热泵技术在暖通空调中的应用

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1、热泵技术在暖通空调中的应用2内容提要内容提要u热泵技术及评价热泵技术及评价u热泵技术在暖通空调中的应用形式热泵技术在暖通空调中的应用形式u热泵技术在暖通空调中应用应注意的问题热泵技术在暖通空调中应用应注意的问题u热泵技术在暖通空调中的应用实例热泵技术在暖通空调中的应用实例1. 热泵技术及评价热泵技术及评价 1.1 热泵定义热泵定义u热泵是一种利用高位能热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向使热量从低位热源流向高位热源的节能装置高位热源的节能装置u热泵也就是像泵那样，热泵也就是像泵那样，可以把不能直接利用的可以把不能直接利用的低位热能低位热能(如空气、土壤、如空气、土壤、水中所含的热能、太阳水

2、中所含的热能、太阳能、工业废热等能、工业废热等)转换为转换为可以利用的高位热能，可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位从而达到节约部分高位能（如煤、燃气、油、能（如煤、燃气、油、电能等）的目的电能等）的目的 3热泵定义的理解热泵定义的理解u热泵虽然需要消耗一定量的高位能，但所供给用户的热量热泵虽然需要消耗一定量的高位能，但所供给用户的热量却是消耗的高位热能与吸取的低位热能的总和。因此，却是消耗的高位热能与吸取的低位热能的总和。因此，热热泵是一种节能装置泵是一种节能装置。u热泵可设想为节能装置（或称节能机械），热泵可设想为节能装置（或称节能机械），由动力机和工由动力机和工作机组成热泵机组作机组

3、成热泵机组。利用高位能来推动动力机（如汽轮机、。利用高位能来推动动力机（如汽轮机、燃气机、燃油机、电机等），然后再由动力机来驱动工作燃气机、燃油机、电机等），然后再由动力机来驱动工作机（如制冷机、喷射器）运转，工作机像泵一样，把低位机（如制冷机、喷射器）运转，工作机像泵一样，把低位的热能输送至较高品位，以向用户供热。的热能输送至较高品位，以向用户供热。u热泵既热泵既遵循热力学第一定律遵循热力学第一定律，在热量传递与转换的过程中，在热量传递与转换的过程中，遵循着守恒的数量关系；又遵循着守恒的数量关系；又遵循热力学第二定律遵循热力学第二定律，热量不，热量不可能自发的、不付代价的、自动的从低温物体转

4、移至高温可能自发的、不付代价的、自动的从低温物体转移至高温物体。在热泵定义中明确指出，热泵是靠高位能拖动，迫物体。在热泵定义中明确指出，热泵是靠高位能拖动，迫使热量由低温物体传递给高温物体。使热量由低温物体传递给高温物体。4561.2 热泵供热与传统供热热泵供热与传统供热 传统供暖模式示意图传统供暖模式示意图 热源消费热源消费高位能源高位能源向建筑物内提向建筑物内提供低温的热量供低温的热量向环境排向环境排放废物放废物7u两种供暖模式两种供暖模式 (a)电供暖电供暖 (b)热泵供暖热泵供暖8u2008年年12月月17日，欧盟指令认可了空气源热泵和日，欧盟指令认可了空气源热泵和水源热泵为水源热泵为

5、“可再生能源技术可再生能源技术”9热泵空调系统实现了科学配置能源热泵空调系统实现了科学配置能源1.3 热泵的驱动能源热泵的驱动能源u原则上可用原则上可用各种发动机各种发动机来做热泵的驱动装置来做热泵的驱动装置u用电动机作为热泵的驱动装置用电动机作为热泵的驱动装置u用燃料发动机（柴油机、汽油机或燃气轮机等）用燃料发动机（柴油机、汽油机或燃气轮机等）作为热泵的驱动装置作为热泵的驱动装置u用外燃机（斯特林发动机、锅炉）作为热泵的驱用外燃机（斯特林发动机、锅炉）作为热泵的驱动装置动装置u但是，目前小型热泵和大部分大型热泵的驱动装但是，目前小型热泵和大部分大型热泵的驱动装置仍然都置仍然都以电动机为主以电

