環(huán)環(huán)單效吸收式制冷冷機－－單效吸吸收式熱泵存在的缺陷：無無法使用高溫熱熱源雙效吸收式制冷冷機（COP=1.3）－－－－雙效吸收式熱熱泵（COP=2.3），但水溫只能能達45℃雙效吸收式制冷冷機雙效吸收式制冷冷機雙效吸收式熱泵泵循環(huán)第４章空氣源源熱泵.４．１技術特特性１．機組的特點點①①它使空調系系統(tǒng)的冷熱源合合一，室外機可可置于建筑物屋屋面，不需另設設專門的冷凍機機房、鍋爐房－－－特別適應城城市繁華地段或或無條件設鍋爐爐房的建筑②系統(tǒng)安全，衛(wèi)衛(wèi)生，簡潔安安全－－無鍋鍋爐房，故沒有有安全隱患．衛(wèi)生－－無煙氣氣，冷卻水系統(tǒng)統(tǒng)等污染源③系統(tǒng)設備少而而集中，操作，，維護管理方便便④規(guī)格格齊全全，工工程適適應性性強單單機機容量量從3RTＧ至400RTＲＴ—美國冷冷噸１１ＲＲＴ等等于3517W.缺點：：①①空空氣的的比熱熱容小小，為為了獲獲得足足夠熱熱量和和滿足足蒸發(fā)發(fā)器傳傳熱溫溫差要要求，，需要要較大大的空空氣量量②室室外空空氣狀狀態(tài)參參數(shù)隨隨地區(qū)區(qū)和季季節(jié)的的不同同而有有很大大的變變化，，對熱熱泵的的容量量和制制冷制制熱性性能影影響很很大．．單級級蒸氣氣壓縮縮式熱熱泵在在-20～-15℃運行時時，其其供熱熱量可可能不不到額額定工工況下下的50﹪﹪③③結霜２．低低溫適適應性性冬季在在寒冷冷地區(qū)區(qū)使用用時，，隨著著室外外空氣氣溫度度下降降－－－壓縮縮機的的壓縮縮比增增大，，性能能降低低，排排氣溫溫度上上升，，使?jié)櫇櫥陀偷酿ゐざ燃奔眲∠孪陆?，，影響響壓縮縮機的的潤滑滑，導導致機機組無無法正正常運運行,通常，，空氣氣源宜宜用在在室外外氣溫溫高于于-5℃℃的情況況。單單級蒸蒸氣壓壓縮式式熱泵泵雖然然在-20℃～-15℃仍能運運行，，但供供熱量量可能能不到到額定定工況況下的的50﹪﹪.開發(fā)適適應于于寒冷冷地區(qū)區(qū)的空空氣源源熱泵泵冷熱熱水機機組是是熱點點之一一我國建建筑熱熱工設設計分分區(qū)嚴寒地地區(qū)：：最冷冷月平平均溫溫度≤≤-10℃,且日平平均溫溫度≤≤5℃的天數(shù)數(shù)≥145d寒冷地地區(qū)：：最冷冷月平平均溫溫度0～-10℃℃,且日平平均溫溫度≤≤5℃的天數(shù)數(shù)為90～145d夏熱冬冬冷地地區(qū)：：最冷冷月平平均溫溫度0～10℃℃,最熱月月平均均溫度度25～30℃℃,且日平平均溫溫度≤≤5℃的天數(shù)數(shù)為0～90d，日平平均溫溫度≥≥25℃℃的天數(shù)數(shù)為40～110d.夏熱冬冬暖地地區(qū)：：最冷冷月平平均溫溫度＞10℃℃,最熱月月平均均溫度度25～29℃℃,且日平平均溫溫度≥≥25℃℃的天數(shù)數(shù)為100～200d溫和地地區(qū)：：最冷冷月平平均溫溫度0～13℃℃,最熱月月平均均溫度度18～25℃℃,且日平平均溫溫度≤5℃℃的天數(shù)數(shù)為0～90d3.加強低低溫適適應性性的措措施①增加低低溫工工況下下系統(tǒng)統(tǒng)的工工質循循環(huán)量量②②控制制機組組排氣氣溫度度③③優(yōu)化化機組組壓縮縮機內內部的的工作作過程程④④選選用適適用于于大范范圍工工作狀狀況的的制冷冷劑可能的的技術術方案案：①①利用用雙級級壓縮縮、復復疊循循環(huán)來來降低低壓縮縮比②②采用用變頻頻壓縮縮機在在制熱熱時加加大制制冷劑劑的循循環(huán)量量③③用電電加熱熱氣液液分離離器和和吸氣氣管路路4.