热泵讲义第2章课件.ppt

讲述内容绪论绪论热泵的理论循环热泵工质热泵的低位热源热泵的驱动能源及装置吸收式热泵热泵在供热和空调方面的应用讲述内容绪论1热泵的理论循环概述概述理想的热泵循环理想的热泵循环机械压缩式热泵循环机械压缩式热泵循环热力压缩式热泵循环热力压缩式热泵循环其他热泵其他热泵热泵的理论循环概述2概 述热泵循环是一种逆向循环如图所示）循环目的：把低温热源的热量转移到高温热源去如循环的目的是给高温物体（如供暖的房间）不断地提供热量，以保证高温物体的温度，称之为热泵循环如果循环的目的是从低温物体（如冷藏室、冷库等）不断取走热量，以维持物体的低温，称之为制冷循环概 述热泵循环是一种逆向循环如图所示）3WWWT0TAThQ2Q2Q2Q1Q1Q1T T0 0低温热源温度低温热源温度 T Th h高温热源温度高温热源温度 T TA A环境温度环境温度Q Q1 1工质从低温热源吸热量工质从低温热源吸热量 Q Q2 2工质向高温热源放热量工质向高温热源放热量W为完成逆循环工质消耗的外界功量为完成逆循环工质消耗的外界功量概概 述述WWWT0TAThQ2Q2Q2Q1Q1Q1T0低温热源温度4概 述衡量热泵循环和制冷循环的经济性指标都用性能系数（COP）来表示，它是得到的收益与耗费的代价之比值。

习惯上，热泵循环的性能系数称为供热系数COPh，而将制冷循环的性能系数称为制冷系数COP常见的热泵形式有：机械压缩式、热力压缩式（吸收式、蒸气喷射式和吸附式）以及热电式等概 述衡量热泵循环和制冷循环的经济性指标都用性能系数（5理想的热泵循环理想的热泵循环逆卡诺循环逆卡诺循环LorenzLorenz循环循环理想的热泵循环逆卡诺循环6理想的热泵循环-逆卡诺循环经经济济性性指指标标最最高高的的热热泵泵循循环环是是同同温温限限间的逆卡诺循环间的逆卡诺循环理想的热泵循环-逆卡诺循环经济性指标最高的热泵循环是同温限间7过程过程1212 工质被等熵压缩，升温、工质被等熵压缩，升温、升压过程中耗功：升压过程中耗功：wc 过程过程2323 工质向热源等温放热，工质向热源等温放热，放出热量为：放出热量为：qk过程过程34 34 工质等熵膨胀，降温、工质等熵膨胀，降温、降压过程中做功：降压过程中做功：we过程过程4141 工质从冷源等温吸热，工质从冷源等温吸热，吸收热量为：吸收热量为：q01234STabTkT0qkq0wcwew=？循环特性分析：循环特性分析：q0、w、c过程12 工质被等熵压缩，升温、过程23 工质向热源等温8理想逆循环性能单位质量制冷量：单位质量耗功量：单位质量放热量：循环的制冷系数：q0=T0（sa-sb）qk=Tk （sa-sb）w=wc-we=qk-q0=（Tk -T0）（sa-sb）c=q0/w=T0/（Tk -T0）=1/（Tk /T0-1）循环的制冷系数：h=qk/w=Tk/（Tk -T0）=1/（1-Tk /T0）理想逆循环性能单位质量制冷量：单位质量耗功量：单位质量放热量9理想逆循环几个结论循环性能的影响因素？循环性能的影响因素？只与高低温热源温度有关，与工质性质无关只与高低温热源温度有关，与工质性质无关性能系数随高、低温热源温度如何变化？性能系数随高、低温热源温度如何变化？制冷（供热）系数随高温热源温度降低、低制冷（供热）系数随高温热源温度降低、低温热源温度升高而升高；随高温热源温度升温热源温度升高而升高；随高温热源温度升高、低温热源温度降低而降低。