6、动机为主。因此，热泵的驱动能源。因此，热泵的驱动能源主要是电能，其次是液体燃料（汽油、柴油等）、主要是电能，其次是液体燃料（汽油、柴油等）、燃气等燃气等10 电动机驱动电动机驱动 u单相或三相交流电动机是热泵中用的最普遍的驱动装置单相或三相交流电动机是热泵中用的最普遍的驱动装置 。只要电动机选配恰当，它就能平稳、可靠和高效率地运转。只要电动机选配恰当，它就能平稳、可靠和高效率地运转。因此，在可预见的一段时间内电能将继续是各类热泵的主因此，在可预见的一段时间内电能将继续是各类热泵的主要动力。要动力。 u常用的电能驱动装置主要有：单相交流电动机、三相交流常用的电能驱动装置主要有：单相交流电动机、三

7、相交流异步电动机、直流电动机、变频电动机异步电动机、直流电动机、变频电动机 11燃料发动机驱动燃料发动机驱动 u 燃料发动机按热机工作原理不同有内燃机和燃气燃料发动机按热机工作原理不同有内燃机和燃气轮机两种。从机器结构形式上分有往复式和透平轮机两种。从机器结构形式上分有往复式和透平式的。内燃机可以用液体燃料或气体燃料，根据式的。内燃机可以用液体燃料或气体燃料，根据采用的燃料不同，有柴油机、汽油机、燃气机等。采用的燃料不同，有柴油机、汽油机、燃气机等。 u驱动热泵用的燃料发动机主要有：柴油机、汽油驱动热泵用的燃料发动机主要有：柴油机、汽油机、燃气机、燃气轮机机、燃气机、燃气轮机12 13蒸汽透平

8、（蒸汽轮机）驱动蒸汽透平（蒸汽轮机）驱动 14u供给锅炉一次能源为供给锅炉一次能源为100%（216.1GJ/h）时，经过锅炉损）时，经过锅炉损失了失了10%（21.6 GJ/h），而在凝汽器中被有效利用了），而在凝汽器中被有效利用了65%（140.7 GJ/h），汽轮机驱动热泵用的机械能占初级能源），汽轮机驱动热泵用的机械能占初级能源的的25%（53.8 GJ/h）；若热泵的制热性能系数为）；若热泵的制热性能系数为2.53，那，那么，热泵又可从河水中吸取了相当于初级能源么，热泵又可从河水中吸取了相当于初级能源38%的能源。的能源。因此，该系统可利用的热量为初级能源的因此，该系统可利用的热量为

9、初级能源的128%（276.6 GJ/h）15161.4 热泵评价热泵评价经济性评价经济性评价u原则：原则：“节能节能”与与“省钱省钱”u热泵性能系数热泵性能系数 注意注意(1)COP是瞬时值，是瞬时值，COP与工况有关与工况有关 (2)W是何值是何值u热泵的能源利用系数热泵的能源利用系数ceQQWCOPWWptdptdECOP 供热量初级能源发电效率输配电效率电动机效率17能源利用系数能源利用系数注意：注意：u(1)用季节性能系数、季节能效比才能合理评价热泵用季节性能系数、季节能效比才能合理评价热泵经济性经济性u(2)正确评价热泵才能使热泵得到合理的应用和健康正确评价热泵才能使热泵得到合理的

10、应用和健康的发展的发展经济性：经济性：u回收年限应在回收年限应在5-8年之内年之内供暖供暖方式方式电供暖电供暖燃煤燃煤锅炉锅炉燃气燃气锅炉锅炉电动电动热泵热泵燃气燃气热泵热泵柴油机柴油机热泵热泵E E0.3-0.330.3-0.330.7-0.80.7-0.80.8-0.90.8-0.90.9-1.20.9-1.2( (h h=3-4)=3-4)1.451.451.451.4518能耗费用能耗费用u1小时内加热小时内加热10000kcal时所需要的燃料费用时所需要的燃料费用电动热泵制热性能系数3.54.04.5电动热泵所需的电能(kW)3.3202.9072.584电价0.8元/kWh2.65

11、62.3262.0670.6元/kWh1.9921.7441.2400.4元/kWh1.3281.1631.034燃煤锅炉效率(%)0.650.700.75锅炉耗煤量(kg)2.2962.1301.990煤价350元/t (0.35元/kg)0.8000.7500.696400元/t (0.40元/kg)0.9200.8520.769500元/t (0.50元/kg)1.1481.0650.995u提高热泵的制热性能系数和发电的总效率提高热泵的制热性能系数和发电的总效率u能源价格能源价格19u热泵能源费用等于燃煤费用时，煤热泵能源费用等于燃煤费用时，煤(元元/t)、电、电(元元/kWh)价格比