熱泵考試整理.doc

用是除環(huán)境之外沒有其他熱源的條件下，當系統(tǒng)由任意狀態(tài)可逆的變化到與給定的環(huán)境相平衡的狀態(tài)時，能夠最大限度的轉(zhuǎn)化為有用功的那部分能量；無是在系統(tǒng)中總能量不能轉(zhuǎn)化為有用功的那部分。熱量用：為與流動工質(zhì)用區(qū)別，將能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪@部分熱量稱為熱量用。用分析循環(huán)的特點：1.既考慮了能量的數(shù)量又考慮了能量的質(zhì)量，是綜合考慮了熱力學第一定律和第二定律的狀態(tài)參數(shù)，用大者做功能力大，小者做功能力小2.用函數(shù)不僅能分析系統(tǒng)總的損失，也能分析各部件的損失?？梢愿_切的解釋過程的不足之處，探索改進途徑，對不可逆過程的探索有重要意義。用效率：系統(tǒng)輸出的用于輸入系統(tǒng)的用之比 用平衡方程于熱平衡方程的區(qū)別：1.熱平衡方程是能量衡算的普通形式，根據(jù)熱力學第一定律對不同品味能量總量的數(shù)量衡算，只反映用能系統(tǒng)中能量的“量”上的利用情況;用平衡方程包括了熱力學第一定律和熱力學第二定律的概念，表示相同品味能量即理論最大有用功的衡算，反應(yīng)用能系統(tǒng)中能量有效性及無效性的質(zhì)的利用情況2.能量是守恒的，但用不守恒，在利用過程中，一部分用轉(zhuǎn)化成無熵方程分析問題的不足：熵方程只能功能分析整個系統(tǒng)的能量損失，但不能分析每個部件的損失情況，而且熵這個函數(shù)比較抽象，以此來處理實際問題很抽象。理論上可以完全轉(zhuǎn)化為功的能量，為高位能；不能全部而只能部分的轉(zhuǎn)化為功的能量，為低位能；二者由能量的可用性差別，即能量質(zhì)量的高低來區(qū)分；高位熱源指溫度較高能直接應(yīng)用的熱源；低位熱源指無價值，不能直接應(yīng)用的熱源?？諝鉄嵩幢么嬖诘膯栴}：1.空氣溫度越低，蒸發(fā)溫度下降，熱泵溫度升高，效率下降2.低溫時的凝露與結(jié)霜使熱泵性能降低，甚至不能工作3.室外氣溫變化，會引起供熱與耗熱的供需矛盾 解決：防止結(jié)霜（熱氣隔霜法、空氣隔霜法、熱水融霜法）加大室外換熱器面積、空氣流量熱泵系統(tǒng)設(shè)置蓄熱器的目的：當熱泵的制熱量供過于求時，將多余的熱量儲存起來，而在熱量供應(yīng)不足的時候使用，從而調(diào)節(jié)了供熱與用戶用熱之間的平衡 優(yōu)點：1.儲存低峰時的熱量并供給高峰時使用，使熱泵裝置經(jīng)常在高效下運行，提高裝置利用率，減少設(shè)備能量損耗2.設(shè)備容量減小，故減小了設(shè)備費和基建投資3.調(diào)節(jié)電負荷平衡、電量高峰及低峰負荷4.彌補低位熱源的不可靠性和間斷性熱泵常用電機優(yōu)缺點：優(yōu)點1.只要電動機選擇恰當，運行就比較穩(wěn)定、可靠、高效2.直流與三相交流整流子電動機轉(zhuǎn)速容易調(diào)節(jié)，功率可靈活得滿足熱泵各種運行工況的需要3.三相交流異步電動機結(jié)構(gòu)可靠，保養(yǎng)簡單 缺點 1.啟動頻繁的熱泵不采用單相交流電動機2.直流與三相交流整流子電動機造價昂貴3.三相交流異步電動機調(diào)速困難，一次能源利用率低熱泵的驅(qū)動電機繞組用制冷劑蒸氣冷卻和不用時比較：制熱量增大、輸入功率減小、制熱系數(shù)增大、壓縮機容積效率（te=0c增大、te=-15c減?。?、制冷劑質(zhì)量流量減小、壓縮機轉(zhuǎn)速增大、壓縮機排氣溫度增大、曲軸箱中油溫增大、電動機繞組溫度減小熱泵系統(tǒng)中為何設(shè)置集液器 熱泵系統(tǒng)運行中，壓縮機發(fā)生回液的可能性比較多。