第二章热泵工质
含 H 原子增加，则可燃性增加，稳定性降低。
3.3.2 环境特性
环境特性主要指工质的温室效应和对臭氧层的破坏。特性指标包括 1) 臭氧破坏指数（ozone depletion potential, ODP）：ODP 一般以 R11 为比较基准，
和天然工质 ODP 为 0，可长期使用。
2) 温室效应指数（global warming potential, GWP）：大多数制冷剂都是温室气体，
其在大气中存在的周期越长，则温室效应越显著。制冷剂的 GWP 以 CO2 作 为比较基准，其值为 1。其它工质 GWP 是根据 CO2 的 GWP 的倍数来定义的。 全球温室效应主要是因为化石燃料燃烧产生的 CO2，以及森林采伐。制冷剂 导致的温室效应占很小一部分。
所 载 2.1 热泵工质的种类 权 热泵工质可以是无机化合物，例如氨、水和二氧化碳；也可以是有机化合物，
转 例如卤代烃（氟利昂）、环状有机化合物、碳氢化合物（饱和及不饱和）、有机氧 版 究 化物。工质可以是纯工质，也可以是混合物。混合工质包括共沸混合物和非共沸 请 勿 者 必 混合物。
违
图 2.1 以乙烷为基体的卤代烃衍生物
HCFCs（Hydrochlorofluorocarbons）：含氢氯氟碳的不完全卤代烃，如 R22
称为 HCFC-22；
有 HFCs （ Hydrofluorocarbons ）： 含 氢 氟 碳的无 氯 卤 代 烃 ， 如 R134a 称 为
HFC-134a;
FCs（Fluorocarbons）：氟烃，如 R14，可称为 FC14;
该系列包括烷、醚、酯、胺类等。正丁烷为 R600，异丁烷 R600a，含氧有
机化合物 R61x，含氮有机化合物 R63x，其中 x 代表某个数字表示的序号。
3）不饱和有机化合物（1000 系列）
将分子中不饱和键的数目作为工质数字编码的第一位，后面的数字编码方式
同卤代烃。比如丙烯含一个不饱和键，故为 R1270。
勿 甲烷类有机化合物 000 系列 R11，R22，R13，R23，R32
必 乙烷类有机化合物 100 系列 R124，R125，R134a，R142b，R143a，R152a
请 者 丙烷类有机化合物 200 系列 R227ea，R236fa，R245ca，R245fa，R290
环烷类有机化合物 非共沸有机混合物
制冷时，几乎没有什么技术可以和制冷机匹敌竞争。相反，供热时，可供选 择的技术很多。因此，相比制冷机，热泵的经济性显得更为重要。选择合适的工
有 质，既满足特定的供热要求，又降低热泵的经济成本是热泵设计中很重要的环节。
本章先简要介绍热泵工质的分类、命名规则、安全与环境特性，随后重点讲述与 热泵设计相关的热物理属性。
工质的标准沸点（1 个大气压下的沸点，简称沸点）既是制冷剂制冷温度的 直接指标，也是选取热泵低温热源的参考值。作为热泵工质，希望其标准沸点要 低于低温热源的温度。这样工质在蒸发器中的蒸发压力高于标准大气压，避免在 系统中产生真空度。通常情况下，对于给定的蒸发温度，标准沸点越低的工质， 压缩机入口比容也越小。因此在相同排气量的条件下，压缩机尺寸就越小。
热泵技术及应用
Heat pump technology with applications
有 编者：李旻
版
所 载 中南大学 权 转 能源科学与工程学院
勿 请
必 者
究
违
热泵技术及应用
编者：李旻
第二章 热泵工质
从理论上讲，理想热泵循环（逆卡诺循环）性能与工质无关。但实际工程中， 工质对热泵性能和安装使用有重大影响。选取工质要考虑多方因素，包括经济因 素，安全因素，环境与热力性能因素等。满足所有需求的完美工质几乎不存在， 因此工质的选择也是一个需要折中的优化问题。另外，虽然热泵工质都选自制冷 工质，由于热泵与制冷机的工作温度和压力范围的不同，所以有些适用于制冷的 工质并不一定非常适合热泵。
