熱泵原理緒論

熱泵的起源熱泵這個名詞最早在歐洲使用約在本世紀(jì)初。但就壓縮式熱泵的理論來說，可追溯到1824年法國物理學(xué)家卡諾〔S.Carnot〕發(fā)表的著名論文。19世紀(jì)初，英國物理學(xué)家焦耳〔J.P.Joule〕論證了改變氣體的壓力能引起溫度變化的原理。英國湯姆森〔W.Thomson〕教授，以后改名為開爾文〔Lord.Kelvin〕勛爵，于1852年發(fā)表的論文中首先提出并描述了關(guān)于熱泵的設(shè)想。當(dāng)時稱為熱量倍增器(Heatmultiplier)。能量倍增器供熱需求量及由熱泵供熱的百分比

二、熱泵的分類與根本圖式1．分類1．按工作原理分〔1〕蒸氣壓縮式這是熱泵中最為普遍而廣為應(yīng)用的一種形式。在這類熱泵中，熱泵工質(zhì)通常在由壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置及蒸發(fā)器等部件組成的系統(tǒng)中進行循環(huán)?！?〕氣體壓縮式 與蒸氣壓縮式熱泵的區(qū)別在于這類熱泵中工質(zhì)始終以氣態(tài)進行循環(huán)而不發(fā)生相變?！?〕蒸氣噴射式以蒸氣噴射泵代替機械壓縮機。其余的工作原理均與蒸氣壓縮式相同。作為驅(qū)動力的蒸氣可來自鍋爐，也可利用工藝過程中的水蒸氣或其他蒸氣?！?〕吸收式吸收式熱泵通常由發(fā)生器、冷凝器、吸收器、蒸發(fā)器及節(jié)流閥等組成。吸收式熱泵的工質(zhì)最常見的有水一溴化鋰工質(zhì)為水，吸收劑為溴化鋰〕，氨一水〔工質(zhì)為氨。吸收劑為水〕及其他?？砂雌涔釡囟鹊纳舷路譃榈谝活悺苍鰺嵝汀碂岜眉暗诙悺采郎匦汀碂岜谩！?〕熱電式波爾帖〔Peltier〕效應(yīng)。優(yōu)點：無運動件、工作可靠、壽命長、控制調(diào)節(jié)方便，振動小、噪聲低、無環(huán)境污染。缺點：熱電堆元件的本錢高、效率低?！?〕化學(xué)熱泵利用化學(xué)反響吸收、吸附、濃度差等現(xiàn)象或化學(xué)反響等原理制成的熱泵。目前尚處研究階段。2．按熱源分熱泵的熱源〔HeatSource〕往往是低品位的，可分為：〔l〕空氣；〔2〕地表水〔又可分為江河、湖泊、海水等〕；〔3〕地下水；〔4〕城市自來水；〔5〕土壤；〔6〕太陽能；〔7〕廢熱〔水氣〕等。3．按用途分1〕住宅用，制熱量為1~70kw；2〕商業(yè)及農(nóng)業(yè)用，制熱量為2~120kw；3〕工業(yè)用，制熱量為0.1~10MW。工業(yè)用的還可進一步劃分為干操用，工藝過程濃縮．蒸餾等用。4．按供熱溫度分〔1〕低溫?zé)岜茫釡囟龋?0℃；〔2〕高溫?zé)岜?，供熱溫度?00℃。5．按驅(qū)動方式分〔l〕電動機驅(qū)動；〔2〕熱驅(qū)動。熱驅(qū)動又可分為熱能驅(qū)動〔如吸收式、蒸氣噴射式熱泵〕及發(fā)動機驅(qū)動〔如內(nèi)燃機、汽輪機驅(qū)動等〕。6．按熱源與供熱介質(zhì)的組合方式分〔1〕空氣一空氣熱泵；〔2〕空氣一水熱泵；〔3〕水一水熱泵；〔4〕水一空氣熱泵；〔5〕土壤一空氣熱泵；〔6〕土壤一水熱泵等。7．按熱泵的功能分

〔1〕單純制熱；〔2〕交替制冷與制熱；〔3〕同時制冷與制熱。8．按壓縮機類型分

〔1〕往復(fù)活塞式；〔2〕渦旋式；〔3〕滾動轉(zhuǎn)子式；〔4〕螺桿式；〔5〕離心式等。9．按熱泵機組的安裝形式分

〔1〕單元式熱泵機組；〔2〕分體式熱泵機組；〔3〕現(xiàn)場安裝式熱泵機組。10．按熱量的提升分(1〕初級熱泵〔PrimaryHeatPump)。利用天然能源如室外空氣、地表水、地下水或土壤等為熱源；〔2〕次級熱泵〔SecondaryheatPump〕。以排出的廢水、廢氣、廢熱等為熱源；(3〕第三級熱泵〔TertiaryheatPump)，與初級或次級熱泵聯(lián)合使用，將前一級熱泵制取的熱量再升溫。2系統(tǒng)根本圖式〔1〕熱泵根本循環(huán)1〕閉式蒸氣壓縮循環(huán)