高、低温热源温度降低而降低高、低温热源温度对性能系数的影响谁大？高、低温热源温度对性能系数的影响谁大？低温热源低温热源理想逆循环几个结论循环性能的影响因素？10 通常热泵循环是以环境作为低温热源，通常热泵循环是以环境作为低温热源，即即T2=TA于是，逆卡诺循环的供热系数为：于是，逆卡诺循环的供热系数为：通常热泵循环是以环境作为低温热源，即T2=T11高温热源温度Th：30，35，70低温热源温度TA：5高温热源温度Th：30，35，7012 在一定的环境TA下，用热空间温度Th愈高，即Th与TA的温差愈大则h愈小；反之，Th愈低，即Th与TA的温差愈小，则h愈大在一定的环境TA下，用热空间温度Th愈高，即13高温热源温度Th：40低温热源温度TA：-10，-8，6，8高温热源温度Th：4014当用热空间温度Th一定时，TA愈低，Th与TA的温差愈大，则h愈小；反之，TA愈高，即Th与TA的温差愈小，则h愈大当用热空间温度Th一定时，TA愈低，Th与TA的温差愈大，15维持不必要的更高温度Th是对能量的浪费，应予以避免寻找更高温度的低温热源是目标维持不必要的更高温度Th是对能量的浪费，应予以避免。

16理想的热泵循环-Lorenz循环热热源源温温度度有有限限，热热泵泵工工作作时时，高高、低低温温热热源源温温度度都都变变LorenzLorenz循循环环提提出出变变温温热热源源间间的的理理想想逆逆向向循环构成：两定熵构成：两定熵+两无温差变温两无温差变温 12：等熵压缩：等熵压缩 23：可逆放热过程：可逆放热过程 34：等熵膨胀过程：等熵膨胀过程 41：可逆吸热过程：可逆吸热过程经经济济性性指指标标介介于于同同温温限限间间的的逆逆卡卡诺诺循循环环与与考考虑虑温温差差的的逆逆卡卡诺诺循循环之间逆卡诺循环的供热系数为：逆卡诺循环的供热系数为：h=Thm/（ThmTLm）TSO4123ThmTLm理想的热泵循环-Lorenz循环热源温度有限，热泵工作时，高17机械压缩式热泵循环 机械压缩式热泵消耗由热机或电机械压缩式热泵消耗由热机或电动机等所作的机械功，使工质蒸气从动机等所作的机械功，使工质蒸气从高温低压状态被压缩至高温高压状态高温低压状态被压缩至高温高压状态1.蒸气压缩式循环蒸气压缩式循环（工质为蒸气）（工质为蒸气）2.逆布雷顿（逆布雷顿（Brayton）循环）循环（工质为（工质为气体）气体）3.逆斯特林（逆斯特林（Stiring）循环）循环（工质为（工质为气体）气体）机械压缩式热泵循环 机械压缩式热泵消耗由181.蒸气压缩热泵循环引引入入原原因因：空气制冷循环存在着基本缺点：一是由于吸热过程和放热过程是在定压非定温下进行，与逆向卡诺循环的相应过程相差较远，因而制冷系数低；二是由于空气的比定压热容较小，则循环的制冷量也较小。

采用蒸气压缩制冷循环可以改善（？）1.蒸气压缩热泵循环引入原因：空气制冷循环存在着基本缺点：一19热泵讲义第2章课件20循环的性能分析循环的性能分析工质通过蒸发器自冷源吸收的热量为：q2 =h1-h5 =h1-h4工质通过冷凝器向外界放出的热量为：q1=h2-h4 压缩机耗功量为：c=h2-h1供热系数为：=q1/c=(h2h4)/（h2h1）各点的参数，可由工质的热力性质表或焓图（lgph）查得影影响响热热泵泵性性能能的的主主要要因因素素：t t0 0,t,tk k,ttshsh,t trcrc.循环的性能分析21蒸气压缩式制冷的理论循环理论循环的组成理论循环的组成与理想循环相比的特点与理想循环相比的特点理论循环的热力计算理论循环的热力计算蒸气压缩式制冷的理论循环理论循环的组成22理论循环的组成组成：两个等压吸热、放热过程；一个组成：两个等压吸热、放热过程；一个绝热压缩过程；一个绝热节流过程绝热压缩过程；一个绝热节流过程理论循环的组成组成：两个等压吸热、放热过程；一个绝热压缩过程23与理想循环相比的特点用膨胀阀代替膨胀机用膨胀阀代替膨胀机蒸气的压缩在过热区进行，而不是在蒸气的压缩在过热区进行，而不是在湿蒸气区进行。