為了避免大量回液現(xiàn)象的發(fā)生，在系統(tǒng)的吸氣管上設(shè)置集液器將蒸汽中夾帶的液體分離并暫存。 原理：蒸汽進入集液器后液體北風離開，氣體經(jīng)過U型管返回壓縮機，大量液體凝聚在底部。U形管底部限流孔使少量液體和油陸續(xù)返回壓縮機，平衡孔防止虹吸現(xiàn)象。圖見舊書135頁用空氣作為低位熱源的優(yōu)點：取之不盡用之不竭、無償獲得、處處都有、安裝方便、對換熱設(shè)備無害 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，對熱泵供熱能力和制熱性能系數(shù)影響大2.冬季室外溫度較低時，市委換熱器中公職蒸發(fā)溫度也很低，易在換熱器表面結(jié)霜，從而使傳熱效果惡化3.空氣熱容量小，為獲得足夠熱量是需要較大空氣量。設(shè)置輔助熱源的意義：因為在選擇熱泵時，通常不是根據(jù)建筑物計算負荷來確定熱泵容量的，而是采用平衡點溫度，所以當溫度低于平衡點溫度時，輔助熱源既起到了補充加熱的作用，這就是其意義所在 為何要合理確定平衡點溫度：在設(shè)計中，若按冬季空調(diào)室外計算溫度選擇熱泵機組時，勢必導(dǎo)致熱泵機組過多或過大，使系統(tǒng)初投資過高。同時，在運行中，熱泵機組又無法在滿負荷下運行，導(dǎo)致熱泵機組的能效比下降，使系統(tǒng)運行費用提高。為了避免發(fā)生這樣的問題，要合理選擇平衡點溫度。它的高低帶來什么問題：平衡點選擇過低，則選用的輔助熱源較小，這樣熱泵機組相對要大，會導(dǎo)致系統(tǒng)投資大幅度提高，且安裝、電力增容和運行費較高，而且機組長期在部分負荷下運行，使用效率不高，既不經(jīng)濟又不節(jié)能。平衡點選擇過高，則所需輔助熱源過大，不能充分發(fā)揮熱泵的節(jié)能效益，也不利于節(jié)能。土壤作為低位熱源有何特點 優(yōu)點：1.全年地溫波動小，冬季土壤溫度比空氣高，因此熱泵制熱性能系數(shù)高2.埋地盤管不需要除霜3.采暖季節(jié)，室外溫度最低時，土壤溫度不是最低，特泵供熱能力不會降到最低4.土壤具有蓄能的作用 缺點：1.土壤導(dǎo)熱系數(shù)小，故工礦與其之間熱交換強度小，需要增大換熱面積，故金屬耗量大2.土壤對金屬具有腐蝕作用，對埋地盤管應(yīng)進行防腐處理3.運轉(zhuǎn)過程中采熱引起地溫變化，地溫又造成熱泵蒸發(fā)溫度變化，使運行工況不穩(wěn)定 如何防止地盤管傳熱系數(shù)下降：1.埋地盤管周圍填細砂2.采用柔性盤管，使它與周圍土壤一起移動而與土壤有緊密的結(jié)合3.創(chuàng)造人工濕土壤并使其凍結(jié)。通過這三種方法防止盤管與周圍土壤之間出現(xiàn)空隙現(xiàn)象，從而防止傳熱系數(shù)的下降 常用埋管方式有：1.水平埋管（單管、多管、雙管、螺旋管）2.豎直埋管（U型地埋管、套管式地埋管）3.螺旋型埋管 其特點：1.水平 溝的造價低于打井費用，可以靈活安裝，但使用面積大，千層地表的溫度受氣候影響較大，土壤傳熱的特性隨著氣候雨水埋設(shè)深度而波動2.豎直 在所有閉式系統(tǒng)中所需管長最小，泵功率最小，占地面積最小，土壤溫度不受天氣影響，需要鉆井設(shè)備且費用比水平管溝高 3.螺旋形：比其他形式的水平環(huán)路占地少，安裝費用相對較少，但所需管子較長，受天氣影響大，泵功率要求大，管路系統(tǒng)容易在填埋時損壞辨析熱泵總是節(jié)能的 不確切 有熱力學第一定律可知，在一個系統(tǒng)內(nèi)能量既不能產(chǎn)生，也不能消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，轉(zhuǎn)變方向是一定的，只能從高位能轉(zhuǎn)變?yōu)榈臀荒?，因此說節(jié)能是不確切的，因為僅僅是節(jié)約了高位能，而利用了部分低位能，能量的數(shù)量雖然守恒，但是能量使用到最后成為廢熱傳遞給大氣環(huán)境，質(zhì)量越來越差，到最后毫無用處。