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1、目录前言热泵技术发展史热泵的种类空气源热泵水源热泵土壤源热泵结束语第1页/共28页前言 热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功，输出能用的高品位热的设备。它是一种节能清洁的采暖空调一体化设备，按照取热来源不同一般分为空气源、水源和土壤源热泵三种。作为自然现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温流向低温。但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温区抽吸到高温区。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的。
2、同时热泵不是把电能转变成热能，少量电能只是用于提升热的品位，所以热泵不是永动机。第2页/共28页前言 热泵在工作时，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，通过制冷剂循环系统提高温度进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中一小部分，因此，采用热泵技术可以节约大量高品位能源。第3页/共28页热泵技术发展史 热泵的理论起源于十九世纪早期卡诺的著作，他在18241824年发表关于卡诺循环的论文，这个理论经过3030年后，在18501850年初开尔文（L.Kelvin）提出：冷冻装置可以用于加热，之后许多科学家和工程师对热泵进行了大量研究，这种研究持续了8080年之久。191219
3、12年瑞士的苏黎世已成功安装一套以河水作为低位热源的热泵设备用于供暖，并以此申报专利，这就是早期的水源热泵系统，也是世界上第一套热泵系统。上世纪3030年代，随着氟利昂制冷机的发展，热泵有了较快的发展。特别是二战以后，工业经济的长足发展带来的对供热的大量需求及相对能源短缺，促进了大型供热及工业用热泵的发展。热泵工业在2020世纪4040年代到5050年代早期得到迅速发展，到19431943年大型热泵的数量已相当可观。第4页/共28页热泵技术发展史 1948 1948年小型热泵的开发工作有了很大的进展，家用热泵和工业建筑用的热泵大批投放市场。由于热泵可以把制冷与采暖合用一套装置，而热泵若在电力充
4、足而电能价格又便宜的地区使用时，其运行费用甚低。因此，用户对热泵产生兴趣，使热泵进入早期发展阶段。20 20 世纪7070年代初期，由于“能源危机”的出现，热泵又以其回收低温废热，节约能源的特点，在产品经改进后，重新登上历史舞台，受到了人们的青睐。例如美国，热泵的产量从 19711971年的8.28.2万套/年猛增至19761976年的3030万套/年，19771977年再次跃升为5050万套/年，而此时日本后来居上，年产量已超过5050万套。但热泵在世界范围内的大规模商业应用是最近2020年的事，如美国，截止19851985年全国共有14,00014,000台地源热泵，而19971997年就
5、安装了4545，000000台，到目前为止已安装了400400，000000台，而且每年以1010的速度稳步增长。第5页/共28页热泵技术发展史 在欧美发达国家，如澳大利亚、英国、法国、德国、北欧和南欧的一些国家，热泵产品已经进入了大多数家庭。我国的热泵事业近几年已开始起步，而且发展势头看好。目前，我国利用较多的是水源热泵，而用空气源热泵制取生活用热水在国内近两年刚刚起步。从20012001年春天开始，澳大利亚康特姆公司在中国已建成数十个地源和空气源热泵示范工程，收到了很好的效果。第6页/共28页热泵的种类 根据热源和冷源的不同，热泵大致可以分为三种，分别为：空气源热泵、水源热泵、土壤源热泵。
6、三种热泵的根本区别在于，空气源热泵是以空气作为“源体”，通过冷媒作用，进行能量转移；水源热泵以地表或地下浅层水作为冷热“源体”，在冬季利用热泵吸收其热量向建筑物供暖，在夏季热泵将吸收到的热量向其排放、实现对建筑物供冷；土壤源热泵是以大地为热源对建筑进行供暖和制冷，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用。第7页/共28页空气源热泵概 述 空气源热泵是一种利用空气来进行热冷交换做为热（冷）源的即可供热又可制冷的高效节能空调系统。它量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层水中近乎无限的能源，使得
7、水中蕴含的能量成为清洁的，可再生能源的一种形式。水源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。水分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，水源热泵把空气中的热量提取出来，供给室内采暖；夏季，把室内的热量提取出来，释放到地下。通常空气源热泵消耗1kW1kW的能量，用户可以得到3kW3kW以上的热量或冷量。第8页/共28页空气源热泵空气源热泵机组工作原理图第9页/共28页空气源热泵空气源热泵机组的结构和工作原理 如上图所示，空气源热泵机组主要由以下几部分组成：压缩机，冷凝器，储液罐，干燥过滤器，膨胀阀，吸热装置。空气源热泵中央空调系统，是一种极为理想的供暖/