冬季結結霜特特性結霜問問題是是影響響空氣氣源熱熱泵制制熱性性能和和廣泛泛推廣廣的重重要因因素結霜的的危害害：①①堵塞塞肋片片間通通道，，增加加空氣氣流動動阻力力②②增增加換換熱器器熱阻阻，使使換熱熱能力力③③蒸發(fā)發(fā)溫度度下降降，能能效比比降低低，熱熱泵運運行性性能惡惡化④④蒸發(fā)發(fā)溫度度下降降，可可能造造成回回液，，影響響機組組壽命命解決結結霜的的途征征1）設法法防止止室外外側換換熱器器結霜霜2）選擇擇良好好的除除霜方方法抑制結結霜的的主要要方法法1）在系系統(tǒng)中中增加加一個個輔助助的室室外換換熱器器；2）在系系統(tǒng)室室內換換熱器器中設設置一一個電電加熱熱器；；3）改進進系統(tǒng)統(tǒng)，提提出新新流程程；4）對室室外換換熱器器表面面處理理進行行特殊殊處理理5）適當當增大大室外外換熱熱器通通過空空氣的的流量量結霜的的機理理霜的形形成：：結結霜的的機理理很復復雜，，影響響結霜霜的因因素很很多，，但環(huán)環(huán)境的的溫濕濕度是是影響響結霜霜量的的重要要因素素之一一定期除除霜必必須進進行除霜既既消耗耗額外外的能能量，，也影影響室室內舒舒適度度，同同時還還造成成系統(tǒng)統(tǒng)運行行的不不穩(wěn)定定。發(fā)生結結霜的的氣候候區(qū)間間發(fā)生結結霜的的可能能室外外溫度度范圍圍：-12.8℃至5.8℃℃之間氣溫高高于5.8℃℃時，可可以不不考慮慮結霜霜對熱熱泵的的影響響氣溫低低于5.8℃℃，相對對濕度度小于于67﹪﹪時，由由于空空氣露露點溫溫度低低于室室外換換熱器器表面面溫度度，不不發(fā)生生結霜霜氣溫低低于-12.8℃時，由由于空空氣絕絕對含含濕量量太小小，也也不發(fā)發(fā)生結結霜4.2冬季除除霜控控制技技術1除霜方方法除除霜是是空氣氣源熱熱泵空空調機機組的的關鍵鍵技術術之一一目前除除霜的的主要要方法法：逆逆向向除霜霜熱熱氣氣除霜霜∕熱熱液旁旁通變頻空空調快快速除除霜蓄蓄熱變變頻空空調除除霜超超聲波波除霜霜1.1逆向除除霜.它是一一種傳傳統(tǒng)的的除霜霜方法法存在的的缺點點：①①除霜霜時間間長②②室內內風扇扇停止止運行行，室室內機機較長長時間間吹不不出熱熱風③③需需從室室內環(huán)環(huán)境取取熱，，室溫溫將降降低5～6℃④④由于制制熱時時室外外換熱熱器出出口制制冷劑劑可能能過冷冷到0℃以下，，換熱熱器下下部的的霜層層難以以除掉掉，造造成冰冰層堆堆積，，甚至至可能能燒壞壞室外外風扇扇電機機，損損壞扇扇葉1.2熱氣旁旁通除除霜．優(yōu)缺點點：①①除除霜時時不改改變系系統(tǒng)運運轉模模式四四通閥閥仍仍保持持制熱熱狀態(tài)態(tài)，節(jié)節(jié)流閥閥可不不關閉閉②②不不需要要從建建筑物物內部部吸取取熱量量供除除霜，，更加加節(jié)能能③③空空調環(huán)環(huán)境的的舒適適性不不會受受到太太大影影響④④缺點點是：：壓縮縮機吸吸氣可可能帶帶液，，通常常在吸吸氣管管路上上增加加一個個汽液液分離離器來來解決決此問問題.研究表表明：：該該方方法可可以大大大降降低除除霜功功耗，，縮短短除霜霜時間間。如采用用電子子膨脹脹閥節(jié)節(jié)流，，由于于除霜霜時它它可以以完全全關閉閉，節(jié)節(jié)能效效果更更好。。