2熱泵的基本工作原理與評(píng)價(jià)

高位能與低位能

熱泵的定義熱泵的基本工作原理

熱泵的種類(lèi)與形式熱泵的評(píng)價(jià)

12.1高位能和低位能1-水壩中的水；2-供水池；3-湖水中的水；4-水輪機(jī)；5-水泵2不同取水方案比較

取水方案1由水壩直接供水。假設(shè)供水量為10噸/s，且不計(jì)機(jī)械摩擦損失和管路阻力損失。則方案1不需要外界作功，但將損失掉勢(shì)能10×100×1000=106

kg.m/s

取水方案2用水泵從湖中取水，由壩中的水驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)，水輪機(jī)再拖動(dòng)水泵。用水壩中的水0.909噸/s,其作功值為0.909×100×1000=9.09×104

kg.m/s。拖動(dòng)水輪機(jī)，從湖中取水9.09噸,即能完成取水任務(wù)。3由此可見(jiàn)，壩中的水和湖中的水，雖然都是水，但其價(jià)值是不同的。壩中的水具有作功能力，其價(jià)值也高。能量不僅有數(shù)量多少之分，也有質(zhì)量問(wèn)題。4不同供熱方案的比較

方案1直接用電加熱，則需要10kW電能。

方案2采用熱泵供熱，即用電能拖動(dòng)熱泵機(jī)組向室內(nèi)供熱。假定供熱溫度45℃，低溫物體溫度0℃，如果熱泵按理想的逆卡諾循環(huán)工作，則所需要的電能為1.145kW熱負(fù)荷10kW5不同溫度下的能量比較室溫下的4.1868kJ的熱量100℃下的4.1868kJ的熱量相比，數(shù)量相等，但其質(zhì)量卻不同。6

綜上所述，可以說(shuō)明以下幾點(diǎn):評(píng)價(jià)能源的價(jià)值時(shí)，既要看其數(shù)量，又要看其質(zhì)量。能量按其質(zhì)量可劃分為高位能和低位能兩種。同樣，熱源也可分為高位熱源和低位熱源。

合理地使用高位能的問(wèn)題是十分重要的。因?yàn)閷?shí)際的能量利用過(guò)程有兩個(gè)特性：量的守恒性和質(zhì)的貶值性。任何用能過(guò)程實(shí)質(zhì)上也可以說(shuō)成能的量與質(zhì)的利用過(guò)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。7由燃料直接提供采暖等所需的低位能，即使在不損失熱量的條件下,室內(nèi)所得到的熱量最多為燃料發(fā)熱量的100%，也應(yīng)該說(shuō)是一種巨大的浪費(fèi)。因?yàn)?在這種情況下，儲(chǔ)藏在燃料中的化學(xué)能所具有的作功能力未加以合理利用而被貶值了。8節(jié)約能量的途徑，過(guò)去認(rèn)為不用能即節(jié)能，實(shí)際上應(yīng)該提高能量的利用率，“建筑節(jié)能”應(yīng)更準(zhǔn)確地表述為“建筑合理用能”。92.2熱泵的定義

