暖通空調(diào)熱泵技術(shù)

第1章導(dǎo)論與基礎(chǔ)

基本概念

?在理論上可以完全轉(zhuǎn)化為功的能量，稱為高位能，或稱高質(zhì)量的能量。屬于這一類的有

電能、機(jī)械能、化學(xué)能、高位的水力和風(fēng)力、高位的物質(zhì)等，從本質(zhì)上說，高位能是完

全有用的能量。不能全部而只是部分地轉(zhuǎn)化為功的能量，稱為低位能，或稱低質(zhì)量的能

量。屬于這一類的有物質(zhì)的內(nèi)能、低溫的物質(zhì)等。

?一般高位熱源系指溫度較高而能直接應(yīng)用的熱源。如蒸汽、熱水、燃?xì)庖约叭剂匣瘜W(xué)能、

生物能等等。而低位熱源系指無價值，不能直接應(yīng)用的熱源。如：取之不盡的貯存在周

圍空氣、水、大地之中的熱能，生活中所排出的廢熱（如排水和排氣中的廢熱）；生產(chǎn)

的排除物（水、氣、渣等）中的含熱量；能量的密度較小的太陽能等等。

?熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置。

?熱泵機(jī)組是由動力機(jī)和工作機(jī)組成的節(jié)能機(jī)械，是熱泵系統(tǒng)中的核心部分。而熱泵系統(tǒng)

是由熱泵機(jī)組、高位能輸配系統(tǒng)、低位能采集系統(tǒng)和熱能分配系統(tǒng)四大部分組成的一種

能級提升的能量利用系統(tǒng)。熱泵空調(diào)系統(tǒng)是熱泵系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種系統(tǒng)。在空

調(diào)工程實踐中，常在空調(diào)系統(tǒng)的部分設(shè)備或全部設(shè)備中選用熱泵裝置?？照{(diào)系統(tǒng)中選用

熱泵時，稱其系統(tǒng)為熱泵空調(diào)系統(tǒng)，或簡稱熱泵空調(diào)。

?熱泵工質(zhì)是在熱泵機(jī)組中進(jìn)行狀態(tài)變化的工作流體,也是熱泵循環(huán)中賴以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換

與傳遞的介質(zhì)，以實現(xiàn)制熱（制冷）目的。

?為了評估各種工質(zhì)對臭氧層的消耗能力和對全球溫室效應(yīng)的作用。通常引入消耗臭氧潛

能值（OzoneDepletionPotential簡稱ODP值）和全球變暖潛能值（GlobalWarming

Potential簡稱GWP值）兩個指標(biāo)。所謂熱泵工質(zhì)的ODP值，就是規(guī)定R11的ODP值

為1.0,其余各種工質(zhì)的ODP值是相對R11對臭氧層消耗能力的大小。同樣規(guī)定R11

的GWP值為1.0,其余各種工質(zhì)的GWP就是相對R11的溫室效應(yīng)能力的大小。顯然,

工質(zhì)的ODP值和GWP值越小越好，希望為0o

重要圖表

（a）傳統(tǒng)的分產(chǎn)分供<b）能量的梯級利用（c）能級的提升

圖1-5合理利用能源的原則

圖1-7熱泵系統(tǒng)框圖

表1-2兒種熱泵所采用的載熱介質(zhì)、低位熱源和簡圖

低溫端高溫端

熱泵機(jī)主要熱國內(nèi)代表性

載熱載熱典型圖示

組名稱源種類產(chǎn)品

介質(zhì)介質(zhì)

室外室內(nèi)

卷（1

空氣，排?分體式熱泵空

空氣/空*占

空氣空氣風(fēng)，太陽調(diào)器

氣熱泵

能T_VRV熱泵系統(tǒng)

—

室外室內(nèi)

*)

空氣，排

空氣/水?空氣源熱泵冷

空氣水風(fēng)，太陽

熱泵\1熱水機(jī)組

能L

____JOV____________*

室外室內(nèi)

B

>

>

>

水、鹽?井水源熱泵冷

水/水熱水，乙二熱水機(jī)組

泵醇水溶?污水源熱泵

液?大地耦合熱泵

閥

冷

蒸

發(fā)

