熱泵習題課及答案

1、一、計算題1：若向室內(nèi)供熱10kw，采用兩種用供熱方案，求所需電能的消耗量，并對比作出結論。（1）采用電阻式加熱器，直接加熱室內(nèi)空氣。（2）用電能拖動熱泵供熱。假設利用煉鋼廠廢熱，供熱溫度為10，向室內(nèi)供熱溫度為40 ，熱泵采用逆卡諾循環(huán)。解（1）采用電阻式加熱器，直接加熱室內(nèi)空氣，則需要供給的電能為10kw（2）用電能拖動熱泵供熱。假設利用煉鋼廠廢熱，供熱溫度為10，向室內(nèi)供熱溫度為40 ，熱泵采用逆卡諾循環(huán)，則需消耗電能 h=T2/（T2-T1）=（273+40）/（40-10）=10.4 W=Q/h=10/10.4=0.96 kw從上面的分析求解過程可以看到采用廢熱利用的熱泵供熱，非常節(jié)

2、約能源。2 作業(yè)題,畫出壓焓圖，標注，確定4個參數(shù)求解9項指標一水/水熱泵制熱時，工作條件為：冷凝器工作壓力為1MPa，蒸發(fā)器工作壓力為0.3Mpa，空調(diào)用供熱水進出口溫度分別為10、18，取傳熱溫差為5，冷凝器中過冷度為4，壓縮機進氣溫度為11、出氣溫度為40，理論輸氣量為Vh=0.012m3/s，壓縮機的輸氣系數(shù)為0.83，指示效率為0.9，機械效率為0.86，熱泵工質(zhì)為R407C。要求畫出壓焓圖，在圖上標注7點，求解如下9項指標：(1)單位質(zhì)量吸熱量(2)單位理論壓縮功(3)單位實際壓縮功(4)單位理論制熱量(5)單位實際制熱量(6)工質(zhì)循環(huán)流量(7)單位理論熱泵制熱量(8)壓縮機的軸功

3、率(9)熱泵實際制熱系數(shù)解：單級蒸氣壓縮式熱泵循環(huán)的熱力計算（重點） 4個狀態(tài)參數(shù)（壓焓圖上1、2、5、6點） 9個指標冷凝溫度tc=（10+18）/2+5=19過冷溫度 t5=tc-4=19-4=15已知t1=11，P1=0.3Mpa，查表得h1=424kJ/kg，v1=0.091m3/kg已知t2=40，P2=1Mpa， 查表得h2=440kJ/kg由t5=15，P5=1Mpa， 查表得h5=228.1kJ/kg得h6 = h5=228.1kJ/kg(1)單位質(zhì)量吸熱量 qe=h1-h6 =424-228.1=195.9 kJ/kg(2)單位理論壓縮功 wo=h2-h1 =440-428=

4、12 kJ/kg(3)單位實際壓縮功 we=wo/(0.9*0.86) =12/(0.9*0.86)=15.5 kJ/kg(4)單位理論制熱量 qho=h2-h5 =440-228.1=211.5 kJ/kg(5)單位實際制熱量 qh=qe+we =195.9+15.5=211.4 kJ/kg(6)工質(zhì)循環(huán)流量 G=Vh*0.83/v1 =0.012*0.83/0.091=0.11kg/s(7)熱泵制熱量 Qh= qh*G =211.4*0.11=23.3kw(8)壓縮機的實際功率 Pe=we*G =15.5*0.11=1.7kw(9)熱泵實際制熱系數(shù) COPh=qh/we =211.4/15

5、.5=13.6二、簡答題1高品位能和低品位能各指什么及區(qū)別答：高品位能是理論上可以完全轉化為功的能量（機械能，電能，化學能，高位的水力和風力）。低品位能是不能全部而只能部分的轉化為功的能量（內(nèi)能，低溫物質(zhì)）。2壓縮式熱泵由哪些基本設備組成，畫出簡單示意圖并標明熱泵制熱時熱量流向。答：由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器 膨脹閥基本設備組成。3 為什么空氣源熱泵在結霜工況下熱泵系統(tǒng)性能系數(shù)迅速衰減？霜層厚度不斷增加使得霜層熱阻增加，使蒸發(fā)器的換熱量大大減少導致蒸發(fā)溫度下降，蒸發(fā)溫度下降使得結霜加劇，結霜加劇又導致霜層熱阻進一步加劇，形成惡性循環(huán)。4土壤作為低位熱源特點：優(yōu)點：（1）全年地溫波動小，熱泵的制熱