目前,標(biāo)準(zhǔn)、論文、書(shū)籍中有關(guān)“熱泵”的定義與內(nèi)涵卻各不相同，常給人們一種模糊不清的熱泵概念。因此,有必要做個(gè)概念明確的統(tǒng)一定義，其內(nèi)涵要更全面、更準(zhǔn)確。10不同同文文獻(xiàn)獻(xiàn)中中熱熱泵泵的的定定義義GB50155-99<暖通通空空調(diào)調(diào)術(shù)術(shù)語(yǔ)語(yǔ)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)>“熱熱泵泵””的的解解釋釋是是““能能實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)蒸蒸發(fā)發(fā)器器和和冷冷凝凝器器功功能能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換的的制制冷冷機(jī)機(jī)””。。在<新新國(guó)國(guó)際際制制冷冷詞詞典典>(NewInternationalDictionaryofRefrigeration)“熱泵泵”的定定義義是是““以以冷冷凝凝器器放放出出的的熱熱量量來(lái)來(lái)供供熱熱的的制制冷冷系系統(tǒng)統(tǒng)””。。11<熱熱泵泵>徐徐邦邦裕裕、、馬馬最最良良等等編編“熱熱泵泵””定定義義為為““靠靠高高位位能能拖拖動(dòng)動(dòng)，，迫迫使使熱熱量量從從低低位位熱熱源源流流向向高高位位熱熱源源的的裝裝置置。。《熱熱泵泵的的原原理理與與應(yīng)應(yīng)用用》》（（郁郁永永章章編編））“熱熱泵泵””是是把把處處于于低低位位的的熱熱能能輸輸送送至至高高位位的的機(jī)機(jī)械械””。《制制冷冷工工程程技技術(shù)術(shù)詞詞典典》》（（尉尉遲遲斌斌編編））熱泵泵解解釋釋為為““可可連連續(xù)續(xù)將將熱熱量量從從溫溫度度較較低低的的物物體體（（或或環(huán)環(huán)境境））傳傳遞遞給給溫溫度度較較高高物物體體的的機(jī)機(jī)械械””。。12熱泵泵定定義義的的剖剖析析與與看看法法把““熱熱泵泵””理理解解為為制制冷冷機(jī)機(jī)、、制制冷冷系系統(tǒng)統(tǒng)、、裝裝置置與與機(jī)機(jī)械械，，各各不不相相同同。。顯顯然然熱熱泵泵不不是是制制冷冷機(jī)機(jī)，，也也不不是是制制冷冷系系統(tǒng)統(tǒng)，，而而應(yīng)應(yīng)該該是是一一種種裝裝置置或或稱稱為為機(jī)機(jī)械械。。熱熱泵泵概概念念的的引引出出應(yīng)應(yīng)從從合合理理的的使使用用高高位位能能的的角角度度引引出出。。制冷冷機(jī)機(jī)可可以以作作為為熱熱泵泵的的工工作作機(jī)機(jī)。。因因?yàn)闉橹浦评淅溲h(huán)環(huán)既既制制造造了了低低于于環(huán)環(huán)境境溫溫度度的的物物質(zhì)質(zhì)，，并并從從環(huán)環(huán)境境溫溫度度下下的的物物體體中中吸吸取取熱熱量量，，又又制制造造了了高高于于環(huán)環(huán)境境溫溫度度的的熱熱量量，，而而獲獲得得供供熱熱效效果果，，形形成成了了所所謂謂的的熱熱泵泵作作用用。。把““熱熱泵泵””理理解解為為一一種種裝裝置置或或機(jī)機(jī)械械還還不不夠夠，，而而應(yīng)應(yīng)明明確確是是一一種種節(jié)節(jié)能能裝裝置置或或節(jié)節(jié)能能機(jī)機(jī)械械13熱泵泵的的定義義與與內(nèi)內(nèi)涵涵熱泵泵：：是一一種種利利用用高高位位能能使使熱熱量量從從低低位位熱熱源源流流向向高高位位熱熱源源的的節(jié)節(jié)能能裝裝置置。。顧名名思思義義，，熱熱泵泵也也就就是是像像泵泵那那樣樣，，可可以以把把不不能能直直接接利利用用的的低低位位熱熱能能(如如空空氣氣、、土土壤壤、、水水中中所所含含的的熱熱能能、、太太陽(yáng)陽(yáng)能能、、工工業(yè)業(yè)廢廢熱熱等等)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為可可以以利利用用的的高高位位熱熱能能，，從從而而達(dá)達(dá)到到節(jié)節(jié)約約部部分分高高位位能能（（如如煤煤、、燃燃?xì)鈿?、、油油、、電電能能等等））的的目目的的。?4熱泵定義義內(nèi)涵的的理解：：熱泵雖然然需要消消耗一定定量的高高位能，，但所供供給用戶戶的熱量量卻是消消耗的高高位熱能能與吸取取的低位位熱能的的總和。。因此，，熱泵是是一種節(jié)節(jié)能裝置置。