第17講熱泵與建筑節(jié)能

1、logo建筑節(jié)能建筑節(jié)能公共素質選修課授課教師：歐陽金龍授課教師：歐陽金龍聯(lián)系方式：聯(lián)系方式qq：2021463017.2 熱泵機組與熱泵系統(tǒng)熱泵機組與熱泵系統(tǒng)17.3 熱泵空調系統(tǒng)熱泵空調系統(tǒng)17.4 熱泵的評價熱泵的評價第第17講講 熱泵與建筑節(jié)能熱泵與建筑節(jié)能17.1 熱泵的定義與涵義熱泵的定義與涵義17.5 熱泵的分類與用途熱泵的分類與用途17.6 地源地源熱泵系統(tǒng)熱泵系統(tǒng)p 定義：定義：以消耗一部分高品位能源(煤、石油、機械能、電能或高溫熱能)為補償，使熱能從低溫熱源向高溫熱源傳遞的裝置。其實質是借助降低一定量的功的品位，提供品位較低而數(shù)量更多的能量。由于熱

2、泵能將低溫熱能轉換為高溫熱能，提高能源的有效利用率，因此是回收低溫余熱、利用環(huán)境介質(地下水、地表水、土壤、室外空氣、廢熱等)中儲存的能量的重要途徑。17.1 熱泵的定義與涵義熱泵的定義與涵義熱泵原理水泵的作用是把水從低處往高處送，熱泵就是熱傳導的“水泵”。把低溫的熱源提升，提供生活用能。用千瓦的電驅動熱泵后，可以“搬運”4千瓦的淺層地能。 高位能低位能動力機環(huán)境溫度工作機高于環(huán)境溫度的熱源供給熱用戶17.1 熱泵的定義與涵義熱泵的定義與涵義p 涵義：涵義：u 熱泵是一種節(jié)能裝置：雖然消耗一定的高位能，但供給用戶的熱量是消耗的高位熱能與吸取的低溫熱能的綜合。用戶獲得的熱量永遠大于消耗的高位能。

3、u 由動力機和工作組組成熱泵機組。利用高位能來推動動力機(如汽輪機、燃氣機、燃油機、電機等)，然后由動力機驅動工作機(如制冷機、噴射器)運轉，工作機像泵一樣，把低位熱能送至高品位，以向用戶供熱。u 熱泵既遵循熱力學第一定律，熱量在傳遞和轉換過程中的能量守恒；也遵循第二定律，熱量不可自發(fā)的、不付代價的、自動的從低溫物體轉移至高溫物體。熱泵是依靠高位能的拖動，迫使熱量有低溫物體傳遞給高溫物體。17.1 熱泵的定義與涵義熱泵的定義與涵義17.1 熱泵的定義與涵義熱泵的定義與涵義17.1 熱泵的定義與涵義熱泵的定義與涵義p 熱泵與熱機的區(qū)別：熱泵與熱機的區(qū)別：u 熱機：利用高溫熱源的能量來產生機械功，

4、熱效率值總是小于1的。u 熱泵：靠消耗機械功將低溫熱源的熱量轉移到高溫物體中去，制熱性能系數(shù)(+1)總是大于1的。空氣源熱泵室外機空氣源熱泵室外機p不同供熱方案的比較不同供熱方案的比較v 方案1：直接用電加熱，則需要10kw電能。v 方案2：采用熱泵供熱，即用電能拖動熱泵機組向室內供熱。v 假定供熱溫度45，低溫物體溫度0，如果熱泵按理想的逆卡諾循環(huán)工作，則所需要的電能為1.145kw。v 節(jié)約能量的途徑，過去認為不用能即節(jié)能，實際上應該提高能量的利用率，“建筑節(jié)能”應更準確地表述為“建筑合理用能”。熱負荷10kw17.1 熱泵的定義與涵義熱泵的定義與涵義由燃料直接提供采暖等所需的低位能，即使

5、在不損失熱量的條件下，室內所得到的熱量最多為燃料發(fā)熱量的100%，也應該說是一種巨大的浪費 。因為,在這種情況下，儲藏在燃料中的化學能所具有的作功能力未加以合理利用而被貶值了！p 熱泵機組：動力機、工作機組成的節(jié)能機械，是熱泵系統(tǒng)的核心部分。p 熱泵系統(tǒng)：熱泵機組、高位能輸配系統(tǒng)、低位能采集系統(tǒng)和熱能分配系統(tǒng)組成。17.2 熱泵機組與熱泵系統(tǒng)熱泵機組與熱泵系統(tǒng)熱泵系統(tǒng)框圖熱泵系統(tǒng)框圖低位能采集系統(tǒng)高位能輸配系統(tǒng)熱泵機組熱能分配系統(tǒng)低位能采集系統(tǒng)p 以以典型地下水源熱泵系統(tǒng)典型地下水源熱泵系統(tǒng)為例講解為例講解四個系統(tǒng)四個系統(tǒng)：u 熱泵機組：冬天，通過蒸發(fā)器從地下水(低位熱源)吸取熱量，在冷凝器中

