热泵部分学习教材课件.ppt
补充：热泵基本原理与技术,Fundamental principle and technology of heat pump,热泵（基本概念）,热泵：水泵（pump）把热能从低温热源输送到高温热源的热力机械。本质上：热泵制冷机 供热 供冷使用热泵的目的：节能与环保一次能源的利用率较低，而热泵能够提高一次能源的利用率，从而减小了一次能源的消耗，实现了节能和环保的目的。研究热泵（包括制冷）技术目标：降低能耗；减小环境污染（驱动能源的生产排放；制冷剂）,HP,高温热源,低温热源,W,Qh,Qr,制热温度,环境温度,制冷温度,制冷,热泵,热泵（基本概念）,分类热泵的基本种类与制冷机基本相同，不同点：供热温度分：高温（100），中温（40100），低温（40）低温热源形式分：地源热泵，水源热泵，太阳能热泵，空气源热泵等。性能指标热泵性能系数能源利用系数：供热量与消耗的初级能源之比。火用效率 4.热力完善度,热泵发展历史,1824年 卡诺循环理论（理论准备）1852年 威廉提出了热泵设想1854年 开尔文提出冷冻装置也可以加热1927年英苏格兰安装第一台家用热泵（家用）1930年美加利福尼亚安装大容量商用热泵（商用）上世纪70年代迅速发展到1996年全世界热泵安装总数9000万套，自1992年开始热泵使用年增长15。热泵承担总供热量的6，美国达到8.4，日本28.6。,探索,探索,空气源热泵：,应用广泛，受季节和地区影响大，供需矛盾大；空气热容小，与金属间的换热系数小，风量需求大；易出现结霜。结霜与除霜：结霜的危害：增大热阻，增大流通面积防止或减轻结霜的方法：增大室外换热器面积（减小温差）；增大空气流量；空气除湿；换热表面处理；滤去空气中的杂质。除霜方法：空气除霜（压缩机停止，空气持续吹扫）；电加热除霜；热蒸汽除霜（逆循环；热蒸汽气旁通）除霜的控制方法：定时控制；压差控制；温度控制。,地源与水源热泵：,受季节和地区影响小，性能系数高，但是工程量大，投资高。地源热泵：包括土壤源和地下水源热泵需要地下埋管或地下深井。水源热泵：地表水：受环境和季节影响较大，对生态有影响。开采量也受到限制。地下水：可划归为地源热泵。井水开采和回灌要求高。海水：腐蚀问题（海军铜，钛金属）生活废水：防堵塞（多用二次换热）。,太阳能热泵：,廉价，无需除霜，随季节、时间和天气影响大，能量密度小（夏天1000W/m2左右，冬天200W/m2左右，可利用的仅占50），通常作为辅助热源。,热泵的应用：,供热（供暖供热水）热泵干燥蒸馏与浓缩工艺过程热回收海水淡化,热泵干燥装置,带空气旁通的封闭式干燥装置,热泵的应用：蒸馏与浓缩,牛奶浓缩系统,热泵的应用：工艺过程热回收,造纸厂废热回收系统方案,热泵的应用：海水淡化,间接法冷冻加热法海水淡化,Heat Pump in Cooling Mode热泵制冷模式,expansiondevice膨胀阀,Water loop 水回路,Compressor 压缩机,Reversing valve 换向阀,refrigerant-to-airheat exchanger制冷剂-空气热交换器,热泵通常具有制冷和制热两种功能,Heat Pump in Heating Mode热泵制热模式,expansiondevice膨胀阀,Water loop 水回路,Compressor 压缩机,Reversing valve 换向阀,refrigerant-to-airheat exchanger制冷剂-空气热交换器,地源热泵（GSHP）与水源热泵（WSHP）,传统水源热泵地源热泵：地温的变化各种地源（水源）热泵,热泵举例：,热泵通常具有制冷和制热两种功能,制冷,制热,传统的水源热泵系统 Conventional WSHP System,Conventional WSHP system 传统水源热泵系统,cooling tower冷却塔,Hydronic pumps循环泵,heat exchanger热交换器,Boiler锅炉,waterdistributionloop 水回路,Heat humps热泵,Conventional WSHP system:cooling-only operation 单制冷运行,cooling tower ON 冷却塔(开),90Floop water水回路,boiler OFF 锅炉(关),heat exchanger热交换器,Hydronic pumps循环泵,Heat humps热泵,分散式热泵系统,Conventional WSHP system:heating-only operation 单制热运行,cooling tower OFF冷却塔(关),60Floop water水回路,boiler ON锅炉(开),分散式热泵系统,Conventional WSHP system:coincident cooling,heating 制冷与制热平衡状态,cooling tower OFF冷却塔(关),boiler OFF锅炉(关),分散式热泵系统,No cooling tower 无冷却塔No boiler 无锅炉Instead:替代物Geothermalheat exchanger 地源热交换器,GSHP System 地源热泵系统,GSHP system:cooling and/or heating 制冷和/或制热,Geothermal heat exchanger地源热交换器,temperature,GSHP system,Loop Temperatures 回路温度,Jan,Feb,Mar,Apr,May,Jun,Jul,Aug,Sep,Oct,Nov,Dec,Fluid流体,Surface地表,地温变化,日地温变化,年地温变化,在北半球中、高纬度地区,地温变化,外热层（变温层）主要受太阳能影响，其温度随季节、昼夜而变化，一般在0.51.5m深，年变化影响深度达1015m。