1.3變頻空空調快快速除除霜適用于于變頻頻空調調—可以實實現(xiàn)快快速除除霜—室內不不間斷斷供暖暖，除除霜時時電子子膨脹脹閥打打開.除霜時時:室外風風機停停止運運轉,電子膨膨脹閥閥打開開室室內風風機以以開停停方式式工作作一一部部份熱熱量供供給室室內，，使吹吹出的的風溫溫保持持在40℃℃優(yōu)點：除除霜時時間短（小于6min）室室溫下降少（（小于2℃）吹吹出風溫高（（40℃左右）1.4蓄熱除霜利用蓄熱材料收集集壓縮機機體散發(fā)發(fā)的熱量，除霜時時不改變運行模式式．工作過程：夏夏季制制冷夏夏季壓縮縮機散熱冬冬季制熱冬冬季除霜特點：可可有效降低除霜霜能耗，提高機組組的綜合性能除霜霜時不改變運行模模式室室溫波波動小2.除霜控制技術2.1除霜控制方案分類類：①直接判據(jù)--根據(jù)霜層厚度進行行除霜控制受受各種因素影響響，應用很少，很很多還停留在理論論階段②間接判據(jù)--利用的參數(shù)對除霜霜進行控制應應用較多2.2定時控制法這是早期空氣源熱熱泵除霜控制所采采用的一種方法特點：簡簡單且且可靠性高，但難難以適用不同的工工作環(huán)境和工作條條件，經常產生不不必要的除霜動作作。2.3時間-溫度（壓力）控制制法這是目前空氣源熱熱泵用得較為普遍遍的一種除霜控制制方法原理：設設定一一個蒸發(fā)溫度（壓壓力）或蒸發(fā)器盤盤管的溫度值及一一個距上次除霜的的時間間隔值，當當傳感器感受的溫溫度（壓力）及機機組制熱工作時間間都達到設定值時時，開始進行除霜霜，當盤管的溫度度或壓縮機回氣管管的溫度達到某一一值時，結束除霜霜．.盤管一般設定為12～15℃，回氣管可設定為為0℃特點：簡便易行，，成本也可以接受受；但由于換熱器器表面溫度不均勻勻，因此經常會造造成機組提前或推推遲進入融霜狀態(tài)態(tài)2.4最大平均供熱量控控制法它是以最大平均供供熱量作為衡量依依據(jù)的除霜控制方方法需要針對每種機型型根據(jù)實驗結果做做出相當復雜的曲曲線，實施較為困困難2.5最佳除霜時間控制制法除霜時間與除霜量量之間存在一定關關系，若確定一個個優(yōu)化除霜時間，，則可控制熱泵的的結霜量特點：可可自動動調節(jié)熱泵的運行行狀況，適應不同同的氣候條件，但但最佳除霜時間不不容易確定，也無無法適應天氣的迅迅速變化，可靠性性較差。2.6空氣壓差控制法這是利用直接判據(jù)據(jù)的典型方法通過測量蒸發(fā)器兩兩側的空氣壓差，，在壓差達到預定定值時開始除霜。?？煽啃院蜏蚀_性較較差，在蒸發(fā)器表表面有異物遮擋或或嚴重積灰時會出出現(xiàn)誤動作2.7霜層傳感器控制法法利用光電或電容器器直接檢測霜層情情況當霜層擋住光源或或改變介電常數(shù)時時，電路將此信號號變化作為開始除除霜的信號特點：存在準確性性問題，傳感器價價格偏高，難以推推廣應用2.8聲音振蕩器控制法法原理：通過檢測安安裝在蒸發(fā)器內的的聲音振蕩器的共共鳴頻率來測量霜霜層厚度，以控制制除霜動作可以較準確測量結結霜量，但造價較較高第二節(jié)改善空氣氣源熱泵低溫運行行特性的技術措施施第二節(jié)改善空氣氣源熱泵低溫運行行特性的技術措施施1）在低溫工況下，，加大壓縮機的容容量：方方法－－①①多機并并聯(lián)②②并聯(lián)技術③③變速電機第二節(jié)改善空氣氣源熱泵低溫運行行特性的技術措施施2）噴液旁通技術作作用：①冷冷卻吸氣，降低排排氣溫度；②②旁通部分液體來來補償?shù)蛪菏褂糜诼輻U壓縮機機和渦旋壓縮機制熱量可提高約15%第二節(jié)改善空氣氣