第二章

熱泵的理論循環(huán)2.1逆卡諾循環(huán)（ReverseCarnotCycle）2.2勞侖茲循環(huán)（LorehzCycle）2.3蒸氣壓縮式熱泵的理論循環(huán)2.4布雷頓循環(huán)（BragtonCycle）2.5斯特林（Stirling）循環(huán)2.6吸收式熱泵理論循環(huán)2.7溫差電熱泵2.8CO2跨臨界熱泵循環(huán)第二章熱泵的理論循環(huán)3熱泵的工作原理與制冷的原理相同，但它們工作的溫度范圍不同。圖中TA是環(huán)境溫度，Te是低溫物體的溫度，Th是高溫物體的溫度。按熱泵驅動功的型式，可把常見的熱泵分為多種形式：（1）蒸氣壓縮式熱泵；（2）吸收式熱泵；（3）溫差電熱泵（熱電熱泵）；（4）蒸汽噴射式熱泵。只討論前三種型式熱泵的理論循環(huán)。2.1逆卡諾循環(huán)（ReverseCarnotCycle）2.1逆卡諾循環(huán)（ReverseCarnotCycle）2.2勞侖茲循環(huán)（LorehzCycle）2.3蒸氣壓縮式熱泵的理論循環(huán)蒸氣壓縮式熱泵同蒸氣壓縮式制冷一樣，其工作原理如圖2-8所示。我們知道一臺最簡單的蒸氣壓縮式熱泵是由壓縮機、冷凝器、節(jié)流機構、蒸發(fā)器組成。2.3蒸氣壓縮式熱泵的理論循環(huán)2.4布雷頓循環(huán)（BragtonCycle）布雷頓熱泵理論循環(huán)應具有如下的條件：（1）氣體在壓縮機與膨脹機中的壓縮和膨脹過程都是等熵過程；（2）氣體與被冷卻物體和加熱物體之間必須在無溫差情況下相互傳熱；（3）不計氣體在高壓熱交換器與低壓熱交換器中流動阻力損失。2.5斯特林（Stirling）循環(huán)2.5斯特林（Stirling）循環(huán)實際上實現理論斯特林循環(huán)有一定困難，主要表現在：（1）圖2-12中活塞的運動應是間歇的，這是難以實現的；（2）回熱器應是無阻力的，其換熱效率應是100％；（3）認為與外部熱源的熱交換是無溫差的理想過程2.6吸收式熱泵理論循環(huán)2.6吸收式熱泵理論循環(huán)14卡諾循環(huán)熱機效率逆卡諾循環(huán)的制熱系數2.6吸收式熱泵理論循環(huán)吸收式熱泵以熱能為動力，利用二元或多元工質對實現循環(huán)過程，與蒸氣壓縮式熱泵相比，有如下特點：（1）可以利用各種熱能驅動。除利用鍋爐蒸汽的熱能、燃氣和燃油燃燒產生的熱能外，還可利用廢熱、廢氣、廢水和太陽能等低品位熱能，熱電站和熱電冷聯供系統等集中供應的熱能，從而節(jié)省初級能源的消耗。（2）可以大量節(jié)約用電，平衡熱電站的熱電負荷。2.6吸收式熱泵理論循環(huán)（3）吸收式熱泵結構簡單，運動部件少，安全可靠。除了泵和閥件外，絕大部分是換熱器，運行時沒有振動和噪聲，安裝時無特殊要求，維護管理方便。（4）以水或氨等為制冷劑，其消耗臭氧潛能值ODP（OzoneDepletionPotential）和全球變暖潛能值GWP（GlobalWarmingPotential）均為零，對環(huán)境和大氣臭氧層無害。（5）吸收式熱泵的性能系數低于蒸氣壓縮式熱泵2.7溫差電熱泵

兩接頭之間的總導熱系數電路中的電流電偶得溫差電動系數電偶的電阻2.7溫差電熱泵溫差電熱泵（又稱熱電熱泵、珀爾帖熱泵）是建立在珀爾帖效應的原理上的。當一塊N型半導體（電子型）和一塊P型半導體（空穴型）聯結成電偶（如圖），在這個電路中接上一個直流電源，并流過電流時，就發(fā)生能量的轉移，在一個接頭上放出熱量，而在另一個接頭上吸收熱量。這種現象稱為珀爾帖效應。2.8CO2跨臨界熱泵循環(huán)

CO2的臨界溫度接近環(huán)境溫度，根據循環(huán)的外部條件，可實現三種循環(huán)。（1）亞臨界循環(huán)（SubcriticalCycle）（2）跨臨界循環(huán)（TranscriticalCycle）（3）超臨界循環(huán)（HypercriticalCycle）2.8CO2跨臨界熱泵循環(huán)2.8.1CO2性能分析CO2是一種無毒、無害且不可燃的天然物質ODP值為0，其GWP值為1，是一種環(huán)境友好型的制冷劑211安全性CO2的飽和壓力值較高222熱物理性能不同制冷劑在不同溫度下的飽和壓力2.8.1CO2性能分析CO2的單位容積制冷量相當大232熱物理性能不同制冷劑在不同溫度下的單位容積制冷量2.8.1CO2性能分析在-30℃至-10℃時，CO2的壓降最小當高于0℃時，只有氨的壓降略小于CO2242熱物理性能不同制冷劑在不同溫度下的壓力降與CO2的壓力降的比值2.8.1CO2性能分析從-50℃到30℃，液態(tài)NH3的粘度比液態(tài)CO2的粘度平均高出89%隨著溫度的升高，兩者相差比例越來越大252熱物理性能溫度（℃）-50-40-30-20-100102030粘度（厘泊）NH30.3570.3050.2640.2310.2050.1830.1640.1490.136CO20.1960.1810.1590.1380.120.1020.08610.07150.0508液態(tài)下CO2和NH3的粘度對比2.8.1CO2性能分析CO2三相點的壓力為0.518MPa，溫度為-56.6℃臨界溫度為31.1℃，臨界壓力為7.38MPa262熱物理性能CO2三相圖2.8.1CO2性能分析鑒于CO2的性質，一般來說，當環(huán)境溫度高于30℃左右時，CO2循環(huán)過程就是一個跨臨界過程CO2在跨臨界循環(huán)過程中，會造成制冷量的減少以及壓縮機功耗的增加。從而降