凝

機(jī)

器

器

?水環(huán)熱泵空調(diào)

系統(tǒng)中的小型

室內(nèi)熱泵機(jī)組

（常稱小型水/

空氣熱泵或室

內(nèi)水源熱泵機(jī)

組）

熱

泵

(

熱

泵

機(jī)

組

)

圖1-10熱泵基本框圖

河水源熱泵

空調(diào)系統(tǒng)

空氣源熱泵

以熱泵機(jī)組地表水源熱海水源熱泵

空調(diào)系統(tǒng)泵空調(diào)系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)

作為集中式

空調(diào)系統(tǒng)的

地源熱泵空大地耦合熱污水源熱泵

冷熱源

調(diào)系統(tǒng)泵空調(diào)系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)

熱

泵

空

調(diào)

系

統(tǒng)

分散式系統(tǒng)

冷劑式熱

常規(guī)水環(huán)熱泵空

泵空調(diào)系

調(diào)系統(tǒng)

統(tǒng)

太陽能水環(huán)熱泵

空調(diào)系統(tǒng)

集中式系統(tǒng)土壤源水環(huán)熱泵

空調(diào)系統(tǒng)

井水源水環(huán)熱泵

空調(diào)系統(tǒng)

雙級耦合水環(huán)熱

泵空調(diào)系統(tǒng)

水環(huán)熱泵混合系

統(tǒng)

圖熱泵空調(diào)系統(tǒng)分類框圖

鹵代燃

無機(jī)化合物

?氯氟燃(CFC)

早期制冷劑?氫氯氟燃(HCFC)

1834年采用乙醛制冷?氫氟煌(HFC)

R717、R744、R718

卜單一工質(zhì)|自然工質(zhì)是解決環(huán)境

問題的最終方案飽和碳?xì)浠衔?/p>

目前，常用的有:

?甲烷、乙烷

R134a有機(jī)化合物

R123

R124?1928年合成R12,開始由

R22天然工質(zhì)步入合成工質(zhì)時代

R32

?2()世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)含氯或非飽和碳?xì)浠衔?/p>

R744（CO）

；漠的合成工質(zhì)對大氣臭氧層

R717（NHO?丁烯、丙烯

有破壞作用

?1997年(京都協(xié)議)將

熱CFC、HCFC、HFC物質(zhì)歹U

環(huán)狀有機(jī)化合物

泵入溫室氣體減排清單

工?八氨環(huán)丁烷

質(zhì)二氯環(huán)丁烷

共沸混合工質(zhì)

?20世紀(jì)50年代出現(xiàn)共沸混合工質(zhì)，如R502

?由兩種或多種工質(zhì)按一定比例混合在一起的工

質(zhì)，在-定壓力下平衡的液相和氣相的組分相

同，且保持恒定的沸點。

混合工質(zhì)非共沸混合工質(zhì)

R404A?20世紀(jì)60年代研究與試用非共沸混合工質(zhì)。

R407C,由兩種或多種工質(zhì)按一定比例混合在一起

R410A的工質(zhì)，在一定壓力下平衡的液相和氣相的

組分不同，且沸點不恒定。

近共沸混合工質(zhì)

?當(dāng)非共沸混合工質(zhì)的飽和液線和干飽和

蒸氣線非常接近時，其泡、露點溫度差小于

1攝氏度。

圖1-11工質(zhì)種類的框圖

第2章熱泵的理論循環(huán)

基本概念

?熱泵的工作原理與制冷機(jī)相同，都是按熱機(jī)的逆循環(huán)工作的，所不同的只是工作溫度范

圍不同。

?按熱泵驅(qū)動功的型式，可把常見的熱泵分為四種形式：（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。