序来定。为区分组分相同而质量分数不同的混合工质，可在编号后加 A、B、C 等后缀。如 R407A、R407B 和 R407C，R508A 和 R508B 等。
工质也可以用类别缩写加数字编号表示。常用的有：
CFCs（Chlorofluorocarbons）：含氯氟碳的完全卤代烃，如 R12 称为 CFC-12；
4) 全周期气候性能指数（life-cycle climate performance, LCCP）：它包含 TEWI
版 权请所勿 转者载必 和制造生产制冷剂过程中产生直接和间接温室气体排放。
究
违 图 2.3 某些热泵工质的 ODP 和 GWP
图 2.3 给出了一些工质的 ODP 和 GWP 值。图中横坐标为工质在大气中的生 存周期，纵坐标为 ODP 值。工质的周期越长，温室效应可能越严重。图 2.3 中 每个工质与一个圆圈对应。圆圈的半径等于 GWP 值，圆心位置等于 ODP。所以 图中的圆圈半径越小，圆心位置越靠近 0，对应的工质越环保。
子上各自取代基相对原子质量之和的差异大小，分别以 a、b、c……表示，计算
方法与乙烷类衍生物相似。
有 以五氟丙烷为例，分子式 C3H3F5，按基本规则为 R245。它有 5 个同分异构
体：
① CHF2—CH2—CF3，按表 1 第一个字母为 f，且无同分异构体，因此编号
所 R245fa。 载 ② CHF2—CHF—CHF2，按表 1 第一个字母为 e，该工质第一个和第三个碳
取 R11 的 ODP 为 1。对臭氧层的破坏主要因为工质分子中含有 Cl 元素或 Br 元素。所以只含氯氟的完全卤代烃 CFCs 一般有较大的 ODP，是被淘汰使用 的。HCFCs 含有氢原子，ODP 较小，但不为零，属于过渡工质。HFCs、HCs
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热泵技术及应用
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2.3 工质的安全与环境特性
3.3.1 安全特性
工质的安全特性包括毒性和可燃性两个基本要素。根据 ASHRAE standard 34，
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编者：李旻
制冷剂的安全特性分类如表 3 所示。 表 2.3 热泵/制冷工质的安全分类
高可燃性 A3
B3
低可燃性 A2
B2
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卤代烃是一类应用最广泛的制冷剂和热泵工质，由卤族元素氟、氯、溴取代 烃中的氢原子构成。图 2.1 是以乙烷为基体，分别被不同数量的氯、氟原子取代 后的卤代烃衍生物。图中三角形的顶点分别为含氯、含氢和含氟的碳化物；往各 个顶点靠近，相应的氯氟氢原子数增加。
所 HCs（Hydrocarbons）：碳氢化合物，如 R290，HC-290。
载 卤代烃中的 Cl 元素或 Br 元素对臭氧层有破坏作用，所以 CFCs 是禁用的工
权 质，其余的可以中长期使用。表 2 是工质基本类型的一个总结性表格。
转 表 2.2 热泵工质基本类型
版 究 工质类型
编码系列
典型工质
1）烃及卤代烃系列 卤代烃又称氟利昂（美国杜邦公司的商品名），其化学通式为 CmHnFxClyBrz (n + x + y + z = 2m + 2)；烷烃的通式为 CmH2m+2。这些工质的命名编号为 R(m– 1)(n+1)(x)B(z)。对环状衍生物，在数字前加 C，RC318。 乙烷类工质同分异构体根据分子结构的不对称程度在数字后加字母 a、b、 c……，表示两个碳原子上取代原子的相对原子质量之和的差异。丙烷类工质的
权 原子上取代基相对原子质量之和的差为 0，因此编号 R245ea。 转 ③ CH2F—CHF—CF3，按表 1 第一个字母为 e，该工质第一个和第三个碳原