6、放出溫度較高的熱量供給用戶；夏天，蒸發(fā)器直接將冷凍水送入用戶，降溫除濕，中間介質(水)在冷凝器中吸取建筑中的熱量，并回送入地下蓄熱供冬天采暖用。u 低位能采集系統(tǒng)：直接系統(tǒng)用水、空氣等直接輸給熱泵機組的系統(tǒng)；間接系統(tǒng)則借助于水或者防凍劑的水溶液通過換熱器將低位熱源的熱量傳輸出來，輸送給熱泵機組。u 高位能輸配系統(tǒng)：用電動機作為驅動裝置是最常見的。但是發(fā)電中，很多廢熱被損失，采用燃料發(fā)動機更好。u 熱分配系統(tǒng)：應用非常廣泛，工業(yè)、農業(yè)、建筑暖通空調等。暖通空調用熱品味不高，均小于60。17.2 熱泵機組與熱泵系統(tǒng)熱泵機組與熱泵系統(tǒng)典型地下水源熱泵系統(tǒng)圖(冬天)典型地下水源熱泵系統(tǒng)圖(夏天)熱泵空

7、調系統(tǒng)：熱泵空調系統(tǒng)：空調系統(tǒng)中選用了熱泵系統(tǒng)p 遵循能量提升的用能原則：避免了常規(guī)空調系統(tǒng)用能的單向性，即熱源消耗高位能，向建筑物提供低溫熱量，向環(huán)境排放廢物。熱泵空調系統(tǒng)遵循熱量循環(huán)使用的用能模式。p 使用大量的再生能替代高位能p 冷源與熱源合二為一：夏天制冷，冬天供暖，冷熱源一體化，節(jié)省設備投資。常規(guī)暖通空調系統(tǒng)，分別設置冷源、熱源。p 熱泵空調系統(tǒng)更具節(jié)能效果和環(huán)保效益17.3 熱泵空調系統(tǒng)熱泵空調系統(tǒng)熱泵空調系統(tǒng)熱泵空調系統(tǒng)17.4 熱泵的評價熱泵的評價v 在暖通空調工程中采用熱泵節(jié)能的經濟評價問題十分復雜，影響因素很多，其中主要有負荷特性、系統(tǒng)特性、地區(qū)氣候特性、低位熱源特性、設備

8、價格、設備使用壽命、燃料價格、電力價格等。但總的原則圍繞著兩方面：節(jié)能效果和經濟效益。 11eeechwqwwqwqv 熱泵的制熱性能系數(shù)v 熱泵的供熱季節(jié)性能系數(shù)hspfiiiitwtqhspf采暖季的總耗功量采暖季的總供熱量17.5 熱泵的分類與用途熱泵的分類與用途p熱泵可按多種特征進行分類u按低位熱源分u按熱泵與供熱介質的組合方式分 u按用途分 u按供熱溫度分u按熱泵循環(huán)的驅動方式分u按低位熱源分v 空氣源熱泵v 水源熱泵（地表水、地下水、生活廢水、工業(yè)廢水）v 土壤源熱泵v 太陽能熱泵等 17.5 熱泵的分類與用途熱泵的分類與用途u按熱泵與供熱介質的組合方式分v 空氣/空氣熱泵v 空氣

9、/水熱泵v 水/空氣熱泵v 水/水熱泵v 土壤/空氣熱泵v 土壤/水熱泵 n 低溫熱源/熱媒：17.5 熱泵的分類與用途熱泵的分類與用途u按用途分v小型水加熱器美國 1988年已運行的熱泵熱水器達200多萬臺。v全年運行的空調和采暖熱泵 v同時供熱供冷熱泵v廢熱利用熱泵v蒸氣壓縮機及蒸餾裝置17.5 熱泵的分類與用途熱泵的分類與用途空氣源熱泵空氣源熱泵 裝置的用途用熱用冷魚類加工廠清洗用溫水制冷肉類加工廠清洗用溫水冷卻和制冷農舍清洗機器和清潔用溫水牛奶冷卻、空調用冷乳品廠清洗用溫水牛奶冷卻、儲存室冷卻屠宰場清洗用溫水冷藏庫及速凍間溜冰場采暖、游泳池冰場制冷大型冷庫供熱、出售熱量冷藏間啤酒廠溫水