因此在節(jié)能問題上，要把能量貶值看為重要問題。節(jié)約能源的質(zhì)量真正意味著節(jié)約能量。合理利用高位能的重要性 世紀的能量利用過程具有量的守恒性和貶值性，任何用能過程實質(zhì)上也可以說成是能的量和質(zhì)的利用過程，要使熱能得到合理利用，必須合理使用高位能、按質(zhì)用能太陽能供熱技術(shù)上的問題：太陽輻射熱量有季節(jié)、晝夜的規(guī)律變化，同時還受到陰晴、云雨等隨機因素強烈影響，是太陽能輻射熱量具有很大的不穩(wěn)定性。要利用不需解決不穩(wěn)定性和間歇性 經(jīng)濟上的問題 集熱器是太陽能供熱、供冷中最重要的組成部分，其性能與成本對整個系統(tǒng)的成敗起著決定性作用。但是高、中溫平板集熱器和聚光型集熱器價格昂貴，是極大障礙 解決方法：常利用10-20c低溫下集熱，再由熱泵裝置進行升溫的太陽能呢個系統(tǒng)來解決 優(yōu)點：采用結(jié)構(gòu)簡單的低溫平板集熱器，效率較高，成本低，還可將集熱器與蒸發(fā)器組合在一起，集成太陽能熱泵直膨式集熱器建筑熱回收是將本來拍到周圍環(huán)境中去的熱量加以有效利用 使用條件：1.最好同時又制冷和供熱的需要，而且排除熱量與需熱量接近2.需要供熱的場所接近回收熱量的場所3.回收熱量所增加的設(shè)備費用能在近期內(nèi)得到回收4.熱量回收與熱量利用應(yīng)互不影響，系統(tǒng)控制簡單，安全性高供熱季節(jié)性能系數(shù)HSPF=整個供熱季節(jié)采暖時間的耗熱量比整個供熱季節(jié)消耗的總能量供熱負荷系數(shù)HDLF=供熱設(shè)計熱負荷比熱泵提供的熱量化學熱泵 廣義指利用化學現(xiàn)象的熱泵，即利用化學反應(yīng)、吸收、吸附、濃度差等化學現(xiàn)象的熱泵 狹義指利用化學放映的熱泵能源利用系數(shù)：供熱量與消耗的初級能源之比共沸工質(zhì)：是有兩種或兩種以上不同工質(zhì)按一定的比例混合在一起的工質(zhì)，在一定壓力下平衡的液相和氣象的組分相同，且保持恒定沸點非共沸工質(zhì)：是有兩種或兩種以上不同工質(zhì)按一定的比例混合在一起的工質(zhì)，在一定壓力下平衡的液相和氣象的組分不同，且沸點不恒定什么使熱泵：熱泵是一種利用高位熱能使能量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置熱泵與制冷機的不同：a熱泵與制冷機的工作溫度范圍不同 b二者目的不同，熱泵實現(xiàn)供熱，制冷機實現(xiàn)制冷水源熱泵的特點：a屬于再生能源利用技術(shù)b高效節(jié)能c運行穩(wěn)定可靠d環(huán)境效益顯著e一機多用，應(yīng)用范圍廣（可供暖、空調(diào)、生活熱水、同時供冷與供熱）f自動運行（可設(shè)計簡單的系統(tǒng)，部位較少，機組運行簡單可靠，維護費用低，自動控制程度高）制約條件：a可利用的水源條件的限制，理論上可利用一切水源，但實際中水利用成本差異很大，所以不同地區(qū)是否有合適的水源稱為水源熱泵應(yīng)用的一個限制條件b水層的地理結(jié)構(gòu)的限制，對于從地下抽水回灌的使用必須考慮使用地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，確保經(jīng)濟性的同時考慮當?shù)氐刭|(zhì)土壤條件，保證用后的尾水的回灌可以實現(xiàn)c投資的經(jīng)濟性，不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策及燃料價格影響，水源條件的不同等都會使投資經(jīng)濟性有所不同水源熱泵對水處理技術(shù)的要求：a水量充足，能滿足用戶制熱（冷）負荷的需要b水溫濕度，滿足機組工況正常運行要求c水質(zhì)要求，適宜于系統(tǒng)機組、管道等材質(zhì)，不至于產(chǎn)生嚴重腐蝕損壞d供水穩(wěn)定，供水應(yīng)長期可靠，保證水源熱泵長期穩(wěn)定運行 