湿蒸气区进行用（用干压缩代替湿压缩干压缩代替湿压缩）两个传热过程都是等压过程，并且具两个传热过程都是等压过程，并且具有传热温差有传热温差有温差的传热有温差的传热）与理想循环相比的特点用膨胀阀代替膨胀机24用膨胀阀代替膨胀机原因：原因：膨胀功小；简化装置、便于调节膨胀功小；简化装置、便于调节措施：措施：用膨胀阀代替膨胀机用膨胀阀代替膨胀机后果：后果：产生两部分产生两部分节流损失节流损失，使制冷系数，使制冷系数下降节流损失与（下降节流损失与（Tk-T0）和物性有关和物性有关用膨胀阀代替膨胀机原因：膨胀功小；简化装置、便于调节25干压缩代替湿压缩原因：原因：有效吸气量减少，制冷量降低有效吸气量减少，制冷量降低破坏压缩机润滑、液击，损坏压缩机破坏压缩机润滑、液击，损坏压缩机措施：措施：在蒸发器出口设气液分离器；加大在蒸发器出口设气液分离器；加大蒸发器的面积；采用回热循环等蒸发器的面积；采用回热循环等后果：后果：产生过热损失产生过热损失干压缩代替湿压缩原因：26具有温差的等压传热原因：原因：实际换热面积不可能无穷大实际换热面积不可能无穷大措施：措施：增加相关设备及管路增加相关设备及管路后果：后果：即产生节流损失；又产生过热损即产生节流损失；又产生过热损失。

失具有温差的等压传热原因：实际换热面积不可能无穷大27理论循环的热力计算压焓图的应用蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算例题及讨论理论循环的热力计算压焓图的应用28压焓图的应用压焓图的引入用线段表示吸、放热量，功量直观、方便、清晰压焓图的组成蒸气压缩式制冷理论循环在压焓图上的表示压焓图的应用压焓图的引入29压焓图的组成压焓图的组成纵坐标：压力纵坐标：压力横坐标：焓横坐标：焓hlgPCx=0 x=1tsvx状态变化图状态变化图等温线及其变化等温线及其变化等熵线及其变化等熵线及其变化等比容线及其变化等比容线及其变化等干度线及其变化等干度线及其变化压焓图的组成纵坐标：压力hlgPCx=0 x=1tsvx状态变30蒸气压缩式制冷理论循蒸气压缩式制冷理论循环在压焓图上的表示环在压焓图上的表示坐标及状态变化图坐标及状态变化图压缩过程压缩过程12定压放热过程定压放热过程2 3节流过程节流过程3 4定压吸热过程定压吸热过程4 1hlgPC1234T0T3TkPkP0q0qkwc各个过程前后能量分析各个过程前后能量分析蒸气压缩式制冷理论循环在压焓图上的表示坐标及状态变化图压缩过31蒸气压缩式制冷理论循环的蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算（一）热力计算（一）依据：依据：蒸发、冷凝、再冷、压缩机吸气温度，制冷量蒸发、冷凝、再冷、压缩机吸气温度，制冷量0等。