?最理想的熱泵循環(huán)是逆卡諾熱泵循環(huán)，它和逆卡諾制冷循環(huán)的組成和作用是相同的，都

是由兩個可逆的絕熱過程和兩個可逆的等溫過程所組成，但是兩者工作的高溫?zé)嵩春偷?/p>

溫?zé)嵩礈囟确秶煌?/p>

?同時兼有制冷機(jī)和熱泵功能的熱力機(jī)稱為聯(lián)合循環(huán)機(jī)，這類機(jī)器可同時制冷和制熱，即

冷卻一個物體的同時又加熱另一個物體。

?熱泵的制熱性能系數(shù)隨著高溫?zé)嵩吹臏囟壬叨档?，隨著低溫?zé)嵩吹臏囟龋ɑ颦h(huán)境介

質(zhì)的溫度）的下降而下降。

?勞侖茲循環(huán)。1894年，蘇黎士工程師H.勞倫茲提出一側(cè)以冷凍鹽水，另一側(cè)以冷卻水

為熱源的變溫?zé)嵩粗评錂C(jī)的理想循環(huán)，他當(dāng)時稱為多變循環(huán)。該循環(huán)由兩個絕熱過程和

兩個多變過程組成，其多變過程要保證過程的溫度變化與外界熱源的溫度變化一致。勞

侖茲循環(huán)的制熱性能系數(shù)大于具有溫差的逆卡諾循環(huán)的制熱性能系數(shù).

?蒸氣壓縮式熱泵的理論循環(huán)是在具有溫差傳熱的兩相區(qū)的逆卡諾循環(huán)基礎(chǔ)上改造而成

的。利用冷凝器和蒸發(fā)器實現(xiàn)等壓的冷凝放熱和汽化吸熱過程。將絕熱壓縮過程移到了

過熱蒸氣區(qū)，以取代在兩相區(qū)的不安全，且效率低的濕壓縮過程。利用節(jié)流機(jī)構(gòu)取代了

膨脹機(jī)，使設(shè)備大為簡化。

?在冷凝器中每kg工質(zhì)放出的熱量稱單位質(zhì)量工質(zhì)制熱量，簡稱單位制熱量。在蒸發(fā)器

中每kg工質(zhì)吸取的熱量稱單位質(zhì)量工質(zhì)制冷量，簡稱單位制冷量。每1kg工質(zhì)壓縮的

功稱單位質(zhì)量工質(zhì)耗功量，簡稱單位功。

?布雷頓循環(huán)，亦稱焦耳循環(huán)或氣體制冷機(jī)循環(huán)。是以氣體為工質(zhì)的制冷循環(huán)，其工作過

程包括等嫡壓縮、等壓冷卻、等嫡膨脹及等壓吸熱四個過程，這與蒸汽壓縮式制冷機(jī)的

四個工作過程相近，兩者的區(qū)別在于工質(zhì)在布雷頓循環(huán)中不發(fā)生集態(tài)改變。

?斯特林循環(huán)是由兩個等溫和兩個等容過程組成。理想的斯特林循環(huán)能夠與同溫度范圍內(nèi)

的逆卡諾循環(huán)具有同樣的制熱性能系數(shù)。這種循環(huán)優(yōu)于布雷頓熱泵循環(huán)。

?吸收式熱泵以熱能為動力，利用二元或多元工質(zhì)對實現(xiàn)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(qū)動；（2）可以大量節(jié)約用電，平衡熱電站的

熱電負(fù)荷；（3）吸收式熱泵結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動部件少，安全可靠；（4）以水或氨等為制冷

齊I」，其消耗臭氧潛能值ODP（OzoneDepletionPotential）和全球變暖潛能值GWP（Global

WarmingPotential）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(shù)低

于蒸氣壓縮式熱泵。

?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(yīng)的原理上的。當(dāng)一塊N

型半導(dǎo)體（電子型）和一塊P型半導(dǎo)體（空穴型）聯(lián)結(jié)成電偶，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(zhuǎn)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(xiàn)象稱為珀爾帖效應(yīng)。

?C02的臨界溫度接近環(huán)境溫度，根據(jù)循環(huán)的外部條件，可實現(xiàn)三種循環(huán)：亞臨界循環(huán)

（SubcriticalCycle）；跨臨界循環(huán)（TranscriticalCycle）；超臨界循環(huán)（HypercriticalCycle）。

目前制冷、空調(diào)、熱泵熱水器等設(shè)備中采用的CO2循環(huán)形式，基本上都是跨臨界循環(huán)

方式。

常用公式

熱泵系統(tǒng)的性能主要用制熱性能系數(shù)與來表示

二有效制熱量

J一凈輸入能量

(2-1)