6、性能系數(shù)較高。（2）埋地盤管不需除霜。（3）在采暖季節(jié)，土壤溫度并不是最低，熱泵供熱能力不會降到最低。（4）埋地盤管冬季從土壤中取出的熱量在夏季可通過熱傳導由地面補充，能起到蓄能的作用。缺點（1）土壤的導熱系數(shù)小，所以工質(zhì)與土壤之間的熱交換強度小，需要增加換熱面積，因而金屬耗量大。（2）土壤對金屬有腐蝕作用，故對埋地盤管應進行防腐處理。（3）在運行過程中，因采熱而引起地溫發(fā)生變化，地溫的變化又造成土壤源熱泵蒸發(fā)溫度的變化，使運行工況不穩(wěn)定。5 “熱泵總是節(jié)能的”這句話是否正確？為什么？為什么說合理使用高位能是非常重要的？不正確，熱泵節(jié)約了高位能。因為實際的能量利用過程具有兩個特性：量的守恒性和

7、質(zhì)的貶值性。任何用能過實質(zhì)上也可以說成能的量與質(zhì)的利用過程。要使熱能得到合理利用，必須合理使用高位能，必須做到按質(zhì)用能。6熱泵是什么？與制冷機組區(qū)別何在？熱泵是靠高位能拖動，迫使能量從低位熱源流向高位熱源的裝置。區(qū)別：（1）兩者的目的不同，如果目的是為了獲得高溫（制熱），也就是著眼于放熱至高溫部分，那就是熱泵；如果目的是為了獲得低溫（制冷），也就是著眼于從低溫熱源吸熱，那就是制冷機。（2）工作溫度不同。7 水源熱泵的特點與制約條件是什么？水源熱泵的特點：（1）屬可再生能源利用技術（2）高效節(jié)能（3）運行穩(wěn)定可靠（4）環(huán)境效益顯著（5）一機多用，應用范圍廣（6）自動運行。制約條件：（1）可利用水

8、源條件限制（2）水層的地理結構限制（3）投資的經(jīng)濟性。8 熱泵的主要分類有哪四種？答：1、按工作原理分2、按驅動方式分3、按熱源與供熱介質(zhì)的組合方式分4、按低位熱源分9 對蒸氣壓縮式熱泵工質(zhì)的有哪些要求？答：1熱物理性質(zhì) 臨界溫度應比冷凝溫度高得多 單位容積制熱量要大 飽和壓力應適中 絕熱指數(shù)要小，液體比熱要小 傳熱性能好 流動阻力小2對環(huán)境的友好性 大氣臭氧層 ODP值 溫室氣體 GWP值3其他要求良好的化學穩(wěn)定性對人的生命和健康無害經(jīng)濟性，價廉易得與水的溶解關系與潤滑油具有親和性（溶解度大小利弊） 10 判斷下列熱泵簡圖的類型，并指出熱泵制熱時的蒸發(fā)器與制冷器。土壤/水熱泵土壤/空氣熱泵三

9、、填空題（每題一分）1. 常用的熱泵工質(zhì)有_等，寫出兩種自然熱泵工質(zhì)_。 R22，R134a，R407c， 氨和二氧化碳2. 壓縮式熱泵系統(tǒng)中，膨脹閥的作用是_。節(jié)流降壓3. 熱泵的驅動能源有_。電驅動、熱驅動和發(fā)動機驅動4. 熱泵系統(tǒng)常用的熱源種類有_?？諝狻⑺?、土壤、太陽能5 熱泵工質(zhì)R22的替代，用新型工質(zhì)_不用改換回路只需更換潤滑油即可。R407c6 蒸氣壓縮式熱泵常用壓縮機的類型有_?；钊綁嚎s機、離心式壓縮機、渦旋式壓縮機、螺桿式壓縮機7 蒸氣壓縮式熱泵機組有_。水/水熱泵機組、空氣/水熱泵機組、水/空氣熱泵機組和空氣/空氣熱泵機組8熱泵用壓縮機的特點和要求是_。1.熱泵用壓縮機的工作溫度范圍更寬，2.熱泵用壓縮機的抗液擊能力更強9 空氣源熱泵會出現(xiàn)的典型問題是_。結霜形成的惡性循環(huán)10對蒸氣壓縮式熱泵工質(zhì)的熱物理性質(zhì)要求有_。臨界溫度應比冷凝溫度高得多、單位容積制熱量要大、飽和壓力應適中、絕熱指數(shù)要小、液體