版 究 子上取代基相对原子质量之和的差为 36，因此编号 R245eb。 勿 ④ CH2F—CF2—CHF2，按表 1 第一个字母为 c，该工质第一个和第三个碳
3) 总等价温室效应指数（total equivalent warming impact, TEWI）：制冷热泵设备
的驱动源主要是化石燃料（转化为电或直接热驱动），这些能源都会导致 CO2
排放。因此热泵设备对温室效应的贡献不仅仅是制冷剂的逸散，还应包括由
有 于消耗能源导致的间接 CO2 排放。这就是 TEWI。
必 原子上取代基相对原子质量之和的差为 18，因此编号 R245ca。 请 ⑤ CH3—CF2—CF3，按表 1 第一个字母为 c，该工质第一个和第三个碳原子
者 上取代基相对原子质量之和的差为 54，因此编号 R245cb。 违 丁烷衍生物类工质的同分异构体要用三个字母表示，这里不再赘述。
2）烃及其它衍生物（600 系列）
不可然 A1
B1
低毒性 高毒性
其中毒性分类划分的依据是：
有 Class A: 基于安全阀值-时间加权平均值或于此相一致的数据，如果工质体
积浓度小于或等于 400ppm 时，被确定没有毒性危害，则为 A 类工质。 Class B: 基于安全阀值-时间加权平均值或与此相一致的数据，如果工质体
所 积浓度小于或等于 400ppm 时，被确定有毒性危害，则为 B 类工质。 载 可燃性划分的依据是： 权 Class 1: 在温度 21 ℃和大气压力 101 kPa 环境下，无火焰蔓延（传播），即
热泵工质的热力性质可以表示在温-熵（T-s）图上。根据其饱和蒸汽的性质， 工质又可分为两大类：一类工质的饱和蒸汽线自临界点开始向右倾（即 ds/dT ≤ 0）。 这类工质，被压缩时蒸汽过热度随着压力的升高而增加，被称为“过热增”或“干 性”工质（图 2.2A）。相反，如果工质饱和蒸汽线自临界点开始向左倾斜（ds/dT > 0），被压缩时蒸汽过热度随压力升高而减小，甚至进入湿蒸汽区引起湿压缩。这
高温热泵工质
高温热泵工质高温热泵是一种利用热泵原理实现高温热能转换的设备。
而高温热泵工质则是实现这一热能转换过程中的重要组成部分。
本文将从高温热泵工质的定义、特点、应用以及发展前景等方面进行详细介绍。
高温热泵工质是指能在高温环境下工作的热泵工质。
一般而言，高温热泵工质的工作温度范围在100℃以上，有些甚至可以达到200℃。
高温热泵工质主要用于将低温热能转换为高温热能，以满足高温工业生产和供热领域的需求。
高温热泵工质具有以下几个特点。
首先，高温热泵工质需要具备较高的热传导性能，以便能够在高温条件下快速吸收和释放热量。
其次，高温热泵工质需要具备较高的热稳定性和化学稳定性，能够在高温条件下长时间稳定地工作。
此外，高温热泵工质还需要具备较低的蒸汽压力，以降低系统的压力要求和设备的成本。
高温热泵工质在工业领域有着广泛的应用。
首先，它可以用于工业生产中的高温热能回收。
对于一些高温废热资源，通过高温热泵工质的应用，可以将废热转换为有用的高温热能，进而用于工业生产过程中的供热、干燥等环节。
其次，高温热泵工质可以用于实现工业过程中的能量提供。
传统的能源供给方式如煤燃烧、燃气提供的能量转换效率较低，而高温热泵工质可以实现更高效的能量转换，提高工业生产过程的能源利用效率。
此外，高温热泵工质还可以应用于供热领域，为居民和商业建筑提供高温热水供暖等服务。
高温热泵工质的研发和应用也面临着一些挑战和机遇。
首先，高温热泵工质需要具备较好的环境友好性，以减少对环境的污染。
因此，需要不断研发新的高温热泵工质，以满足环保要求。
其次，高温热泵工质的研发需要克服目前存在的技术难题，如工质的热传导性能、热稳定性等问题。
此外，高温热泵工质的应用还需要提高其经济性，降低成本，以增加市场竞争力。
总而言之，高温热泵工质作为高温热泵技术的重要组成部分，具有广阔的应用前景。
随着工业生产和供热需求的不断增加，高温热泵工质的研发和应用将得到更多关注和投入。