逆卡諾循環(huán)的制熱性能系數(shù)（制熱系數(shù)）

￡=0=￡+1=_Ill-

hcwT-T

HA(2-4)

逆卡諾熱泵看成制冷循環(huán)時的制冷性能系數(shù)（制冷系數(shù)）

￡-Q-

cTATH-TA(2-5)

有溫差的傳熱是具有外部不可逆的逆卡諾循環(huán)，其制熱性能系數(shù)為

(2-8)

變溫?zé)嵩吹膭趤銎潱↙orehz）循環(huán)的制熱性能系數(shù)等于在平均熱源溫度下的逆卡諾循環(huán)

的制熱性能系數(shù)

_TH

S，，=(2-15)

THjn-TAjn

在溫度，間進(jìn)行的卡諾循環(huán)熱機(jī)的效率應(yīng)為

(2-39)

在溫度為、4間進(jìn)行的逆卡諾熱泵循環(huán)中循環(huán)B的制熱性能系數(shù)為

T

°Fh,c-二T用T

。一4(2-40)

在穩(wěn)定工況下，吸收式熱泵熱量平衡方程

Q+Q,=Q+Qg+%

(2-33)

Q+Qc=Qe+Q'I，

或u(2-33a)

吸收式熱泵的制熱性能系數(shù)為

一QH2+2,

(2-35)

重要圖表

圖2-1熱泵循環(huán)

（a）熱泵；（b）制冷機(jī)；（c）同時供冷供熱聯(lián)合循環(huán)機(jī)

rj

TH

圖2-4有傳熱溫差的逆卡諾熱泵循環(huán)圖2-5兩相區(qū)的逆卡諾循環(huán)

圖2-6勞侖茲循環(huán)

圖2-9蒸氣壓縮式熱泵的理論循環(huán)

(a)在T-s圖上的表示;<b)在Igp力圖上的表示

高壓熱交換器

圖2-10封閉的布需頓熱泵循環(huán)流程圖圖2-11布雷頓熱泵循環(huán)的〃一丫圖和T-s圖

圖2-12斯特林循環(huán)工作過程及在T-s圖和p-v圖上的表示

(a)蒸氣壓縮式熱泵(b)吸收式熱泵

圖2-13吸收式熱泵與壓縮式熱泵簡圖

A-吸收器；C-冷凝器；E-蒸發(fā)器；F-節(jié)流閥；G-發(fā)生器；H-溶液熱交換器；M-壓縮機(jī)；P-溶液泵

圖2-14吸收式熱泵循環(huán)的T-s圖

第3章熱泵的低位熱源和驅(qū)動能源

基本概念

?被熱泵吸收熱量的物體一般稱為熱泵的低溫?zé)嵩矗g(shù)語為源。接受熱泵所供出熱量的物

體一般稱為熱用戶，即為熱泵的高溫?zé)嵩?，術(shù)語為匯。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱泵使熱

量由源到匯是由熱泵的驅(qū)動裝置帶動工作機(jī)來完成的。

?熱泵的驅(qū)動能源是指熱泵驅(qū)動裝置所使用的高位能源。目前，熱泵常使用的驅(qū)動能源有

一次能源（如天然氣，水電等）和二次能源（火電、城市燃?xì)?、燃油、柴油等）。其中?/p>

電能是主要的驅(qū)動能源。

?空氣是一般用途熱泵最常見的熱源。但空氣作為熱泵的低位熱源也有缺點：（1）室外空

氣的狀態(tài)參數(shù)隨地區(qū)和季節(jié)的不同而變化，這對熱泵的供熱能力和制熱性能系數(shù)影響很

大；（2）當(dāng)室外換熱器表面溫度低于周圍空氣的露點溫度且低于0℃時，換熱器表面就

會結(jié)霜，結(jié)霜后熱泵的制熱性能系數(shù)下降，機(jī)組的可靠性降低，室外換熱器熱阻增加，

空氣流動阻力增加；（3）空氣的熱容量小，為了獲得足夠的熱量時，需要較大的空氣量。

?水是一個優(yōu)良的引人注目的低溫?zé)嵩?。目前，在熱泵系統(tǒng)中常選用地下水（淺井、深井、

泉水、地?zé)嵛菜龋?、地表水（河水、湖水、海水等）、生活廢水和工業(yè)廢水作為低溫?zé)?/p>

源。以水為源的熱泵稱為水源熱泵。

?選用地下水作為熱泵的低溫?zé)嵩磿r，應(yīng)注意以下幾點：（1）我國地下水分布的不均勻性;