源熱泵低溫運行行特性的技術措施施3）加大室外換熱器器的面積和風量－－－面積增加加，蒸發(fā)溫度提高高4）適用于低溫的熱熱泵循環(huán)低溫氣候對空氣源源熱泵運行的影響響（1）制冷劑吸氣比容容增大，機組吸氣氣量下降（（2）壓縮比增大，排排氣溫度上升（（3）由于壓縮比增大大，系統(tǒng)性能系數(shù)數(shù)下降①閃發(fā)器熱泵系統(tǒng)①閃發(fā)器熱泵系統(tǒng)②經濟器熱泵系統(tǒng)③帶中間冷卻的兩級級壓縮循環(huán)第五章水源熱泵泵空調系統(tǒng)第一節(jié)水源熱泵泵機組（一）分類1）水源熱泵（water-sourceheatpump）--沿用美國標準對對應中國國－－水環(huán)式－－－水環(huán)熱泵系統(tǒng)（（waterloopheatpump)－－低品位熱能主主要取自建筑物本本身的余熱（一）分類2）地下水源熱泵（（Groundwater-sourceheatpump）--沿用美國標準對應中國標準－－－地下水式－－－采用用水井、湖泊、河河流供水作為熱源源熱匯－－－低低品位熱能取自天天然水體（一）分類3）地源閉式環(huán)路熱熱泵（Ground-sourceclosed-loop）--沿用美國標準對應中國標準－－－地下環(huán)路式－－－采采用閉式循環(huán)路流流體作為熱源和熱熱匯－－－低品品位熱能取自土壤壤或地面水（二）具體型式1）水－空氣熱泵機機組－－－主要用在水水環(huán)熱泵空調系統(tǒng)統(tǒng)（二）具體型式2）水－水熱泵機組組－－－早在20世紀30年代就已問世主要特點：一一機機兩用（供冷和供供熱）一一機三三用（供冷、供熱和生活熱水））小小型機組設四通通閥，實現(xiàn)制冷、制熱工況的轉換－－－大型的的閉式環(huán)路水－水水熱泵機組無四通通閥，通過水系統(tǒng)統(tǒng)實現(xiàn)制冷、制熱工況的轉換第二節(jié)地下水源源熱泵空調系統(tǒng)一、基本原理二、分類異井回灌地下水源源熱泵（閉式系統(tǒng)統(tǒng)）－187頁異井回灌地下水源源熱泵（開式系統(tǒng)統(tǒng)）－188頁同井回灌地下水源源熱泵熱源井三、設計時應注意意問題1）地下水水文地質質勘探－－－必須設勘測井井－－－－獲取地下水源熱熱泵系統(tǒng)設計的原原始資料2）地下水供水系統(tǒng)統(tǒng)形式－－－－間接供水系統(tǒng)－－－直接接供水系統(tǒng)。三、設計時應注意意問題3）所需水量計算－－－根根據(jù)空調冷、熱負負荷分別計算夏、、冬季所需水量，，取其中大者4）熱源井－－－抽水井井和回灌井的總稱稱－－熱源井主要形形式①管井（又稱為機井井）②大口井－－－井徑大大于1.5米的井③輻射井－－－由集水井井與若干呈輻射狀狀鋪設的水平集水水管（輻射管）組組合而成熱源井的形式及適適用范圍四、地下水回灌技技術地下水源熱泵空調調系統(tǒng)要求等量回灌（一）回灌的目的的1）保護地下水源，，避免出現(xiàn)地質災災害2）改善和提高淺層層地能（熱）的利利用率3）回灌保持含水層層內的壓力，維持持淺層地能（熱））開采條件四、地下水回灌技技術（二）回灌方式1）重力回灌又又稱稱無壓自流回灌依依靠自然重力進行行回灌，即：依靠靠井中回灌水位和和靜水位之差優(yōu)優(yōu)點：系統(tǒng)簡簡單適適用于于低水位和滲透性性良好的含水層我我國大量采用（二）回灌方式2）壓力回灌依依靠靠水泵增加后進行行回灌優(yōu)點：①①有利于于避免回灌的堵塞塞②②維持穩(wěn)定定的回灌速率和系系統(tǒng)壓力③③避避免外界空氣侵入入，而引起地下氣氣氧化缺點：回灌時，對對井的過濾層和含含砂層的沖擊大適用于高水位和低低滲透性的含水層層和承壓含水層（三）抽灌比例盡量避免在中細砂砂區(qū)域設立項目（四）地下水源熱熱泵系統(tǒng)其它應注注意問題1）應采用“小流量、大溫差”系統(tǒng)運行方式2）回灌井要定期回回揚，一般運行15天左右，回揚10～20分鐘3）避免熱貫通第三節(jié)地表水源源熱泵空調系統(tǒng)第5章土壤源熱泵第一節(jié)概述土壤源熱泵－最早早出現(xiàn)在1912年瑞士的一份專利利文獻．在國外的名稱：土土壤源源熱泵－groundsourceheatpump,GSHP土壤耦合式熱泵－－groundcoupledheatpump,GCHP.國內名稱：土土壤熱熱源熱泵土土壤熱泵泵土土地熱源熱熱泵大大地耦合式熱泵泵原理圖１.節(jié)能性分析地表淺層，收集了了百分之47的太陽能，相當于于人類每年利用能能量的500多倍地表5m以下，土壤溫度全全年基本穩(wěn)定，且且略低于年平均氣氣溫．在夏冬季可以提供供較低的冷凝溫度度和較高的蒸發(fā)溫溫度一般它消耗1KW的能量，用戶可得得到4KW以上的熱量或冷量量其耗電量僅為普通通冷水機組加鍋爐爐系統(tǒng)的30%-60%.2.環(huán)境效益分析污染物排放：比比空氣源熱泵減少少40%以上比比電供暖減少70%以上制冷劑的消耗充充灌量量比常規(guī)空調裝置置減少25%泄漏概率大為減少少運行沒有任何污染染沒有冷卻塔和其他他室外設備安裝在綠地和停車車場下３技術特點其熱源溫度全年較較為穩(wěn)定，一般為為10-25度一機多用可用于于供暖，空調，還還可提供生活熱水水使用壽命長，20年左右機組緊湊，節(jié)省空空間維護費用低自動化控制程度高高，可無人值守ＣＯＰ一般在３－－６，比空氣源熱熱泵高40%左右，運行費用為為普通中央空調的的50%-60%.4.經濟性分析運行費用低與與傳統(tǒng)供暖和制冷冷相比節(jié)省率供供暖暖時：50%-70%制冷時：40%-60%初投資與與傳統(tǒng)統(tǒng)中央空調加鍋爐爐系統(tǒng)大致相當或或略低工作穩(wěn)定，維護費費用大大低于中央央空調５存在的問題埋地換熱器換熱能能力受土壤物性影影響較大連續(xù)運行時，冷凝凝溫度和蒸發(fā)溫度度因土壤溫度的變變化而發(fā)生波動土壤熱導率較小，，換熱量較小水水平平埋管系統(tǒng)，為30w/m,一般為17w/m垂直埋管系統(tǒng)取決決于埋深，為12-77w/m6.在我國應用的的適用性6.在我國應用的的適用性6.在我國應用的的適用性建筑分區(qū)．在目前和將來來，土壤源熱熱泵系統(tǒng)是最最有前途的節(jié)節(jié)能裝置是國際空調和和制冷行業(yè)前前沿課題之一一也是地熱利用用的重要形式式在我國剛剛起起步，約20年第二節(jié)系統(tǒng)統(tǒng)基本組成和和分類一、系統(tǒng)基本本組成第二節(jié)系統(tǒng)統(tǒng)基本組成和和分類1）室外環(huán)路－－－地埋管換熱器器－－由塑料管管組成的封閉閉環(huán)路。