2〕帶有換熱器的機械蒸氣再壓縮循環(huán)3〕開式蒸氣再壓縮循環(huán)4〕熱驅(qū)動朗肯循環(huán)〔2〕熱泵型式1〕空氣一空氣熱泵2〕空氣一水熱泵3〕水一空氣熱泵地下水熱泵地表水熱泵內(nèi)部熱源熱泵太陽能輔助熱泵廢水源熱泵4〕水一水熱泵5〕大地耦合式3．熱泵的熱力經(jīng)濟性指標(biāo)〔1〕熱泵的性能系數(shù)COP(CoefficientofPerformance〕壓縮式熱泵

吸收式熱泵制熱量與輸入熱能的比值

〔2〕制熱季節(jié)性能系數(shù)HSPE(HeatingseasonalPerformanceFactor〕HSPF=供熱季節(jié)熱泵總的制熱量／供熱季節(jié)熱泵總的輸人能量季節(jié)能效比SEER〔SeasonalEnergyEfficiencyRatio〕熱泵技術(shù)的應(yīng)用與開展世界范圍熱泵技術(shù)的應(yīng)用歐洲國家熱泵技術(shù)的應(yīng)用我國熱泵技術(shù)的應(yīng)用世界范圍內(nèi)熱泵技術(shù)的應(yīng)用在今年4月24日—29日在土耳其安塔利亞召開的世界地?zé)釁f(xié)會2005年年會上，英、美、德、瑞士、瑞典的五位科學(xué)家和實業(yè)家從全球角度分析地?zé)岷偷卦礋岜玫拈_展態(tài)勢，并提供重要論文《地源熱泵—地能的普遍應(yīng)用：當(dāng)前世界動態(tài)》熱泵技術(shù)的應(yīng)用分類

(2005國際地?zé)釙h)2004全球地能熱泵應(yīng)用統(tǒng)計

compiledfromdatainLundetal.(2005),WGC2005,byL.Rybach2004全球地源熱泵應(yīng)用排名

compiledandevaluatedfromdatainLundetal.(2005),WGC2005,byL.Rybach

THETOPFIVE

Therankingresultscanbeexpressedbylistingthe“medalwinners〞1strank(?Gold“):Denmark,Sweden3x;USA1x2ndrank(?Silver“):Sweden,Switzerland2x;Denmark,Norway,USA1x3rdrank(?Bronze“):SwedenandSwitzerland2x;China,Denmark,Norway1x2004全球地源熱泵應(yīng)用排名

compiledandevaluatedfromdatainLundetal.(2005),WGC2005,byL.Rybach

前5名

Therankingresultscanbeexpressedbylistingthe“medalwinners〞第一名(?金獎“):丹麥瑞典各三次;美國一次第二名(?銀獎“):瑞典瑞士各兩次丹麥挪威美國各一次第三名(?銅獎“):瑞典瑞士各兩次中國丹麥挪威各一次歐洲各國熱泵應(yīng)用現(xiàn)狀

楊自強趙琰《暖通空調(diào)》2005,35(2):31-34歐洲各國熱泵銷量

楊自強趙琰《暖通空調(diào)》2005,35(2):31-34我國熱泵應(yīng)用與開展

我國熱泵的應(yīng)用與開展分為以下幾個階段早期熱泵的應(yīng)用與開展階段〔1966年以前〕熱泵應(yīng)用與開展的斷裂期〔1966~1977年〕熱泵應(yīng)用與開展的全面復(fù)蘇期〔1978~1988年〕熱泵應(yīng)用與開展的興旺期〔1989~1999年〕進入21世紀(jì)后熱泵開展面臨挑戰(zhàn)也面臨開展的新局面〔2000~2003年〕早期熱泵的應(yīng)用與開展階段