（2）含水層的滲透性；（3）地下水的溫度；（4）地下水的水質(zhì)；（5）我國地下水超采

現(xiàn)象嚴(yán)重，已引起一些地質(zhì)災(zāi)害問題。

?選用地表水作為熱泵低位熱源時，應(yīng)注意地表水特點對熱泵系統(tǒng)的影響.地表水的特點

如下：（1）江河水流量變化大；（2）河流水溫的變化；（3）河流含沙量大；（4）河流天

然水質(zhì)差異明顯；（5）熱泵長期不停地從河水或湖水中采熱，對河流或湖泊的生態(tài)的影

響有待于在今后長期運(yùn)行實踐中取得經(jīng)驗。

?選用海水作為熱泵低位熱源的特殊性主要有：（1）近海域海水水溫會因地、因時而異，

同時海洋水溫也會隨著其深度的不同而異；（2）海水含鹽量高，海水源熱泵系統(tǒng)與設(shè)備

的防止海水腐蝕問題十分重要；（3）海洋生物會造成取水構(gòu)筑物、管道和設(shè)備的堵塞，

并不易清除；（4）海水取水構(gòu)筑物在設(shè)計時，應(yīng)充分注意到潮汐和海浪的影響；（5）取

水口應(yīng)避開泥沙可能淤積的地方，最好設(shè)在巖石海岸、海灣或防波堤內(nèi)。

?選用生活廢水作為低位熱源存在的問題是：如何貯存足夠的水量以應(yīng)付熱負(fù)荷的波動，

以及如何保持換熱器表面的清潔（換熱器傳熱管設(shè)有自動清洗刷以及經(jīng)四通換向閥定期

進(jìn)行清洗）和防止水對設(shè)備的腐蝕。

?城市污水是很好的熱源，在整個采暖季內(nèi)，溫度比較穩(wěn)定?，F(xiàn)代化城市的污水處理設(shè)施

十分完善，每天排放大量的凈化后的污水，是水源熱泵理想的低位熱源。

?土壤的熱物性對地源熱泵系統(tǒng)的性能影響較大。土壤屬多孔介質(zhì)，描述其熱物性的基本

參數(shù)主要包括土壤的密度「（kg/n?）,含水率。（％）,空隙比/,飽和度S,，比熱容金

及導(dǎo)熱系數(shù)〃W/m.0C）等。

?在太陽能利用系統(tǒng)中，最具有實用性的系統(tǒng)是太陽能供熱。但是，它們在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)

上都存在一定問題：（1）太陽能輻射熱量具有很大的不穩(wěn)定性；（2）集熱器的性能與成

本對整個系統(tǒng)的成敗起著決定性作用。

?能源利用系數(shù)E定義為：供熱量與消耗的初級能源之比。

?驅(qū)動熱泵用的燃料發(fā)動機(jī)主要有：柴油機(jī)、汽油機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)。

?熱泵系統(tǒng)中采用蓄熱器的優(yōu)點有：（1）蓄熱器貯存低峰負(fù)荷時的熱能，并提供給高峰負(fù)

荷時使用；（2）由于設(shè)備容量臧小，故減小了設(shè)備費(fèi)和基建投資；（3）電動熱泵中蓄熱

還有調(diào)節(jié)電力負(fù)荷作用；（4）熱泵裝置采用蓄熱器可彌補(bǔ)低位熱源（如太陽能等）的不

可靠性和間斷性。

?蓄熱材料有兩大類一單相蓄熱材料和相變蓄熱材料。單相蓄熱材料利用材料的溫度變化

儲存顯熱，屬于這類材料的有水、巖石、土壤等。相變蓄熱材料利用材料的相變儲存潛

熱，屬于這類材料的有冰、石蠟等。

?熱泵常用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較方法是額外投資回收年限法。

重要圖表

35

0

3

25

020

越

弱I5

1O

5

0

圖3-1

圖3-3不同深度土壤溫度的年變化情況

1-地面溫度；2-氣溫；3-地面以下0.8m處的溫度；4-地面以下3.2m處的溫度;

5■■地面以下14m處的溫度

20

空氣溫度測定值

5年頻率特性曲線

(土壤溫度測定值

Q

)土壤溫度計算值

展0

管子溫度計算值

明

蔓管子溫度測定值

-H5

79111357

時間(月份)

圖3-4水平地埋管年溫度變化圖

70%廢熱和損失

100%

60%

環(huán)境熱量

17%損失

回收廢熱46%

內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)

100%77=0.37驅(qū)動熱泵111%供熱量

I-------------/I

157%

￡h=3.0

74%

環(huán)境廢熱

(b)

圖3-14電能驅(qū)動熱泵和帶回收的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動熱泵的能流圖

(a)電能驅(qū)動的熱泵：(b)帶回收的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動熱泵

燃料

圖3-18燃?xì)廨啓C(jī)熱泵的原理系統(tǒng)圖

1■燃燒空氣壓縮機(jī)；2-燃燒室；3-燃?xì)廨啓C(jī)；4.廢氣熱交換器；5-離心壓縮機(jī);

6-冷凝器；7-節(jié)流閥；8-蒸發(fā)器

一次能量300%

O

圖3-19燃?xì)廨啓C(jī)熱泵的熱平衡

低溫?zé)嵩矗ê铀?/p>

圖3-20汽輪機(jī)驅(qū)動熱泵方案

1■鍋爐；2-汽輪機(jī)；3-壓縮機(jī)；4-蒸發(fā)器：5-節(jié)流閥；6-冷凝器：7-凝汽器；8-凝結(jié)水箱;

9-水泵；10-預(yù)熱器；11-熱用戶

216.IGJ/h=100%

306.9GJ/h=142%

82.1GJ/h=38%

140.753.8*

GJ/hGJ/h

65%25%

30.3GJ/h=14%

21.6GJ/h=10%135.9GJ/h276.6GJ/h=l28%

276.6GJ/h=128%

(b)

圖3-21汽輪機(jī)驅(qū)動熱泵與熱力站的能流圖

（a）汽輪機(jī)驅(qū)動熱泵；（b）熱力站

第4章空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)

基本概念

?空氣源熱泵機(jī)組包括空氣/空氣熱泵機(jī)組和空氣/水熱泵機(jī)組。空氣/空氣熱泵機(jī)組又稱熱

泵型房間空調(diào)器，按其結(jié)構(gòu)型式主要分為窗式、掛壁式、吊頂式、柜式等。

?空氣/空氣熱泵機(jī)組若是一臺室外機(jī)對應(yīng)一臺室內(nèi)機(jī)的，常稱為一拖一系統(tǒng)。多聯(lián)系統(tǒng)

分體式空調(diào)機(jī)是一種只用一臺室外機(jī)組帶動多臺室內(nèi)機(jī)組的系統(tǒng),其室內(nèi)機(jī)與一拖一的

完全一樣，但室外機(jī)一般較一拖一的要大一些，其工作原理與一拖一的類似。

?空氣/水熱泵機(jī)組產(chǎn)品目前有空氣源熱泵冷熱水機(jī)組和空氣源熱泵熱水器。

?空氣源熱泵冷熱水機(jī)組作為空調(diào)冷熱源，其優(yōu)勢在于：（1）冬夏共用，設(shè)備利用率高;

（2）省去了一套冷卻水系統(tǒng)；（3）不需另設(shè)鍋爐房；（4）機(jī)組可布置在室外，節(jié)省機(jī)