－－－－內內部傳熱介質質：水或防凍液2）制冷劑環(huán)路路3）室內環(huán)路－－－給空調房房間提供冷熱熱量－－－－－傳熱介質：：空氣、水或制制冷劑二、分類（一）常規(guī)分分類方法－－按地埋管管換熱器分類類基本形式：垂直式埋管系系統(tǒng)水平式埋管系系統(tǒng)（水平埋埋管，盤形埋埋管）（１）垂直埋埋管式換熱器特點優(yōu)點：占地面積小受受氣氣溫波動影響響小單單位位管長換熱量量稍高于水平平埋管缺點：無法克服埋管管和周圍土壤壤間易產生空空隙的缺點垂直埋管換熱器形式（2）水平埋管式式換熱器特點點一般埋深為1.5-3.0m每20m長埋管的換熱熱量約為1kw受氣候影響較較大，占地面積較大大，單位管長換熱熱量低施工方便水平埋管式換熱器形式水平埋管式換熱器施工現(xiàn)現(xiàn)場（二）其它分分類方法（二）其它分分類方法－－直接膨脹脹式熱泵系統(tǒng)統(tǒng)（二）其它分分類方法－－間接膨脹脹式熱泵系統(tǒng)統(tǒng)第三節(jié)現(xiàn)場場調查一、現(xiàn)場勘測測1）必須設置至至少一個測試試井－－－利用測試試井獲取設計計和安裝垂直埋管換熱熱器所需的巖土層熱物性性及其構造數(shù)數(shù)據(jù)－－－－測試井可作作為今后正常常使用的管井井或監(jiān)測井2）監(jiān)測井－－－采集系系統(tǒng)正常使用用時的土壤溫度、地地下水深度和和水質數(shù)據(jù)－－正常使用用的管井安裝裝傳感器后，，可以兼做監(jiān)監(jiān)測井二、熱響應實實驗（一）目的通過熱響應實實驗獲取巖土土的熱物性參參數(shù)巖土的熱物性性參數(shù)－－是是土壤源熱泵泵系統(tǒng)設計的的關鍵性參數(shù)數(shù)－－直接影響響整個系統(tǒng)的的設計合理與與否，系統(tǒng)能能否長期正常常運行、效率率和投資成本本。二、熱響應實實驗巖土的主要熱熱物性參數(shù)：：①土壤的初始始溫度②土壤的導熱熱系數(shù)③土壤的比熱熱容（二）熱響應應實驗方法1）根據(jù)前期鉆鉆井獲得的地地質資料，通通過查找土壤壤地質方面的的手冊進行確確定2）實驗取樣測測試法3）現(xiàn)場測試法法（三）現(xiàn)場的的土壤熱響應應實驗利用熱響應實實驗測量土壤壤熱物性的概概貌念－－由由Mogensen在1983年提出其理論基礎是是開爾文(Kelvin)的線源理論該理論僅考慮慮了單純的導導熱現(xiàn)場土壤熱響響應的實驗裝裝置熱響應的實驗驗裝置的軟件件1）控制軟件2）數(shù)據(jù)采集軟軟件3）分析評估軟軟件第四節(jié)地埋埋管換熱器的的管材宜采用聚憶烯烯管或聚丁烯烯管管材公稱壓力力不應小于1.0MPa第五節(jié)地埋管管換熱器的連連接方式串聯(lián)和并聯(lián)串聯(lián)和并聯(lián)優(yōu)優(yōu)缺點對比水平連接集管管。第六節(jié)地埋埋管換熱器的的設計一、設計計算算要求1）應進行全年年動態(tài)負荷計計算2）計算周期一一年3）計算周期內內，地源熱泵泵系統(tǒng)總釋熱熱量宜與總吸吸熱量相平衡衡最大釋熱量與與最大吸熱量量計算1）最大釋熱量量等于：空空調冷負荷、、壓縮機耗功功、輸送過程程得熱量、水水泵釋熱量之之和。2)最大吸熱量等等于：空調熱負荷、、輸送過程失失熱量之和減去壓縮機耗耗功及水泵釋釋熱量。