等步骤：步骤：先求出各状态点参数；再对各环节进行热计算先求出各状态点参数；再对各环节进行热计算内容：内容：单位质量（容积）制冷能力单位质量（容积）制冷能力q0（qv），），kJ/kg（kJ/m3）qv=q0/v1=（h1-h4）/v1 （v1压缩机吸气比容，压缩机吸气比容，m3/kg）制冷剂的质量流量制冷剂的质量流量Mr：Mr=0/q0 （kg/s）制冷剂的体积流量制冷剂的体积流量Vr：Vr=Mr v1=0/qv （m3/s）蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算（一）依据：蒸发、冷凝、再冷32蒸气压缩式制冷理论循环的蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算（二）热力计算（二）单位质量（容积）制冷能力单位质量（容积）制冷能力q0（qv）制冷剂的质量流量制冷剂的质量流量Mr制冷剂的体积流量制冷剂的体积流量Vr冷凝器的热负荷冷凝器的热负荷k：k=Mrqk=Mr（h2-h3）（kW）压缩机的理论耗功量压缩机的理论耗功量Pth：Pth=Mrwc=Mr（h2-h1）（kW）理论制冷系数理论制冷系数th：th=0/Pth=q0/wc=（h1-h4）/（h2-h1）制冷效率制冷效率R：指理论循环制冷系数：指理论循环制冷系数th与相同蒸发、冷凝与相同蒸发、冷凝温度下理想循环制冷系数温度下理想循环制冷系数c之比。

之比R=th/c蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算（二）单位质量（容积）制冷能33蒸气压缩式制冷循环的改善膨胀阀前液态制冷剂再冷却膨胀阀前液态制冷剂再冷却回收膨胀功回收膨胀功多级压缩制冷循环多级压缩制冷循环蒸气压缩式制冷循环的改善膨胀阀前液态制冷剂再冷却34膨胀阀前液态制冷剂再冷却措施措施分析分析结果结果膨胀阀前液态制冷剂再冷却措施35措 施设置再冷却器设置再冷却器大型氨制冷系统，单独设置大型氨制冷系统，单独设置小型氟利昂系统，适当增加冷凝器面积小型氟利昂系统，适当增加冷凝器面积采用回热循环采用回热循环在高温高压端产生液态制冷剂的再冷却在高温高压端产生液态制冷剂的再冷却在低温低压端保证了吸气干压缩在低温低压端保证了吸气干压缩注意注意再冷温度、再冷度再冷温度、再冷度过热温度、过热度过热温度、过热度措 施设置再冷却器36分 析设置再冷却器设置再冷却器工作流程复杂，系统维护相对较难工作流程复杂，系统维护相对较难压缩功没有增加时，单位质量制冷能力增加压缩功没有增加时，单位质量制冷能力增加采用回热循环采用回热循环工作流程复杂，初投资增加工作流程复杂，初投资增加压缩功增加，单位质量制冷能力增加压缩功增加，单位质量制冷能力增加注意注意再冷温度、再冷度再冷温度、再冷度过热温度、过热度过热温度、过热度分 析设置再冷却器37结 果设置再冷却器设置再冷却器节流损失减少节流损失减少制冷系数提高制冷系数提高采用回热循环采用回热循环节流损失减少，过热损失增加节流损失减少，过热损失增加制冷系数随制冷剂的热物理性质有关，并随其制冷系数随制冷剂的热物理性质有关，并随其性质的不同而有不同的结果性质的不同而有不同的结果结 果设置再冷却器38回收膨胀功措施：措施：用膨胀机代替膨胀阀用膨胀机代替膨胀阀分析：分析：系统复杂，增加初投资系统复杂，增加初投资压缩机耗功率减小，单位质量制冷量增加压缩机耗功率减小，单位质量制冷量增加结果结果节流损失减少节流损失减少制冷系数增加制冷系数增加回收膨胀功措施：用膨胀机代替膨胀阀39多级压缩制冷循环措施：措施：采用闪发蒸气分离器采用闪发蒸气分离器设置中间冷却器设置中间冷却器分析：分析：系统复杂，初投资增加，系统复杂，初投资增加，只有压缩比（只有压缩比（Pk/P0）8时采用时采用结果结果过热损失减少过热损失减少制冷系数增加制冷系数增加多级压缩制冷循环措施：40COP-toCOP-to41COP-tkCOP-tk42复习T-s图和lgp-h图上如何表示热量？T-s图和lgp-h图上如何表示功量？复习T-s图和lgp-h图上如何表示热量？432.逆布雷顿（Brayton）循环v构成：是由两个定压和两个定熵过程组成的循环。