房的建筑面積；（5）安裝使用方便；（6）不污染空氣，有利于環(huán)保。因此該機(jī)組在氣候

適宜地區(qū)的中小型建筑中得到了廣泛地應(yīng)用。

?空氣源熱泵熱水器的特點：高效節(jié)能、環(huán)保無污染、運(yùn)行安全可靠、使用壽命長、適用

范圍廣，但應(yīng)考慮冬季運(yùn)行時室外溫度過低及結(jié)霜對機(jī)組性能的影響。

?空氣源熱泵的運(yùn)行特性為：（1）當(dāng)供水溫度一定時，空氣源熱泵的制熱量隨著環(huán)境溫度

的升高而增加；其制冷量隨著環(huán)境溫度的升高而減小。但其功率通常情況下，都是隨著

環(huán)境溫度的升高而增大。（2）當(dāng)環(huán)境溫度一定時，空氣源熱泵的制熱量隨著供水溫度的

升高而減少；其制冷量隨著供水溫度的升高而增加。但其功率均隨著供水溫度的升高而

增大。

?結(jié)霜過程是很復(fù)雜的，特別是對復(fù)雜幾何形狀的翅片管式換熱器。但霜的形成大致可分

為三個時期，即結(jié)晶生長期、霜層生長期和霜層充分生長期。

?室外側(cè)換熱器的結(jié)霜會對機(jī)組冬季的運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響，因此應(yīng)采取一些措施解決空

氣源熱泵的結(jié)霜問題。解決的途徑有兩種，一是設(shè)法防止室外側(cè)換熱器結(jié)霜，二是選擇

良好的除霜方法。

?在結(jié)霜量計算中，應(yīng)同時考慮結(jié)霜的密度和厚度隨時間的變化。

?空氣源熱泵的融霜方式通常有：熱氣融霜法、電熱融霜法、空氣融霜法、熱水融霜法等。

?空氣源熱泵蓄能熱氣除霜新系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、蓄能換熱器、室內(nèi)側(cè)換熱器、

室外側(cè)換熱器、毛細(xì)管、氣液分離器、四通換向閥和電磁閥等設(shè)備組成，可實現(xiàn)系統(tǒng)制

熱、制熱兼蓄熱、余熱蓄能、釋能除霜、快速恢復(fù)制熱等多工況之間的轉(zhuǎn)化。

?根據(jù)平均結(jié)霜損失系數(shù)，將我國空氣源熱泵機(jī)組適用地區(qū)分成低溫結(jié)霜區(qū)、輕霜區(qū)、重

霜區(qū)和一般結(jié)霜區(qū)4類。

?機(jī)組所提供的實際供熱量曲線=力（7）與建筑物熱負(fù)荷曲線2=力（T）的交點0稱

為空氣源熱泵的平衡點，此時，機(jī)組所提供的熱量與建筑物所需熱負(fù)荷恰好相等，該點

所對應(yīng)的室外溫度稱為平衡點溫度。設(shè)計中，應(yīng)在平衡點溫度工況下，選擇熱泵機(jī)組的

大小。

?通常情況下，為了熱泵系統(tǒng)控制簡便，空氣源熱泵系統(tǒng)的輔助熱源通常選用電鍋爐。在

此情況下，所謂最佳能量平衡點，即在該平衡點溫度下，所選取的空氣源熱泵機(jī)組的供

熱季節(jié)性能系數(shù)最大。如果空氣源熱泵機(jī)組的輔助熱源為燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t或燃油鍋

爐，所定義的最佳能量平衡點就不太合適了。為此，我們從一次能源利用角度來考慮，

看整個系統(tǒng)如何運(yùn)行，才能達(dá)到最高的一次能源利用率。為此，我們提出了最小能耗平

衡點，即尋求在整個運(yùn)行季節(jié)的一次能源利用率最高的溫度，作為熱泵機(jī)組和輔助熱源

的開停轉(zhuǎn)換點。所謂最佳經(jīng)濟(jì)平衡點，即如果按此平衡點來選擇機(jī)組和輔助熱源，能夠

使整個供熱系統(tǒng)（熱泵+輔助熱源）的初投資和運(yùn)行費(fèi)最少。

?制約空氣源熱泵在寒冷地區(qū)應(yīng)用的一些問題：（1）當(dāng)需要的熱量比較大的時候，空氣源

熱泵的制熱量不足；（2）空氣源熱泵在寒冷地區(qū)應(yīng)用的可靠性差；（3）在低溫環(huán)境下,

空氣源熱泵的能效比（EER）會急速下降。

?改善空氣源熱泵低溫運(yùn)行特性的技術(shù)措施有：（1）在低溫工況下，加大壓縮機(jī)的容量;