二、地埋管換換熱器的傳熱熱模型土壤中的傳熱熱屬于多孔介介質中的傳熱熱傳質但國際上現(xiàn)有有的地埋管換換熱器傳熱模模型大多采用用純導熱模型型，忽略多孔孔介質中的對對流影響目前有大約30種傳熱模型，，可求解土壤壤溫度場的變變化地埋管換熱熱器傳熱模模型的理論論基礎1)線熱源理論論2）園柱熱源源理論3）能量平衡衡理論三、垂直地地埋管換熱熱器長度計計算為了保證計計算準確，，建議采用用專用軟件件計算專用軟件以以外，可供供使用的方方法：1）《地源熱泵系系統(tǒng)工程技技術規(guī)范》（GB50366-2005）2)按現(xiàn)場測試試獲得的單單位鉆孔深深度（或管管長）的換換熱量確定定其長度3）按線算圖圖確定豎直直地埋管換換熱器的孔孔深與管長長８．土壤源源熱泵系統(tǒng)統(tǒng)設計（１）組成成：室室內空調系系統(tǒng)設計埋埋地換換熱器設計計（２）埋地地換熱器設設計步驟１１））決定地下下性質（鉆鉆試驗孔洞洞）２２）確確定管道管管徑，尺寸寸，孔洞分分析，回填填３）計算算所需孔洞洞長度及布布置孔洞４）設計外外部集管５）系統(tǒng)的的阻力計算算及泵選擇擇．６）設計清清潔系統(tǒng)９．埋地換換熱器管路路的形式串串聯(lián)聯(lián)特特點：：１）單一的的流程和管管徑２２）空氣和和廢渣易排排除３）需要較較大的管徑徑，較多的的抗凍劑和和流體體積積４）管路費費用較高．５）安裝費費用較高６）系統(tǒng)的的能力受到到限制并聯(lián)特特點點：１１）管管徑小，管管道費用低低２）需要抗抗凍劑較少少３）安裝費費用較少４４））必須使各各并聯(lián)環(huán)路路之間的流流量保證平平衡５）空空氣和廢渣渣的排除相相對困難１０．塑料料管的選擇擇（１）材料料：常常用用：聚乙烯烯和聚丁烯烯管可可保證證50年使用壽命命（２）直徑徑：必必須須滿足的原原則１１）管管道要大到到足夠保持持最小輸送送功率２）管道要要小到足夠夠使管內保保持紊流，，以保證循循環(huán)液體和和管內壁之之間的傳熱熱．７）決定土土壤對熱流流量的阻力力８８））計算供熱熱和供冷運運轉比值９）計算埋埋地換熱器器長度１１．埋地地換熱器尺尺寸和設計計程序（１）尺寸寸設計應考考慮問題１１））水源熱泵泵系統(tǒng)的水水流量２２）循循環(huán)液體的的類型３３）要求求最小進入入流體溫度度（２）設計計程序１）選擇布布置圖２）檢查最最小流體速速度３）空氣排排出設計４４））埋地換熱熱器長度確確定．５）埋地換換熱器的布布置和設計計１２．埋地地換熱器長長度確定步步驟１１））確定埋管管位置２２）決決定地下土土壤溫度３３）決定定最大和最最小地下溫溫度４４）決定換換熱器最大大和最小進進入液體溫溫度５）計算地地下環(huán)路溫溫差６）決定達達到熱流量量時的管道道阻力第６章燃燃氣熱泵（（參見張旭老老師《熱泵技術》）燃氣發(fā)動機機熱泵簡稱稱－－燃氣氣熱泵，它它利用燃氣氣發(fā)動機驅驅動壓縮機機完成熱泵泵循環(huán)特點能有效地利利用燃氣發(fā)發(fā)動機的排排熱燃燃料料消耗量只只有燃氣鍋鍋爐的50%左右燃燃氣熱熱泵可在夏夏季作制冷冷運轉，其其排熱還可可作為吸收收式制冷機機的熱源６．１性性能系數(shù)１．性能系系數(shù)燃燃氣氣熱泵性能能系數(shù)ＣＯＯＰ－－以以得到熱量量同供給的的燃氣能量量之比來表表示燃燃氣熱泵供供熱性能系系數(shù)．發(fā)動機效率率熱泵供熱性性能系數(shù)發(fā)動機排熱熱中利用熱熱量與發(fā)動動機輸入熱熱量之比．發(fā)動機效率率－(30-35)%熱泵供熱性性能系數(shù)－－3-4發(fā)動機排熱熱利用系數(shù)數(shù)－(40-50)%熱泵制冷性性能系數(shù)－－4-5．.２.