性能分析循环工质从低温热源吸收的热量为：q2=Cp（T1T4）循环工质放给高温热源的热量为：q1=Cp（T2T3）循环所耗的净功为：net=c-e =Cp（T2-T1）-Cp（T3-T4）2.逆布雷顿（Brayton）循环构成：是由两个定压和两个定44循环的供热系数为：h=q1/net=(T2T3)/（T2T3）（T1T4）为分析影响供热系数的因素，将上式作进一步推演可得h=1/1-（P2/P1）（k1）/k =T2/（T2T1）=T3/（T3T4）表明：增压比越小，供热系数越大但增压比越小，循环中单位工质的制热量也越小（？），因此压缩比不能太小多采用低压缩比的透平压缩机、膨胀机，并在热泵系统中加回热器进一步降低压缩比，从而提高热泵的性能循环的供热系数为：45热力压缩式热泵循环蒸气喷射式热泵循环吸收式热泵循环吸附式热泵循环热力压缩式热泵循环蒸气喷射式热泵循环46蒸气喷射热泵循环主主要要特特点点：用引射器代替压缩机，消耗热能实现供热目的装装置置：主要由发生器（锅炉、余热、废热等）、引射器(或喷射器)、冷凝器、节流阀、蒸发器和水泵等组成工作原理图及工作原理图及lgp-h图：图：蒸气喷射热泵循环主要特点：用引射器代替压缩机，消耗热能实现供47循环中的工作蒸汽在发生器中吸热，加上在蒸发器中从低温热源吸收的热量，在冷凝器中放热给被加热物体，以花费燃料的热能为补偿实现了热泵循环。

性性能能：循环的经济性用热能利用系数来衡量即：=收益收益/代价代价=Qc/（Qg+Wp）特点：特点：优点：不消耗机械功，直接消耗热能实现供热；喷射器简单紧凑，容许通过较大的容积流量，可以利用低压水蒸气作为致冷剂缺点是：由于混合过程的不可逆损失很大，因而热能利用系数较低循环中的工作蒸汽在发生器中吸热，加上在蒸发器中从低温热源吸收48吸收式热泵循环主主要要特特点点：用吸收装置代替压缩机，消耗热能实现供热目的装装置置：主要由吸收器、水泵、发生器、减压阀、冷凝器、节流阀、蒸发器等组成工作原理图及工作原理图及T-s图：图：吸收式热泵循环主要特点：用吸收装置代替压缩机，消耗热能实现供49制冷剂、溶液循环性性能能：吸收式制冷循环的效率也用热能利用系数来衡量：=收益收益/代价代价=（Qc+Qa）/（Qg+Wp）（最最大大的的热热能能利利用用系系数数是是工工作作在在Tg和和Te两两热热源源间间的的卡卡诺诺热热机机效效率率与与工工作作在在Tm和和Te两两个个热热源源间间的卡诺逆循环致冷系数的乘积的卡诺逆循环致冷系数的乘积特点：特点：优点：吸收式热泵装置的优点是可利用较低温度的热能如低压蒸汽、热水、烟气以及某些工艺气体的余热或太阳能等，对综合利用热能有实际意义。

缺点是：吸收过程的复杂性，也使得其热能利用系数不高制冷剂、溶液循环50精品课件精品课件！精品课件！51精品课件精品课件！精品课件！52其他热泵热电热泵化学热泵其他热泵热电热泵53。