水處理技術(shù)：a除砂器與沉淀池b凈水過濾器c電子水處理儀，用于除去水中鈣鎂離子，防止管路結(jié)垢d板式換熱器，防止由于水礦化度高而造成對金屬的腐蝕e除鐵設(shè)備，防止水中鐵生成氫氧化鐵沉淀而產(chǎn)生褐色污漬當前國際上熱泵研究的幾個熱點：能源問題和環(huán)境污染問題，能源危機和礦物能源燃燒過程產(chǎn)生有害物對生態(tài)環(huán)境得到污染，是對現(xiàn)代人類生存的嚴重威脅與挑戰(zhàn)，熱泵技術(shù)是開發(fā)和強化高位能利用率的重要手段，是獲取可再生資源及保持生態(tài)平衡的有效途徑之一。近幾年熱泵技術(shù)的新進展是什么：（1）進入21世紀后，熱泵的快速發(fā)展不單是為了解決能源問題而更主要的是為了改善環(huán)境問題。通過熱泵的應(yīng)用和發(fā)展，來推動暖通空調(diào)的可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)暖通空調(diào)的生態(tài)化和綠色化；（2）熱泵技術(shù)深受業(yè)主的的歡迎，全國各省市均有熱泵應(yīng)用工程實例，初步形成我國寒冷地區(qū)以地下水源熱泵、水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)為主，大地耦合熱泵為輔，夏熱冬冷地區(qū)以空氣源熱泵、地表水源熱泵、水環(huán)熱泵為主，大地耦合熱泵為輔的新格局；（3）進入21世紀后，中國熱泵市場空前繁榮，產(chǎn)品規(guī)格種類齊全，國內(nèi)生產(chǎn)廠家眾多；（4）進入21世紀后，熱泵技術(shù)的創(chuàng)新緊跟時代，主動發(fā)現(xiàn)和回答暖通空調(diào)領(lǐng)域中亟待解決的能源和環(huán)境問題；（5）在經(jīng)濟全球化的條件下，要求不斷加強對外學術(shù)交流和合作，熱泵技術(shù)也不例外，進入21世紀后，對外交流與合作十分活躍，在這個過程中，已深感學習外國技術(shù)時應(yīng)當避免照抄、照搬現(xiàn)象，把國外的技術(shù)消化、吸收后有機地融入國內(nèi)學術(shù)與技術(shù)中，走面向世界、平等對話的必然之路。吸附式與吸收式熱泵相比較有何特點：1、二者均可采用余熱和低品位熱能驅(qū)動；2、與吸收式相比，不存在結(jié)晶和精餾問題，適用范圍比較廣，可用于振動、旋轉(zhuǎn)等場所；3、無CFCS問題；4、與吸附式相比，吸附式對材料沒有/較小腐蝕性；5、與吸附式相比，獨體吸附劑為多微孔介質(zhì)，比表面積大，導(dǎo)熱性能低，故吸附解析時間長，制冷量小，COP值不高試用T-S圖說明勞倫斯循環(huán)的工作過程：（圖P42）被加熱物體（高溫熱源）由溫度TC加熱到TB，環(huán)境介質(zhì)的溫度由TA冷卻到TD，若采用擬卡諾循環(huán)，為了從溫度的低溫熱源中吸熱或向變溫的高溫熱源放熱，盡可能得到較大的制熱性能系數(shù)，工質(zhì)等溫吸熱的溫度應(yīng)等于TD，工質(zhì)等溫放熱的溫度應(yīng)等于TB,即循環(huán)為A-B-C-D-A.由于這個逆卡諾循環(huán)的兩個等溫過程有傳熱溫差，勢必引起不可逆損失，循環(huán)A-B-C-D-A是具有溫差的不可逆的逆卡諾循環(huán)，而且溫差非定值。為了減少不可逆損失，洛倫茲提出了變溫熱源的逆向循環(huán)。在這個循環(huán)中，工質(zhì)的放熱過程B-C與高溫熱源的吸熱過程C-B相重合，但方向相反，這樣工質(zhì)與熱源之間的換熱無傳熱溫差，A-B和C-D為可逆的絕熱壓縮過程和決絕熱的膨脹過程。