1、暖通空调热泵技术,主要内容,第一章 绪论第二章 热泵的理论循环 第三章 热泵的低位能源和驱动能源第四章 空气源热泵空调系统第五章 水源热泵空调系统 第六章 土壤耦合热泵空调系统第七章 水环热泵空调系统 第八章 变制冷剂流量热泵式多联机空调系统 第九章 吸收式热泵第十章 热泵工程案例分析,3,主要参考书及文献,1徐邦裕，陆亚俊，马最良编.热泵 中国建筑工业出版社，19882 蒋能照.空调用热泵技术及应用 机械工业出版社，19973徐伟 等.地源热泵技术工程指南中国建筑工业出版社，19884马最良等.暖通空调热泵技术中国建筑工业出版社5暖通空调、制冷学报、Energy and building 和
2、Energy等有关的杂志,4,主要目标,课程目标1.了解和掌握热泵的基本理论、基本概念、各种不同的热泵系统的统组成、特征、热泵评价等基本知识，以及不同热泵系统的适用条件、注意事项、设计选用方法，具备基于热泵的能源系统设计和问题分析的专业知识，了解热泵的技术热点、发展趋势及前沿应用。,5,主要目标,课程目标2.了解和掌握热泵及其系统在工业与民用建筑通环境营造中，与其它能源系统的统筹协调应用，具备基于热泵的能源系统问题分析、综合方案设计和解决复杂工程问题的能力课程目标3.了解热泵技术及工程的发展现状和趋势，理解热泵技术在营造建筑环境时的节能减排作用，培养环境保护和可持续发展的意识，能够评价基于热泵
3、技术的工程对环境、社会可持续发展的影响。,第一章绪 论,1.1 能源与环境1.2 高位能与低位能1.3 热泵的定义1.4 热泵的种类1.5 热泵空调系统的分类1.6 热泵工质及其替代问题1.7 热泵在我国应用与发展的回顾1.8 热泵的历史,第一章 绪论,1.1 能源与环境,热泵的研究是基于两个热点问题，即能源问题和环境污染问题。能源的危机和矿物能源燃烧过程产生的有害物对生态环境的污染，是对现代人类生存的严重威胁与挑战。热泵技术是开发和强化高位能利用率的重要手段，是获取可再生能源及保持生态平衡的有效途径之一。,2010年，我国成为全球第一能源消耗大国，单位GDP能耗是世界平均水平的2.5倍，是美
4、国的3.3倍，是日本的5倍。,9,2010年，我国每年碳排放总量80亿吨，是美国碳排放总量的1.54倍；是欧洲碳排放总量的近两倍。,2013，世界/中国/欧盟/美国人均二氧化碳排放量为5/7.2/6.8/16.5吨。,1.1 能源与环境,资源与能源安全问题：我国“富煤、缺气、少油”现状，石油进口60%，燃气进口35%能源安全是国家发展建设的基本保障，对外依存度应有上限；大气污染治理雾霾的需要目前构成严重雾霾天气时的主要污染物是氮氧化合物：尾气、燃煤、燃气与燃煤相比，产生同样热量时，燃气排放的NOx是燃煤的60%70%；低碳发展，缓解气候变化2015年12月12日，巴黎协定在联合国气候变化大会上
5、通过，成为应对气候变化和适应其影响的国际性条约；通过减排，导2050年，使地球平均温度上升不超过2K；按照2K的目标，世界全年总排放量不能超过150亿吨，目前我国年排放100亿；,10,1.1 能源与环境,1.1 能源与环境,我国建筑能耗消耗巨大。建筑能耗是能源消费构成的重要部分，占相当大的比重，在发达国家已占到能源消费总量的3540。在我国也占到能源消费总量的25以上。其中约有80%的耗能量（约占总耗能量的20%）用于采暖、通风及空调应用。北方采暖地区已超过三成，呈不断上升趋势；在今后几十年里，暖通空调的发展将会为我国能源供应和环境保护带来巨大压力。提高能源利用效率已成为我国能源发展战略的基
6、本出发点。中国正处于工业化、城市化阶段，在未来20年具有保持GDP年均增长7左右以上的潜力，这就使我国的能源供应面临着必须保持年均递增力4左右的压力。,1.1 能源与环境,环境恶化问题。（1）最关注的全球性环境问题有：CO2、甲烷等产生的温室效应；二氧化硫、氮氧化合物等酸性物质引起的酸雨；（2）在过去的100年中，全球已升温0.30.6，使海平面上升1025 cm。预计到2100年，若CO2增加一倍，地球将升温1.53.5，海平面将上升1595 cm。气温上升，陆地面积减少，将会严重干扰人们的正常生活和生产。,1.1 能源与环境,国内城市大气污染严重。1998年世界卫生组织（WHO）公布的世界
