《热泵与建筑节能》PPT课件.ppt

,建筑节能公共素质选修课,授课教师：欧阳金龙联系方式：QQ：20214630,第17讲 热泵与建筑节能,定义：以消耗一部分高品位能源(煤、石油、机械能、电能或高温热能)为补偿，使热能从低温热源向高温热源传递的装置。其实质是借助降低一定量的功的品位，提供品位较低而数量更多的能量。由于热泵能将低温热能转换为高温热能，提高能源的有效利用率，因此是回收低温余热、利用环境介质(地下水、地表水、土壤、室外空气、废热等)中储存的能量的重要途径。,17.1 热泵的定义与涵义,热泵原理,水泵的作用是把水从低处往高处送，热泵就是热传导的“水泵”。把低温的热源提升，提供生活用能。用千瓦的电驱动热泵后，可以“搬运”4千瓦的浅层地能。,高位能,低位能,动力机,环境温度,工作机,高于环境温度的热源供给热用户,17.1 热泵的定义与涵义,涵义：热泵是一种节能装置：虽然消耗一定的高位能，但供给用户的热量是消耗的高位热能与吸取的低温热能的综合。用户获得的热量永远大于消耗的高位能。由动力机和工作组组成热泵机组。利用高位能来推动动力机(如汽轮机、燃气机、燃油机、电机等)，然后由动力机驱动工作机(如制冷机、喷射器)运转，工作机像泵一样，把低位热能送至高品位，以向用户供热。热泵既遵循热力学第一定律，热量在传递和转换过程中的能量守恒；也遵循第二定律，热量不可自发的、不付代价的、自动的从低温物体转移至高温物体。热泵是依靠高位能的拖动，迫使热量有低温物体传递给高温物体。,17.1 热泵的定义与涵义,17.1 热泵的定义与涵义,17.1 热泵的定义与涵义,热泵与热机的区别：热机：利用高温热源的能量来产生机械功，热效率值总是小于1的。热泵：靠消耗机械功将低温热源的热量转移到高温物体中去，制热性能系数(+1)总是大于1的。,空气源热泵室外机,不同供热方案的比较,方案1：直接用电加热，则需要10kW电能。方案2：采用热泵供热，即用电能拖动热泵机组向室内供热。假定供热温度45，低温物体温度0，如果热泵按理想的逆卡诺循环工作，则所需要的电能为1.145kW。节约能量的途径，过去认为不用能即节能，实际上应该提高能量的利用率，“建筑节能”应更准确地表述为“建筑合理用能”。,热负荷10kW,17.1 热泵的定义与涵义,由燃料直接提供采暖等所需的低位能，即使在不损失热量的条件下，室内所得到的热量最多为燃料发热量的100%，也应该说是一种巨大的浪费。因为,在这种情况下，储藏在燃料中的化学能所具有的作功能力未加以合理利用而被贬值了！,热泵机组：动力机、工作机组成的节能机械，是热泵系统的核心部分。热泵系统：热泵机组、高位能输配系统、低位能采集系统和热能分配系统组成。,17.2 热泵机组与热泵系统,热泵系统框图,低位能采集系统,高位能输配系统,热泵机组,热能分配系统,低位能采集系统,以典型地下水源热泵系统为例讲解四个系统：热泵机组：冬天，通过蒸发器从地下水(低位热源)吸取热量，在冷凝器中放出温度较高的热量供给用户；夏天，蒸发器直接将冷冻水送入用户，降温除湿，中间介质(水)在冷凝器中吸取建筑中的热量，并回送入地下蓄热供冬天采暖用。低位能采集系统：直接系统用水、空气等直接输给热泵机组的系统；间接系统则借助于水或者防冻剂的水溶液通过换热器将低位热源的热量传输出来，输送给热泵机组。高位能输配系统：用电动机作为驱动装置是最常见的。但是发电中，很多废热被损失，采用燃料发动机更好。热分配系统：应用非常广泛，工业、农业、建筑暖通空调等。暖通空调用热品味不高，均小于60。,17.2 热泵机组与热泵系统,典型地下水源热泵系统图(冬天),典型地下水源热泵系统图(夏天),热泵空调系统：空调系统中选用了热泵系统遵循能量提升的用能原则：避免了常规空调系统用能的单向性，即热源消耗高位能，向建筑物提供低温热量，向环境排放废物。热泵空调系统遵循热量循环使用的用能模式。使用大量的再生能替代高位能冷源与热源合二为一：夏天制冷，冬天供暖，冷热源一体化，节省设备投资。常规暖通空调系统，分别设置冷源、热源。热泵空调系统更具节能效果和环保效益,17.3 热泵空调系统,热泵空调系统,17.4 热泵的评价,在暖通空调工程中采用热泵节能的经济评价问题十分复杂，影响因素很多，其中主要有负荷特性、系统特性、地区气候特性、低位热源特性、设备价格、设备使用寿命、燃料价格、电力价格等。但总的原则围绕着两方面：节能效果和经济效益。