相信在不久的将来，高温热泵工质将在工业和供热领域发挥重要作用，为经济发展和环境保护做出积极贡献。
第二章热泵工质
3) 总等价温室效应指数（total equivalent warming impact, TEWI）：制冷热泵设备
的驱动源主要是化石燃料（转化为电或直接热驱动），这些能源都会导致 CO2
排放。因此热泵设备对温室效应的贡献不仅仅是制冷剂的逸散，还应包括由
有 于消耗能源导致的间接 CO2 排放。这就是 TEWI。
转 不可燃。 版 究 Class 2: 在温度 21 ℃和大气压力 101 kPa 环境下，工质最低可燃极限大于
勿 0.10 kg/m3 ，且燃烧热低于 19000 kJ/kg。 必 Class 3: 在温度 21 ℃和大气压力 101 kPa 环境下，工质最低可燃极限小于
请 者 或等于 0.10 kg/m3，且燃烧热大于 19000 kJ/kg。 一般地，卤代烃分子中 Cl 原子增加，毒性增加，沸点和临界温度升高，F
制冷时，几乎没有什么技术可以和制冷机匹敌竞争。相反，供热时，可供选 择的技术很多。因此，相比制冷机，热泵的经济性显得更为重要。选择合适的工
有 质，既满足特定的供热要求，又降低热泵的经济成本是热泵设计中很重要的环节。
本章先简要介绍热泵工质的分类、命名规则、安全与环境特性，随后重点讲述与 热泵设计相关的热物理属性。
所 载 2.1 热泵工质的种类 权 热泵工质可以是无机化合物，例如氨、水和二氧化碳；也可以是有机化合物，
转 例如卤代烃（氟利昂）、环状有机化合物、碳氢化合物（饱和及不饱和）、有机氧 版 究 化物。工质可以是纯工质，也可以是混合物。混合工质包括共沸混合物和非共沸 请 勿 者 必 混合物。
违
图 2.1 以乙烷为基体的卤代烃衍生物
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热泵技术及应用
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热泵工质
（4）混合制冷剂：这类制冷剂包括共沸制 冷剂和非共沸制冷剂。
已经商品化的共沸制冷剂，依应用先后在R500序号 中 顺次地规定其编号。 已经商品化的非共沸制冷剂，依应用先后在R400序 号中顺次地规定其编号。混合制冷剂的组分相同，比例不 同，编号数字后接大写ABC等字母加以区别。 例如：R500——R12/R152a（73.8/26.2） R502—— R22/R115（48.8/51.2） R407A——R32/125/134a （20/40/40） R407C——R32/125/134a（23/25/52）
氟利昂-------是饱和碳氢化合物的卤族衍 生物的总称。 衍生物中是用氟、氯和溴的原子代替 原来化合物中的全部或一部分氢原子，使化 合物的性质起了很大的变化。 氟利昂制冷剂主要有：R22，R134a，R13， R14， R12等。
（3）碳氢化合物：主要有饱和碳氢 化合物和非饱和碳氢化合物。
（2）工质的环境特性要求
• 主要体现为对臭氧层的破坏和温室效应。 • 热泵工质的使用不能造成对大气臭氧层的破坏和引起 全球气候变暖。 • 工质的温室效应用全球温室效应潜能值（GWP）来表示， 以CO2为基准值，人为地规定其值为1.0 • 工质对臭氧层的破坏能力大气臭氧损耗潜能值（ODP） 来表示。以R11为基准值，人为地规定其值为1.0
2.氟里昂（R12）
• 应用较广的中温制冷剂，沸点－33.3℃，凝固点－ 77.9℃； • 有较好的热力学性质和热物理性质； • 有毒，可燃，安全分类B2； • 与水互溶，但由于有腐蚀作用，限制含水量不超过0.2 ％； • 密度比矿物油小，在矿物油中溶解度小； • 对材料有限制，不允许使用铜及铜合金； • 用于蒸发温度在－65℃以上的大型或中型活塞及螺杆 机组中，也有应用于大容量离心式制冷机中。
热泵简介资料重点
热泵的工作原理