10、啤酒窖及麥芽汁冷卻工業(yè)能源中心溫水和熱水冷鹽水、冰、冰水同時供熱供冷熱泵裝置用途用熱廢熱來源洗衣房熱水廢水旅館、醫(yī)院溫水廢水印染和其他紡織工業(yè)熱水、熱堿水廢水造紙和其他加工工業(yè)熱水、干燥過程排氣、廢水麥芽作坊干燥室蒸氣農用空調裝置采暖、熱水馬棚、孵化室等香蕉催熟裝置催熟間冷藏室干燥裝置干燥空氣排氣、排出的空氣去濕廢熱利用熱泵17.5 熱泵的分類與用途熱泵的分類與用途17.6 地源熱泵系統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)p地源熱泵概述地源熱泵概述地源熱泵是利用淺層地能進行供熱制冷的新型能源利用技術，是熱泵的一種,熱泵是利用卡諾循環(huán)和逆卡諾循環(huán)原理轉移冷量和熱量的設備。地源熱泵通常是指能轉移地下土壤中熱量或者冷量到所

11、需要的地方。通常熱泵都是用來做為空調制冷或者采暖用的。地源熱泵還利用了地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力，冬季地源把熱量從地下土壤中轉移到建筑物內，夏季再把地下的冷量轉移到建筑物內，一個年度形成一個冷熱循環(huán)。制冷模式：制冷模式： 在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，使其進行汽-液轉化的循環(huán)。通過蒸發(fā)器內冷媒的蒸發(fā)將由風機盤管循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)同時再通過冷凝器內冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路循環(huán)轉移至地表水、地下水或土壤里。在室內熱量不斷轉移至地下的過程中，通過風機盤管，以13以下的冷風的形式為房間供冷。 供暖模式：供暖模式：在供暖狀態(tài)下，壓縮

12、機對冷媒做功，并通過換向閥將冷媒流動方向換向。由地下的水路循環(huán)吸收地表水、地下水或土壤里的熱量，通過冷凝器內冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時再通過蒸發(fā)器內冷媒的冷凝，由風機盤管循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉移至室內的過程中，以35以上熱風的形式向室內供暖。17.6 地源熱泵系統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)p地源熱泵系統(tǒng)的一般形式 17.6 地源熱泵系統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng) 地球表面吸收了太陽能的47，相當于人類一年所需能量的500多倍 地球深處熱流或較深層的地熱能對地表淺層也起到了加熱作用u地源熱泵系統(tǒng)v 地表水(江、河、湖、海)源熱泵系統(tǒng)v 地下水源熱泵系統(tǒng)v 污水源(生

13、活廢水、工業(yè)廢水)熱泵系統(tǒng)v 土壤源熱泵17.6 地源熱泵系統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng) 地源熱泵冬天代替鍋爐從土壤中取熱，向建筑物供暖，夏天代替普通空調向土壤排熱，給建筑物制冷。是目前效率最高、對環(huán)境最有利的熱水、取暖和制冷系統(tǒng)。地源熱泵地源熱泵 17.6 地源熱泵系統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)p地源熱泵系統(tǒng)的特點及優(yōu)勢 1、可再生能源利用形式 地表淺層收集了47%的太陽能量，或城市生活生產余熱，它利用地表淺層的可再生能源，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。2、高效節(jié)能 地能或地表淺層地熱資源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，土壤與空氣溫差一般為17度，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源，這種溫度特性

14、使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調系統(tǒng)運行效率要高40%60%，因此要節(jié)能和節(jié)省運行費用4050左右。制熱系數(shù)高達3.54.5，而鍋爐僅為0.70.9，可比鍋爐節(jié)省70%以上的能源和40%60%運行費用；制冷時要比普通空調節(jié)能30%左右。通常地源熱泵消耗1kw的能量，用戶可以得到5kw以上的熱量或4kw以上冷量，所以我們將其稱為節(jié)能型空調系統(tǒng)。17.6 地源熱泵系統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)3、節(jié)省空間、美觀 傳統(tǒng)空調系統(tǒng)的換熱器置于室外，破壞建筑的外觀。而地源熱泵把換熱器埋于地下，沒有冷卻塔、鍋爐房和其它設備，省去了鍋爐房，冷卻塔占用的寶貴面積，產生附加經濟效益，并改善了環(huán)境外部形象，保持建筑物外觀的完美。 4、保護環(huán)境 地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少40以上，與電供暖相比，相當于減少70以上，真正的實現(xiàn)了節(jié)能減排。設備的運行沒有燃油、燃煤污染。不抽取地下水，沒有地下水位下降、地面沉降和開鑿回灌井等問題，是真正的綠色環(huán)保能源利用方式。