,热泵的制热性能系数,热泵的供热季节性能系数HSPF,17.5 热泵的分类与用途,热泵可按多种特征进行分类按低位热源分按热泵与供热介质的组合方式分 按用途分 按供热温度分按热泵循环的驱动方式分,按低位热源分,空气源热泵水源热泵（地表水、地下水、生活废水、工业废水）土壤源热泵太阳能热泵等,17.5 热泵的分类与用途,按热泵与供热介质的组合方式分,空气/空气热泵空气/水热泵水/空气热泵水/水热泵土壤/空气热泵土壤/水热泵,低温热源/热媒：,17.5 热泵的分类与用途,按用途分,小型水加热器美国 1988年已运行的热泵热水器达200多万台。全年运行的空调和采暖热泵 同时供热供冷热泵废热利用热泵蒸气压缩机及蒸馏装置,17.5 热泵的分类与用途,空气源热泵,同时供热供冷热泵,废热利用热泵,17.5 热泵的分类与用途,17.6 地源热泵系统,地源热泵概述地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术，是热泵的一种,热泵是利用卡诺循环和逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。地源热泵通常是指能转移地下土壤中热量或者冷量到所需要的地方。通常热泵都是用来做为空调制冷或者采暖用的。地源热泵还利用了地下土壤巨大的蓄热蓄冷能力，冬季地源把热量从地下土壤中转移到建筑物内，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内，一个年度形成一个冷热循环。,制冷模式：在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地表水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以13以下的冷风的形式为房间供冷。供暖模式：在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35以上热风的形式向室内供暖。,17.6 地源热泵系统,地源热泵系统的一般形式,17.6 地源热泵系统,地球表面吸收了太阳能的47，相当于人类一年所需能量的500多倍,地球深处热流或较深层的地热能对地表浅层也起到了加热作用,地源热泵系统,地表水(江、河、湖、海)源热泵系统地下水源热泵系统污水源(生活废水、工业废水)热泵系统土壤源热泵,17.6 地源热泵系统,地源热泵冬天代替锅炉从土壤中取热，向建筑物供暖，夏天代替普通空调向土壤排热，给建筑物制冷。是目前效率最高、对环境最有利的热水、取暖和制冷系统。,地源热泵,17.6 地源热泵系统,地源热泵系统的特点及优势,1、可再生能源利用形式 地表浅层收集了47%的太阳能量，或城市生活生产余热，它利用地表浅层的可再生能源，符合可持续发展的战略要求。2、高效节能 地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，土壤与空气温差一般为17度，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%60%，因此要节能和节省运行费用4050左右。制热系数高达3.54.5，而锅炉仅为0.70.9，可比锅炉节省70%以上的能源和40%60%运行费用；制冷时要比普通空调节能30%左右。通常地源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到5KW以上的热量或4KW以上冷量，所以我们将其称为节能型空调系统。,17.6 地源热泵系统,3、节省空间、美观 传统空调系统的换热器置于室外，破坏建筑的外观。而地源热泵把换热器埋于地下，没有冷却塔、锅炉房和其它设备，省去了锅炉房，冷却塔占用的宝贵面积，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象，保持建筑物外观的完美。4、保护环境 地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40以上，与电供暖相比，相当于减少70以上，真正的实现了节能减排。设备的运行没有燃油、燃煤污染。不抽取地下水，没有地下水位下降、地面沉降和开凿回灌井等问题，是真正的绿色环保能源利用方式。,17.6 地源热泵系统,5、多功能、系统控制和管理方便 一套地源热泵系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调和生活热水加热的三套装置或系统。6、寿命长、维修费用低 地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。普通空调寿命一般在15年左右，而地源热泵的地下换热器由于采用高强度惰性材料聚乙烯和聚丙烯塑料管，埋地寿命至少50年。,17.6 地源热泵系统,