• 低温低压的气态冷媒经过压缩机的压缩成 为高温高压的气体，在冷凝器中向外部高 温热源放热，被冷却的高压气液混合物冷 媒经过节流阀降压成为低温低压的液体， 液态冷媒在蒸发器中从低温热源吸热成为 低温低压的气体，气态冷媒在压缩机中被 压缩进入下一个循环。
热泵的工作原理图
热泵为什么节能
6. 指示功率：只是指压缩机单位时间内所消耗 的指示功，单位为W 轴功率：由原动机传到压缩机主轴上的功率 为轴功率
轴效率：等熵压缩功率与轴功率之比
机械效率：初为指示功率与轴功率之比，表 示压缩机摩擦损失的程度
7. 电功率：从电源输人驱动电动机的功率 电效率：为等熵功率与电功率之比
8. 为了最终衡量制冷压缩机的动力经济性，采 用性能系数COP,它是在一定工况下制冷压缩机的 制冷量与所消耗功率之比。
Q0 qmaq0m (3.6106 ) qvaq0v (3.6106 )
式中 q0m－制冷剂在给定制冷工况下的单位质量制冷量，单位为J/kg； q0v －制冷剂在给定制冷工况下的单位容积制冷量，单位为J/m3。
为了便于比较和选用，有必要根据其不用的使用条件规定统一 的工况来表示压缩机的制冷量。根据标准规定，吸气工质过 热所吸收的热量也应包括在压缩机的制冷量内。
4.排热量 排热量是压缩机的 制冷量和部分压缩机输入功率的当量热量 之和，它是通过系统中的冷凝器排出的。这个参数对于热泵 系统中的压缩机来讲是一个十分重要的性能指标；在设计制 冷系统的冷凝器时也是必须知道的。
• 5.指示功率和指示效率 指示功率：只是指压缩机单位时间内所消耗的指示功，单 位为W
• 指示效率：是指压缩机的等熵压缩功率与指示功率之比， 也是制冷剂等熵压缩比功和实际指示比功之比。指示效率 表示压缩机循环过程中热力过程的完善程度。
低温空气源热泵 工质
低温空气源热泵工质
低温空气源热泵是一种利用低温空气作为热源，通过压缩机将低温空气中的热量提取出来，再利用换热技术将热量传递到房间内部的供暖或热水系统中的设备。
其工质主要有以下几种：
1. R407C：它是一种无色、无味、非腐蚀性、不易燃烧的气体，具有较好的制冷效果和加热效果，具有较广泛的应用范围。
但它是一种氟利昂气体，对环境造成一定的污染。
2. R410A：与R407C类似，也是一种氟利昂气体，但它的环保性能更好，对臭氧层的破坏较小。
3. R417A：它是一种HCFC混合气体，相对于低温空气源热泵来说，R417A 的制冷效果不如前两种工质。
4. R134a：它不是一种氟利昂气体，而是一种HFC气体，对环境的污染较小，不会破坏臭氧层，但是其制冷和加热效果不如R407C和R410A。
需要注意的是，不同的工质具有不同的物理和化学性质，并且其环保性能也有所不同。
在选择低温空气源热泵的工质时，需要根据实际情况和应用要求进行选择，并遵守相关的环保法规和标准。
建议在选择和使用低温空气源热泵时，咨询专业机构或相关厂家，以获取更合适和更环保的工质选择方案。
热泵工质
• 1930年梅杰雷和他的助手评价了单碳族15种含 氢、氯和氟的化合物，最终选出了氯氟烃12 （CFC12，R12）,并于1931年商业化 • 1932年氯氟烃11（CFC11，R11）也被商业化 • 随后R114于1933年，R113于1934年，R22于 1936年，R13与1945年，R14于1955年陆续出现 • 1961年又开始使用R502
（5）其它各种有机化合物
规定按600序号编号，其编号是任选的。
三、对热泵工质的要求
• 对制冷剂的诸多要求原则上也适用于热泵工质。 但由于热泵工质更注重他本身的节能和环保的 特殊性，因此专家们注意从热物理性质和环境 特性方面对热泵工质提出更高的要求。
（1）工质热物理性质方面的要求
• 工质的热物理性质是指工质在与热有关的运动中所表 现出的性质，一般可以分为两大类：平衡态的热力学 性质（简称热力学性质）和非平衡态的迁移性质（简 称输运性质）。 • 热力学性质主要包括压力、温度、比体积、密度、压 缩因子、比热容、热力学能（内能）、焓、熵、声速、 焦—汤系数、等熵指数、压缩指数、表面张力等 • 输运性质是指工质的运输量（如动量、能量、质量等） 在传递过程中所表现的性质，如，粘度、热导率、扩 散系数等