7、大气污染最严重的10座城市中，中国占7席，即太原、米兰、北京、乌鲁木齐、墨西哥、兰州、重庆、济南、石家庄和德黑兰。2001年世界银行发展报告列举的世界污染最严重的20个城市中，中国占了16个；中国大气污染造成的损失已经占到GDP的37。近年来，伴随着工业化、城市化、现代化，我国的环境保护问题十分突出。原因：目前我国能源结构中煤占近70%左右，2016年约占（62%）,1.1 能源与环境,矿物能源的使用产生大量污染物(CO2、SO2、NOx、粉尘等)，造成严重的环境污染，我们感触最深的便是雾霾！,以哈尔滨为例，冬季大气PM2.5源解析显示,28.42%,26.93%,33%,11.65%,15,
8、1.1 能源与环境,16,1.1 能源与环境,1.1 能源与环境,目前人们公认，采用热泵技术是解决暖通空调系统的能源与环境问题的有效措施之一。因此发展与应用热泵空调已成为暖通空调制冷可持续发展的基本出发点之一。基于能源和环境现状、国内外政策和建筑节能的国内外发展趋势，热泵技术发展潜力巨大，应用前景广阔。,18,从环境看热泵的发展始终受到经济问题的制约，在目前的能源价格下，热泵有时是节能不省钱的。但由于环境污染问题的日益严重，使得热泵的发展又遇到了一个良好的机遇。由于环境问题，而不是经济问题，我们将会经历热泵发展的第二个兴旺期。从国际政策看2015年12月12日，巴黎协定在联合国气候变化大会上通
9、过，成为应对气候变化和适应其影响的国际性条约；通过减排，到2050年，使地球平均温度上升不超过2K；按照2K的目标，世界全年总排放量不能超过150亿吨，目前我国年排放100亿；按照减排要求，2050年我国碳排放总量应在35亿吨；即使届时全部能源改为天然气，碳排放总量仍为70亿吨；必须实现能源革命，彻底改变能源结构，以可再生能源和核能为主。,1.1 能源与环境,1.1 能源与环境,从国家政策看我国在中美气候变化联合声明中承诺：到2030年左右CO2排放达到峰值且将努力早日达峰；到2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%左右。国务院办公厅发布的能源发展战略行动计划（2014-2020年）
10、中明确，到2020年，一次能源消费总量控制在48亿吨标准煤左右，煤炭消费总量控制在42亿吨标准煤左右。到2020年，我国建筑建筑能耗控制在9.3亿吨标煤以内。其中，可再生能源利用占建筑总能耗13%以上（目前5左右）我国既有建筑面积已超过600亿m2，其中，绿色建筑比例不足0.5%。因此，既有建筑清洁及可再生能源利用任重而道远。,1.1 能源与环境,从国家政策看2016年，习近平总书记在中央财经领导小组第14次会议上强调：“推进北方地区冬季清洁取暖，关系北方地区广大群众温暖过冬，关系雾霾天能不能减少，是能源生产和消费革命、农村生活方式革命的重要内容”2017年，李克强总理在政府工作报告中提出：推
11、进北方地区冬季清洁取暖，完成以电代煤、以气代煤300万户以上，全面淘汰地级以上城市建成区燃煤小锅炉；因此，既有建筑清洁及可再生能源利用任重而道远。,试点示范期为三年，中央财政奖补资金标准根据城市规模分档确定，直辖市每年安排10亿元，省会城市每年安排7亿元，地级城市每年安排5亿元。将重点支持京津冀及周边地区大气污染传输通道“2+26”城市,1.2 高位能与低位能,1-水坝中的水；2-供水池；3-湖水中的水；4-水轮机；5-水泵,1.2 高位能与低位能,取水方案1 由水坝直接供水假设供水量为10吨/s，且不计机械摩擦损失和管路阻力损失。则方案1不需要外界作功，但将损失掉势能 101001000=1