（2）噴液旁通技術(shù)；（3）加大室外換熱器的面積和風(fēng)量；（4）適用于寒冷氣候的熱泵

循環(huán)。

?適用于寒冷氣候的熱泵循環(huán)包括：（1）兩次節(jié)流準(zhǔn)二級螺桿壓縮機(jī)熱泵循環(huán)；（2）一次

節(jié)流準(zhǔn)二級渦旋壓縮機(jī)熱泵循環(huán)；（3）帶中間冷卻的兩級壓縮；（4）帶有經(jīng)濟(jì)器的兩級

熱泵循環(huán)；（5）單、雙級耦合熱泵循環(huán)。

常用公式

?結(jié)霜除霜損失系數(shù):

COP.

Df=——（(4-1)

COP,

?結(jié)霜溫度區(qū)間平均結(jié)霜損失系數(shù)：

21(4-2)

m

i=i

?供熱季節(jié)性能系數(shù):

供熱季的總供熱量

HSPF=

供熱季的總耗功量

供暖房間總熱負(fù)荷

熱泵總耗功量+輔助加熱總耗能+曲軸箱加熱總耗能

重要圖表

室內(nèi)機(jī)組I

截止閥

室

外

換

熱

室

器

內(nèi)

換

熱

器表示制冷工況

表示制熱工況

圖4-2熱泵型分體式空調(diào)器原理圖

I四通換向閥I

分

液

氣液器

分離器

脹

閥

J過濾干燥器

?I

I室外側(cè)

圖4-4柜式熱泵空調(diào)機(jī)組流程圖

2

出水

-—制冷

-----制熱

圖4-10空氣源熱泵冷熱水機(jī)組制冷劑流程圖

1-螺桿式壓縮機(jī)；2-四通換向3-空氣側(cè)換熱器；4-貯液器；5-干燥過濾器;

6-電磁閥；7-制熱膨脹閥；8-水側(cè)換熱器；9-液體分離器；10、11-止回閥;

12-電磁閥；13-制冷膨脹閥；14-電磁閥；15-噴液膨脹閥；16-止回閥

圖4-12空氣源熱泵熱水器的工作原理

40(55

Q

)

35眥50

5050

30熙40

(去(40

45

M旨M

m25335

豆

濕

￡百40

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3530

9025

80(8035

70。60

?0

30)404

60二

502045

4035弱0050

(30磐

M20氐(

34OvA

豳fl

紀(jì)i

基

囊W

110

80

100

9111315

60

出水溫度(X?)-10-5051015

環(huán)境溫度(℃)

圖4-14LSQFR-130機(jī)組制冷量、耗功與進(jìn)風(fēng)圖4-15LSQFR-130機(jī)組制熱量、耗功與進(jìn)風(fēng)

溫度和供水溫度的關(guān)系溫度和供水溫度的關(guān)系

圖4-25空氣源熱泵蓄能熱氣除霜系統(tǒng)

1■壓縮機(jī)；2.蓄能換熱器；3-室內(nèi)側(cè)換熱器；4-室外側(cè)換熱器；5-氣液分離器;

6-四通換向閥；7■■毛細(xì)管；Fi?F4-電磁閥

圖4-26空氣源熱泵蓄能熱氣除霜系統(tǒng)實驗流程圖

1-空氣源熱泵蓄能熱氣除霜系統(tǒng)樣機(jī)；2-人工氣候小室：3-冷水機(jī)組（7℃冷凍水）:

4-低于0℃的乙二醇水溶液水箱；5-熱源；6-自然冷源：7-空氣處理設(shè)備

熱量

Q尸MT)

T)

-溫度

圖4-27空氣源熱泵的穩(wěn)態(tài)供熱量2、實際供熱量Q八建筑物熱負(fù)荷。隨溫度的變化示意圖

8

41

I

32

圖4-39單、雙級耦合熱泵系統(tǒng)簡圖

i-空氣/水熱泵（R22）；n-水/水熱泵；in-中間水回路；N-熱媒循環(huán)回路