8、制冷方式，在寒冷地区室外最低适用温度可达-1515，可提供40-4540-45的热水；在炎热地区室外最高适用温度可达4343，制冷室温可达2424。该系统以空气作为热源，在冬季，以低温热水为热媒，通过埋设在房间中央的拼装地板和（或）风机盘管等散热器，均匀地向室内以平面方式、对流方式散热，可迅速提高室温，提供舒适的生活环境，克服了常规热源供暖方式对大气的污染，减少了安全隐患。同时也避免了由常规燃气炉产生第10页/共28页空气源热泵 的高温水供暖致使居室装修的木地板因烘烤而翘曲变形的问题，且经济性好；夏季，该装置通过换向阀，低压侧的热交换器吸收房间空气中的热量，使房间降温，解决了传统工质的空调机组
9、在气温较高的情况下难以适应的缺陷。同时集空调、抽湿及供热水于一体，起到了目前普通空调机组实现不了的作用。具有热感舒适、室温稳定、节能、安全、方便管理等特点，是一种节能、环保和安全的冷热功能合一的装置，也成为高档住宅的身份象征。第11页/共28页空气源热泵空气源热泵空调系统第12页/共28页空气源热泵空气源热泵中央空调系统工作原理图 第13页/共28页水源热泵概 述水源热泵是一种利用水来进行热冷交换做为热（冷）源的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。它量大面广、无处不在。这种储存于水中近乎无限的能源，使得水能成为清洁的，可再生能源的一种形式。水源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位
10、热能向高温位转移。水分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，水源热泵把水中的热量提取出来，供给室内采暖；夏季，把室内的热量提取出来，释放到地下。通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到36kW以上的热量或冷量。第14页/共28页水源热泵水源热泵机组原理图 第15页/共28页水源热泵水源热泵机组的结构和工作原理 如上图所示，空气源热泵机组主要由以下几部分组成：1.1.压缩机，2.2.膨胀阀，3.3.冷凝器，4.4.蒸发器，5 56.6.循环水泵。在制冷/制热工况下，制冷剂经膨胀阀时节流，其压力降低，进入蒸发器；低压的制冷剂吸收了蒸发器热量而汽化。制冷剂汽体被压缩机吸入，经压缩后
11、排到冷凝器，这时制冷剂的压力和温度都升高了。压力和温度较高的制冷剂蒸汽，在冷凝器中进行热交换，汽化的制冷剂被冷凝为液态。这样，制冷剂便在系统内作了一个由液体变汽体，又由汽体变液体的循环。蒸发器处周围介质的热量不断被吸走，温度逐渐下降，这就是利用制冷剂的物态变化实现制冷/制热的基本原理。蒸发器与制冷目标区进行热交换为制冷方式；反之，冷凝器与制热目标区进行热交换为供热方式。第16页/共28页水源热泵第17页/共28页水源热泵地表闭式水源热泵系统 第18页/共28页土壤源热泵概 述 地能是清洁可再生的自然能源，它具有常年温度稳定的特点，是热泵理想的热源形式。土壤源热泵具有许多优点，它对节能和减少环境
12、污染等方面都有积极的意义。土壤源热泵用全年温度相对稳定的地表浅层土壤做热源和冷源。我国幅原辽阔，各地地表浅层土壤温度有所不同。据资料介绍，5m5m以下的土壤平均温度基本上不随季节变化而改变，且约等于该地区的年空气平均温度。因而，需制热的冬季，地表浅层土壤的温度比室外空气温度高；需制冷的夏季，其温度则比室外空气温度低。这样，热泵工质与土壤的温差在冬、夏两季都保持在较高的水平上，可提高制冷系数或制热系数，也使得土壤源热泵在夏季可获得较低的冷凝温度，在冬季可获得较高的蒸发温度，全年在较高的COPCOP下运行。第19页/共28页土壤源热泵土壤源热泵机组原理图 第20页/共28页土壤源热泵土壤源热泵机组
13、的结构和工作原理 如上图所示，空气源热泵机组主要由以下几部分组成：1.1.压缩机，2.2.蒸发器，3.3.节流装置，4.4.冷凝器，5 56.6.循环泵，7.7.风机盘管，8 8埋地换热器 冬季供热工况时，机组埋地换热器与蒸发器相接，室内供暖水管与冷凝器相接，通过制冷剂循环，从地下土壤中吸取热量为室内供热；夏季制冷工况时，地源热泵切换到逆向循环，蒸发器转变为冷凝器，冷凝器转变为蒸发器，从而埋地换热器与热泵机组冷凝器相接，室内冷冻水管与蒸发器相接，通过制冷剂循环，不断的将室内热量释放到地下土壤中。第21页/共28页土壤源热泵土壤源热泵空调系统第22页/共28页土壤源热泵平铺管土壤源热泵系统 第2
14、3页/共28页土壤源热泵U型管土壤源热泵系统 第24页/共28页土壤源热泵采用土壤源热泵系统供暖的别墅建筑 第25页/共28页结束语 节能始终是空调领域中的重要研究课题之一。热泵技术能提高能源利用率，是合理用能的典范。正因为热泵的节能效益，才使热泵在2020世纪7070年代后，在空调领域中获得广泛地应用与发展。有关文献将这一时期称为热泵发展的第一兴旺期。并预言，由于全球温暖化问题成为世人瞩目的焦点，人们要求减少温室效应。也就是说，空调能源效率再次变得最重要，这不是由于经济问题，而是出于环境原因，我们暧通空调工作者将会经历热泵发展的第二次兴旺期。为此，暖通空调工作者应做好思想准备，加强有关热泵空调方面的研究工作，积极推广应用热泵空调。第26页/共28页第27页/共28页感谢您的观看！第28页/共28页