因此，循環(huán)A-B-C-D-A是可逆循環(huán)。它沒有不可逆附加功的損失。試用情況：兩個變溫熱源情況吸附式熱泵的工作原理（圖見資料）：大量吸附著工質(zhì)氣體的顆粒狀多孔性物料儲存在發(fā)生吸附器上，加熱物料解析工質(zhì)，之后，冷卻加壓，可再次吸附工質(zhì)而工質(zhì)也有如同的循環(huán)回路。什么是CO2跨臨界循環(huán)，畫出流程圖、lgp-h圖和T-S圖：壓縮機吸氣壓力低于臨界壓力，蒸發(fā)溫度也低于臨界溫度，循環(huán)的吸熱過程仍在亞臨界條件下進行，但其壓縮機排氣壓力高于臨界壓力，工質(zhì)冷凝工程與亞臨界狀態(tài)下則完全不同，此換熱過程依靠顯熱來完成，這類循環(huán)成為跨臨界循環(huán)。轉(zhuǎn)輪式熱回收器與熱泵的聯(lián)合系統(tǒng)的工作原理（圖舊書P157）：冬季運行時，室外空氣換熱器2為冷凝器，排風換熱器6為蒸發(fā)器，排風經(jīng)轉(zhuǎn)輪式熱回收器后溫度下降，又經(jīng)排風換熱器后溫度再次下降，新風經(jīng)轉(zhuǎn)輪式熱回收器、室外空氣換熱器被加熱，由風機送入室內(nèi)。循環(huán)路線:壓縮機四通閥-室外空氣換熱器-止回閥-貯液器-膨脹閥-排風換熱器-四通閥-壓縮機 夏季運行時，四通閥換向，此時排風換熱器6為冷凝器，室外空氣換熱器2為蒸發(fā)器，排風經(jīng)轉(zhuǎn)輪式回收器和排風換熱器后被加熱，新風經(jīng)轉(zhuǎn)輪式熱回收器和室外空氣換熱器被冷卻后由風機送入室內(nèi)。循環(huán)路線：壓縮機四通閥-排風換熱器-止回閥-貯液器-膨脹閥-室外空氣換熱器-四通閥-壓縮機第一類吸收式熱泵：輸出的熱能其溫度低于驅(qū)動熱源（供熱給發(fā)生器）的溫度。原理（圖P210 9-2）：制冷劑液體先從蒸發(fā)器的噴淋裝置噴淋到傳熱管上，吸收了傳熱管內(nèi)流動的熱水的熱量而蒸發(fā)成低溫制冷劑蒸汽進入吸收器，低溫制冷劑蒸汽在吸收器內(nèi)被溴化鋰濃溶液噴淋吸收，稱為稀溶液，在吸收過程中放出熱量加熱應(yīng)用水，此應(yīng)用水進入冷凝器。稀溶液由溶液泵經(jīng)熱交換器打入發(fā)生器內(nèi)，同時溴化鋰溶液濃度提高，稱為濃溶液，經(jīng)熱交換器放熱進入吸收器。高壓制冷劑蒸汽進入冷凝器凝結(jié)放熱成制冷劑水，同時此放熱量進一步加熱應(yīng)用水。第二類吸收熱泵：輸出的熱能其溫度高于驅(qū)動熱源（供熱給發(fā)生器和蒸發(fā)器）的溫度。原理（圖P212 9-6）：溴化鋰稀溶液先流入發(fā)生器，受到發(fā)生器管內(nèi)外界提供的廢熱蒸汽的加熱，產(chǎn)生低壓制冷劑蒸汽，溴化鋰溶液濃度升高稱為濃溶液，由溶液泵經(jīng)熱交換器打入吸收器。產(chǎn)生的制冷劑蒸汽在冷凝器中被冷卻成為制冷劑液體，由制冷機泵打入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑液體通過噴淋裝置，吸收了傳熱管內(nèi)為界提供廢熱蒸汽的熱量蒸發(fā)成高壓制冷劑蒸汽進入吸收器，該制冷劑蒸汽被溴化鋰濃溶液所吸收，成為溴化鋰稀溶液，同時產(chǎn)生吸收熱，加熱了應(yīng)用水。四管熱泵系統(tǒng)的工作原理：（圖舊書P158）1.夏季循環(huán)制式，冷負荷大于熱負荷。三通換向閥V6直通路開啟，旁通路關(guān)閉，V7直通路關(guān)閉，旁通路開啟。冷凍水循環(huán)路線：蒸發(fā)器-風機盤管-三通換向閥V7-冷凍水泵-蒸發(fā)器 熱水循環(huán)路線：冷凝器-風機盤管-止回閥CV1-蒸發(fā)冷卻器-三通換向閥V6-熱水泵-冷凝器。多余熱量由蒸發(fā)冷卻器排放到周圍空氣中，制冷壓縮機根據(jù)制冷負荷來調(diào)節(jié)能量2. 冬季循環(huán)模式，熱負荷大于冷負荷。三通換向閥V6直通路關(guān)閉，旁通路開