常温层（恒温层）受太阳能和大地热流的综合作用，地球内热与上层变温带影响达到平衡，温度基本不变。该层地温与当地年平均气温大致相当，四季基本恒温（25）。增温层（恒温层以下）深度每增加1km，地温增值的梯度全球平均为2530/km。,各种水源（地源）热泵：,垂直系统（闭式循环）通常，每冷吨水的供暖空调，钻入深度30.5-91.5米，垂直系统适用于可供使用的土地面积有限的情形，与地下水系统相似，不管居住何处，不管外界温度如何急剧变化，垂直系统可以提供舒适环境。,同时产生冷水及热水热泵热水系统,垂直地耦管系统,水平地耦管系统,湖江河浅表水系统,地下水系统,地源热泵系统,1kW的电,3.9kW的能源回收,4.9kW的热量,用1kW的电，可以提供多达4.9kW的热量,COP.,1:4.9,比空气源热泵节省能源40%以上，比电采热节省能源70%以上。,同时产生冷水及热水热泵热水系统,1、热泵机组；2、室外冷热源系统(可以为冷却塔、深井水系统或地埋管系统)；3、热水储水箱；4、热水供应水泵；5、热水循环水泵；6、冰水循环水泵；7、膨胀水箱K1、K2、K3、K4为转换阀，在春夏秋冬季节中根据机组运行模式(供热、制冷及卫生热水加热)的不同，进行相应转换。,大型水水水源热泵机组,实际上是一个普通的水冷冷水机组,热泵总结：,热泵基本概念：热泵；热泵与制冷机的异同；热泵分类；性能指标（掌握）热泵的发展历史（了解）空气源热泵（掌握）水源/地源热泵（掌握）太阳能热泵（掌握）热泵技术的应用（掌握）热泵系统的运行过程认识,制冷原理与设备课程学习总结：,了解制冷发展历史，制冷及低温技术的基本概况、应用等制冷性能参数的定义及表达式制冷方法：,制冷方法：,固体相变 相变制冷 液体相变,蒸汽压缩式,蒸汽吸收式,蒸汽喷射式,吸附式,制冷方法：,涡流管制冷 气体制冷 气体膨胀,绝热节流,等熵膨胀,定容回热,Linde循环,Brayton cycle,Stirling cycle,绝热放气,焦耳-汤姆逊系数,制冷方法：,热电制冷 绿色制冷 热声制冷,第一介质是气体，第二介质是固体冷热端；声源压缩机；声波膨胀机。气体完成状态循环，与固体间交换冷热量,热磁制冷,制冷低温工质总结：,了解制冷剂的发展，知道早期常用的制冷剂掌握制冷剂的选取原则，制冷剂的要求（明白why）熟练掌握制冷剂的命名方法了解常用制冷剂及其性能特点低温工质：了解常规气体的性质掌握氢的主要性质，正氢与仲氢、平衡氢与正常氢，正氢与仲氢及正氘与仲氘的转化掌握氦的性质，氦与氦，相图，超流氦喷泉效应、爬行膜现象,压缩式制冷的热力学原理逆卡诺制冷循环劳伦茨循环制冷量、循环净功、性能系数、循环效率的计算单级蒸气压缩式制冷循环计算多级蒸气压缩式制冷循环计算复叠式制冷计算CO2跨临界循环,蒸汽压缩式制冷：,蒸汽压缩式制冷：,1）掌握各种蒸汽压缩式制冷循环的基本原理和循环过程2）掌握p-h图和T-s图，并分析制冷循环过程和计算3）掌握各种蒸汽压缩式制冷循环分析与计算压缩式制冷的热力学原理逆卡诺制冷循环劳伦茨循环制冷量、循环净功、性能系数、循环效率的计算单级蒸气压缩式制冷循环计算多级蒸气压缩式制冷循环计算复叠式制冷计算4）掌握节流设别的特点及应用5）了解蒸汽压缩式制冷系统中的各种设备6）了解蒸汽压缩式制冷系统的运行控制方法7）了解蒸汽压缩式制冷的应用,吸收式制冷：,掌握两种典型吸收工质对的主要性质和特点。掌握h-w图，并能够熟练运用该图进行吸收式制冷循环的热力分析和计算。掌握溴化锂制冷机的循环原理。掌握单效、双效、串联、并联、直燃型溴化锂制冷机的系统组成及运行过程。掌握提高溴化锂吸收式制冷机性能的方法。了解吸收式制冷剂的应用情况和最新发展。掌握氨水吸收式制冷循环过程及系统组成。了解吸收式制冷的分类方法。,气体液化及分离：,1.气体液化循环理想系统及性能参数的计算；节流液化循环：林德汉普逊循环（简单、预冷、双压）；带膨胀机的液化循环：克劳特、考林斯、海兰特、卡皮查、双压克劳特；氢液化循环；天然气液化循环：复叠式、混合制冷剂液化、直接膨胀机天然气液化循环。,2.认识气液相平衡，能够看懂会用气液相平衡图，几个定律3.熟悉混合气体的分离方法a.第三介质介入方法：膜分离技术、吸附、吸收b.简单冷凝分离c.精馏4.熟悉精馏设备和精馏原理，会用图来求解塔板数5.了解各种气体分离系统，认识各个系统的工作过程6.掌握各种低温绝热方法，熟悉其特点,气体液化及分离：,谢谢大家！,