(1966年以前)相對世界熱泵的開展，我國熱泵的研究工作起步約晚20~30年早在20世紀(jì)50年代初，天津大學(xué)已經(jīng)開始從事熱泵的研究工作1956年呂燦仁教授的“熱泵及其在我國應(yīng)用的前途〞20世紀(jì)60年代，我國開始在暖通空調(diào)中應(yīng)用熱泵1960年同濟吳沈釔教授的“簡介熱泵供暖并建議濟南市試用熱泵供暖〞1963年原華東建筑設(shè)計院與上海冷氣機廠開始研制熱泵式空調(diào)器1965年上海冰箱廠研制成功了我國第一臺熱泵型窗式空調(diào)器1965年天津大學(xué)與天津冷氣機廠研制成國內(nèi)第一臺水源熱泵空調(diào)機組1966年天津大學(xué)又與鐵道部四方車輛研究所合作，進行干線客車的空氣/空氣熱泵試驗1965年，原哈爾濱建筑工程學(xué)院首次提出應(yīng)用輔助冷凝器作為恒溫恒濕空調(diào)機組的二次加熱器的新流程，這是世界首創(chuàng)的新流程1966年原哈爾濱建筑工程學(xué)院與哈爾濱空調(diào)機廠共同開始研制利用制冷系統(tǒng)的冷凝廢熱作為空調(diào)二次加熱的新型立柜式恒溫恒濕熱泵式空調(diào)機熱泵應(yīng)用與開展的斷裂期〔1966~1977年〕沒有一篇有關(guān)熱泵方面的學(xué)術(shù)論文報道與正式出版過有關(guān)熱泵的譯作、著作等國內(nèi)沒有舉辦過一次有關(guān)熱泵的學(xué)術(shù)研討會，也沒有參加過任何一次國際熱泵學(xué)術(shù)會議，與世隔絕十余年。全國高校一律停課鬧“革命〞。但是原哈爾濱建筑工程學(xué)院徐邦裕、吳元煒領(lǐng)導(dǎo)科研小組在1966~1969年期間堅持了LHR20熱泵機組的研制收尾工作，于1969年通過技術(shù)鑒定，這是在“文化大革命〞時期全國唯一的熱泵科研工作。而后，哈爾濱空調(diào)機廠開始小批量生產(chǎn)，首臺機組安裝在黑龍江省安達市總機修廠精加工車間，現(xiàn)場實測的運行效果完全到達20±1℃，60±10%的恒溫恒濕的要求，這是我國第一例以熱泵機組實現(xiàn)的恒溫恒濕工程。熱泵應(yīng)用與開展的興旺期〔1989~1999年〕房間空調(diào)器的生產(chǎn)已成為世界生產(chǎn)大國20世紀(jì)90年代，熱泵在我國的應(yīng)用范圍迅速擴大正式發(fā)表有關(guān)熱泵方面論文270篇，是1978~1988年間的10倍全國有9個主要刊物登載有關(guān)熱泵方面的論文，是1978~1988年刊登熱泵方面論文的刊物數(shù)的2.26倍全國正式出版熱泵著作和譯著共6部，其中我國學(xué)者編寫或編著的熱泵著作4部，是80年代的2倍熱泵專利總數(shù)161項，是1978~1988年熱泵專利總數(shù)的20倍多。而創(chuàng)造專利1989~1999年為77項，是1978~1988年熱泵創(chuàng)造專利數(shù)的15.4倍全國高校研究生以熱泵技術(shù)為論文題目者，90年代約有39名，是80年代的3.9倍。曾研究過熱泵技術(shù)的高校，90年代約有11所，是80年代的5.5倍熱泵應(yīng)用與開展的全面復(fù)蘇期〔1978~1988年〕大量出版譯著。1978~1988年間正式出版8本熱泵書，其中譯著6本，占75%。1986年一年出版了3本譯著。另外，還有許多未正式出版的譯文資料集國內(nèi)刊物積極刊登有關(guān)熱泵的譯文。1978~1988年間共發(fā)表27篇論文，其中譯文占26%對國外熱泵產(chǎn)品進行測試，以便找出我國現(xiàn)有熱泵產(chǎn)品與國外的差距，為我國開發(fā)、生產(chǎn)新產(chǎn)品提供參考數(shù)據(jù)積極參加國際學(xué)術(shù)交流。制冷學(xué)會先后于1979、1983、1987年組團參加了15、16、17屆國際制冷會議，并組織翻譯“第15屆國際制冷大會〞論文譯叢。1984年派代表參加了在英國舉辦的第二屆國際熱泵大規(guī)模應(yīng)用專題討論會進入21世紀(jì)熱泵開展面臨的新局面〔2000~2003年〕2000年至2003年四年間，專利總數(shù)287項，是1989~1999年專利平均數(shù)的4.9倍。創(chuàng)造專利2000~20003年間共119項，年平均29.75項，是1989~1999年創(chuàng)造專利平均數(shù)的4.25倍。進入新世紀(jì)，正式出版有關(guān)熱泵方面的書籍共3部，其中我國學(xué)者編著2部，占總出版數(shù)的2/3，改變了以往譯著居多的局面，走向自主開展之路。2000~2003年中熱泵文獻數(shù)量劇增，如2003年文獻數(shù)是1999年文獻