12、06 kg.m/s 取水方案2 用水泵从湖中取水，由坝中的水驱动水轮机，水轮机再拖动水泵。用水坝中的水0.909吨/s,其作功值为0.909 1001000=9.09104 kg.m/s。拖动水轮机，从湖中取水9.09吨,即能完成取水任务。,由此可见，坝中的水和湖中的水，虽然都是水，但其价值是不同的。坝中的水具有作功能力，其价值也高。能量不仅有数量多少之分，也有质量问题。,1.2 高位能与低位能,若向室内供热10 kW，现有两种用电能的供暖方案方案1 直接用电加热，则需要10 kW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
13、诺循环工作，则所需要的电能为1.145kW,评价能源的价值时，既要看其数量，又要看其质量。能量按其质量可划分为高位能和低位能两种。同样热源可分为高位热源和低位热源。合理地使用高位能的问题是十分重要的。因为实际的能量利用过程有两个特性：量的守恒性和质的贬值性。任何用能过程实质上也可以说成能的量与质的利用过程。要使热能得到合理利用，必须合理使用高位能，必须做到按质用能。基于能量质量的概念，可提炼出合理利用能源的两个重要原则能量的梯级利用和能级的提升，从而克服了传统能量利用的分产分供方式,1.2 高位能与低位能,1.2 高位能与低位能,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
14、，“建筑节能”应更准确地表述为“建筑合理用能”。,1.3 热泵的定义,目前,标准、论文、书籍中有关“热泵”的定义与内涵却各不相同，常给人们一种模糊不清的热泵概念。因此,有必要做个概念明确的统一定义，其内涵要更全面、更准确。GB50155-99暖通空调术语标准 能实现蒸发器和冷凝器功能转换的制冷机新国际制冷词典(New International Dictionary of Refrigeration)以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统热泵徐邦裕、马最良等编 靠高位能拖动，迫使热量从低位热源流向高位热源的装置热泵的原理与应用郁永章编 把处于低位的热能输送至高位的机械制冷工程技术词典尉迟斌编 可连
15、续将热量从温度较低的物体（或环境）传递给温度较高物体的机械,1.3 热泵的定义,把“热泵”理解为制冷机、制冷系统、装置与机械，各不相同。显然热泵不是制冷机，也不是制冷系统，而应该是一种装置或称为机械。热泵概念的引出应从合理的使用高位能的角度引出。制冷机可以作为热泵的工作机。因为制冷循环既制造了低于环境温度的物质，并从环境温度下的物体中吸取热量，又制造了高于环境温度的热量，而获得供热效果，形成了所谓的热泵作用。把“热泵”理解为一种装置或机械还不够，而应明确是一种节能装置或节能机械。热泵：是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置。顾名思义，热泵也就是像泵那样，可以把不能直接利用的低位
16、热能(如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能、工业废热等)转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位能（如煤、燃气、油、电能等）的目的。,28,热泵可设想如右图所示的节能装置（或称节能机械），由动力机和工作机组成热泵机组。利用高位能来推动动力机（如汽轮机、燃气机、燃油机、电机等），然后在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，把低位的热能输送至高品位，以向用户供热。,低位能,环境温度,高于环境温度的热源,高位能,动力机,工作机,1.3 热泵的定义,1.3 热泵的定义,热泵系统,1.4 热泵的种类,1.4 热泵的种类,1.4 热泵的种类,1.4 热泵的种类,1.4 热泵的种类,1.5 热泵空调系统的分类,热泵空调系统,1.5 热泵空调系统的分类,1.6 热泵工质及其替代问题,1.6.1 蒸气压缩式热泵对工质的要求蒸气压缩式热泵是目前在暖通空调领域内应用最为广泛的一种热泵形式。因此，下面仅讨论蒸气压缩式热泵对工质的要求。通常，应满足下列要求。（1）热泵工质应具有优良的热力学特性。（2）热泵工质应具有优良的热物理性能。（3）热泵工质应具有良好的化学稳定性。（4）热泵工