15低位能環(huán)境溫度度高于環(huán)境境溫度的的熱源高位能動(dòng)力機(jī)工作機(jī)16熱泵既遵遵循熱力力學(xué)第一一定律，，在熱量量傳遞與與轉(zhuǎn)換的的過(guò)程中中，遵循循著守恒恒的數(shù)量量關(guān)系；；又遵循循著熱力力學(xué)第二二定律，，熱量不不可能自自發(fā)的、、不付代代價(jià)的、、自動(dòng)的的從低溫溫物體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移至高高溫物體體。在熱熱泵定義義中明確確指出，，熱泵是是靠高位位能拖動(dòng)動(dòng)，迫使使熱量由由低溫物物體傳遞遞給高溫溫物體。。172.3熱泵的基基本工作作原理熱泵的工工作原理理與制冷冷的原理理相同，，但它們們工作的的溫度范范圍不同同。圖中TA是環(huán)境溫溫度，Te是低溫物物體的溫溫度，Th是高溫物物體的溫溫度。按熱泵驅(qū)驅(qū)動(dòng)功的的型式，，可把常常見(jiàn)的熱熱泵分為為多種形形式：18機(jī)械壓縮縮式熱泵泵19吸收式熱熱泵；20蒸汽噴射射式熱泵泵；21帖爾帖熱熱泵（熱熱電熱泵泵22吸附式熱熱泵23熱泵的制制熱性能能系數(shù)：：24機(jī)械壓縮縮式熱泵泵（理想情況況，卡諾諾循環(huán)））25機(jī)械壓縮縮式熱泵泵（實(shí)際循環(huán)環(huán)）國(guó)外研制制的熱泵泵裝置，，其制熱熱性能系系數(shù)一般般為3—6之間。262.4熱泵的種種類(lèi)與形形式熱泵可按按多種特特征進(jìn)行行分類(lèi)按低位熱熱源分：：按熱泵與與供熱介介質(zhì)的組組合方式式分按用途分分按供熱溫溫度分按熱泵循循環(huán)的驅(qū)驅(qū)動(dòng)方式式分27按低位熱熱源分空氣源熱熱泵水源熱泵泵（地表表水、地地下水、、生活廢廢水、工工業(yè)廢水水）土壤源熱熱泵太陽(yáng)能熱熱泵等28按熱泵與與供熱介介質(zhì)的組組合方式式分空氣/空氣熱泵泵空氣/水熱泵水/空氣熱泵泵水/水熱泵土壤/空氣熱泵泵土壤/水熱泵低溫?zé)嵩丛?熱媒：29按用途分分小型水加加熱器美美國(guó)1988年已運(yùn)行行的熱泵泵熱水器器達(dá)200多萬(wàn)臺(tái)。全年運(yùn)行行的空調(diào)調(diào)和采暖暖熱泵同時(shí)供熱熱供冷熱熱泵同時(shí)供熱熱供冷熱熱泵廢熱利用用熱泵蒸氣壓縮縮機(jī)及蒸蒸餾裝置置30裝置的用途用熱用冷魚(yú)類(lèi)加工廠清洗用溫水制冷肉類(lèi)加工廠清洗用溫水冷卻和制冷農(nóng)舍清洗機(jī)器和清潔用溫水牛奶冷卻、空調(diào)用冷乳品廠清洗用溫水牛奶冷卻、儲(chǔ)存室冷卻屠宰場(chǎng)清洗用溫水冷藏庫(kù)及速凍間溜冰場(chǎng)采暖、游泳池冰場(chǎng)制冷大型冷庫(kù)供熱、出售熱量冷藏間啤酒廠溫水啤酒窖及麥芽汁冷卻工業(yè)能源中心溫水和熱水冷鹽水、冰、冰水同時(shí)供熱熱供冷熱熱泵31裝置用途用熱廢熱來(lái)源洗衣房熱水廢水旅館、醫(yī)院溫水廢水印染和其他紡織工業(yè)熱水、熱堿水廢水造紙和其他加工工業(yè)熱水、干燥過(guò)程排氣、廢水麥芽作坊干燥室蒸氣農(nóng)用空調(diào)裝置采暖、熱水馬棚、孵化室等香蕉催熟裝置催熟間冷藏室干燥裝置干燥空氣排氣、排出的空氣去濕廢熱利用用熱泵32按供熱溫溫度分低溫?zé)岜帽茫釤釡囟龋迹?00℃℃高溫?zé)岜帽?，供熱熱溫度?00℃按熱泵循循環(huán)的驅(qū)驅(qū)動(dòng)方式式分電動(dòng)機(jī)驅(qū)驅(qū)動(dòng)—電動(dòng)熱泵泵；熱力驅(qū)動(dòng)動(dòng)熱泵—熱能驅(qū)動(dòng)動(dòng)，如吸吸收式熱熱泵、蒸蒸氣噴射射式熱泵泵；發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)（內(nèi)燃燃機(jī)、氣氣輪機(jī)、、燃?xì)鈾C(jī)機(jī)等）。33常見(jiàn)閉式式蒸汽壓壓縮循環(huán)環(huán)熱泵圖示3435363738394041422.5熱泵的評(píng)價(jià)價(jià)在暖通空調(diào)調(diào)工程中采采用熱泵節(jié)節(jié)能的經(jīng)濟(jì)濟(jì)評(píng)價(jià)問(wèn)題題十分復(fù)雜雜，影響因因素很多，，其中主要要有負(fù)荷特性、、系統(tǒng)特性、、地區(qū)氣候候特性、低低位熱源特特性、設(shè)備備價(jià)格、設(shè)設(shè)備使用壽壽命、燃料料價(jià)格、電電力價(jià)格等。但總的原則則圍繞著兩兩方面，即節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。43幾個(gè)評(píng)價(jià)指