類型（１）按被被驅動的壓壓縮機分類類１）燃氣發(fā)發(fā)動機活塞塞式熱泵由由燃燃氣發(fā)動機機和活塞式式壓縮機組組成燃燃氣發(fā)發(fā)動機功率率一般為1.5-75KW2)燃氣發(fā)動機機螺桿式熱熱泵由由燃氣氣發(fā)動機和和螺桿式壓壓縮機組成成燃燃氣發(fā)動動機功率一一般為30-500KW.3)燃氣發(fā)動機機(燃氣輪機））離心式熱熱泵由由燃氣氣發(fā)動機(燃氣輪機））和離心式式壓縮機組組成燃燃氣發(fā)發(fā)動機功率率一般為200-500KW(2)按回收的能能量形式分分類１）熱水回回收式發(fā)發(fā)動動機的排熱熱經回收制制造熱水２）蒸汽回回收式發(fā)發(fā)動動機的排熱熱經回收制制造蒸汽．３）高低溫溫回收式發(fā)發(fā)動機的排排氣進入熱熱回收消聲聲器產生蒸蒸汽４）排氣回回收式排排氣氣回收熱量量用于干燥燥．．（３）按回回收的低溫溫熱源種類類分類１）水源熱熱泵２）氣源熱熱泵３）干燥熱熱泵４）蒸汽熱熱泵主要要用于工業(yè)業(yè)上．（４）按空空調機組的的形式分類類１）整體機機組－通常常高較大型型的機組２）分體機機組由由室外機和和室內機組組成室室外外機－燃氣氣發(fā)動機，，壓縮機和和室外換熱熱器室內機機－室內換換熱器及風風機.４．特點：：１）可提供供各種溫度度和品位的的熱水和蒸蒸汽燃氣氣發(fā)動機排排氣溫度為為：400-500度缸缸套冷卻卻水：80-90度燃燃氣熱泵泵利用低溫溫熱源所生生產的熱水水２）部份負負荷時性能能良好發(fā)發(fā)動機本身身可變速，，在轉速50％以上時，，效率幾乎乎不變．３）受外界界空氣溫度度影響小其其供熱熱量由兩部部份組成：：從低溫熱熱源吸收的的熱量，發(fā)發(fā)動機排熱熱．可連續(xù)供熱熱而無需除除霜４）能快速速提供采暖暖用熱量５）可保持持恒定的設設定溫度６）一次能能源利用系系數(shù)高７）定期保保養(yǎng)間隔時時間長普普通機機組運行2000h必須保養(yǎng)一一次燃燃氣氣熱泵4000h保養(yǎng)一次.8)可以顯著減減少夏季的的用電峰值值９）節(jié)能環(huán)環(huán)保燃燃氣熱泵泵系統(tǒng)年消消耗的能源源只有電動動熱泵系統(tǒng)統(tǒng)的95%其排放的二二氧化碳只只有電動熱熱泵系統(tǒng)的的78%6.2應用１．室內和和室外游泳泳池熱熱泵泵供熱的實實際使用溫溫度不足30度，其COP可以高達５５－６可可以實現(xiàn)現(xiàn)游泳池水水的加熱，，和淋浴熱熱水供應低低溫熱源可可以是河水水，地下水水，外界空空氣.２．人造冰冰場和游泳泳池聯(lián)合裝裝置池水溫度為為27度低低溫熱源源為人造冰冰場燃燃氣發(fā)發(fā)動機冷卻卻水在燃氣氣鍋爐中被被加熱后用用于供暖燃燃氣發(fā)動機機的排氣也也進入燃氣氣鍋爐冷冷凝器輸出出熱量加熱熱池水.３．公寓建建筑與燃氣鍋爐爐相比：燃燃氣熱泵的的初投資高高，但運行行費用只有有燃氣鍋爐爐的一半一次能源價價格的上漲漲，將使燃燃氣熱泵越越來越占優(yōu)優(yōu)勢－－在在大型公寓寓建筑的供供暖方面應首選外界界空氣作為為低溫熱源源.４．辦公建建筑特點：供熱熱和制冷同同時存在－－－冬季在在夏季－－－制冷.5、谷物干燥燥機第８章熱熱泵系統(tǒng)節(jié)節(jié)能新技術術影響熱泵性性能及其廣廣泛應用的的主要障礙礙：１））部分負荷荷調節(jié)技術術２２）冷冷凝側或蒸蒸發(fā)側熱量量利用技術術３３）高濕濕地區(qū)空氣氣源熱泵的的除霜問題題４４）開發(fā)新新的熱源和和排熱源8.1用雙管束冷冷凝器的熱熱回收熱泵泵系統(tǒng)