氟利昂的溶水性及与润滑油的溶解曲线分别见图。
3.非共沸混合制冷剂
• 温度滑移（Temperature glide） • 近共沸制冷剂（Near azeotropic mixture refrigerant）
五、热泵工质使用注意事项
• 制冷剂属于化学制品，在一般温度下呈气体状 态。有些制冷剂还有可燃性、毒性、爆炸性， 所以在保管、使用、运输中必须注意安全，防 止造成人身和财产损失的事故。
第二章 蒸气压缩式制冷与热泵的热力学原理
当制冷机用于供热（利用转移到高温处的热量）时，称为热泵。
概念：
1.制冷量：单位时间内蒸发器从被冷却介质中提取的热量， 用
Q 表示。
e
2.制热量：单位时间内热泵的冷凝器供出的热量，在制冷机中称为冷凝热量， 用 Q 表示 。
c
法定单位：W、KW； 工程制单位：千卡/小时（kcal/h），英热单位/小时（Btu/h）。
（2）状态点1改为饱和蒸气状态。
（3）使Te<T1，Tc>T2。
LOGO
饱和循环在lgp-h图上的表示
LOGO
（1）蒸发器（4-1） 制冷量
Q e M r ( h1 h 4 )
单位质量制冷剂的制冷量 （2）蒸发器（2-3） 制热量
Q c M r ( h 2 h3 )
LOGO
图2 氨制冷系统流程图
LOGO
空调用蒸气压缩式制冷机组
一、冷（热）水机组
17 16 15 14 13 12
生产冷冻水， 提供给室内 末端
1 冷冻水进口
3
2
冷冻水出口
接冷却塔
4 7
5 11 10 9 冷却水进口 6 18 8
冷却水出口
图 6-3
换算关系：1W=0.86kcal/h
1kW=860kcal/h 1kcal/h=1.163W 1W=3.412Btu/h
LOGO
3.压缩机消耗的功率： 制冷机或热泵中压缩机在单位时间内消耗的功称为压缩机 消耗的功率，用 W 表示，单位为W、kW。 4.制冷机或热泵的性能系数 制冷机 热 泵
图 2.7
变 频 热 泵 型 VRV空 调 系 统 原 理 图
第二章__吸收式热泵的工作原理
质量衡算
在稳定流动状态，进出每一个单元的工质质量 必须相等，因为水和溴化锂之间没有化学反应， 所以每个组分进出每一个单元的质量也应当相 等。又因为工质中只有两个组分（水和溴化 锂），所以有两个独立的质量平衡方程。 例如，考虑再生器的质量平衡，工质质量平衡为
（a）
组分 LiBr 的质量平衡 （b）
水的质量平衡可以由式（b）减去式（a）得到，即
Qa：吸收器放出的热量 Qc：冷凝器放出的热量 Qg：供给发生器的热量 Qe：蒸发器吸收的热量
第二类吸收式热泵的理想循环
假设：
1. 整个吸收式热泵循环过程 是可逆的；
2. 发生器热媒的温度为Tg； 3. 蒸发器温度Te等于再生器 的温度Tg； 4. 冷凝器的温度Tc等于环境 温度；
5. 忽略两个泵的功耗Wp；
（c）
另一个与质量有关的参数，并且是一个经常用到 的参数是溶液循环倍率，用 f 来表示。
上式表明，通过泵的流体质量流量是 离开再生器的蒸汽质量流量的 10.84 倍 。
能量平衡 蒸发器 冷凝器 再生器
吸收器 泵
由于泵消耗的功率与其他单元的热传递速率相比很小， 所以，在进行过程热力学分析时，可以将其忽略。
▪ 其他方面要求
• 化学性质稳定； • 无可燃性 • 无腐蚀性 • 无毒 • 经济性好
2.3.2 对吸收剂的要求
▪ 具有强烈的吸收制冷剂的能力，既具有吸收 比它温度低的制冷蒸气的能力；
▪ 相同压力下，它的沸点要高于制冷剂，而且 相差越大越好，可以提高发生器中制冷剂的 纯度，进而提高系统COP；
▪ 与制冷剂的溶解度高，可以避免结晶的危险 ；
1. 整个吸收式热泵循环过程 是可逆的；
2. 发生器热媒的温度为Tg； 3. 蒸发器中低温热源的温度 为T0； 4. 吸收器的吸收温度Ta等于 冷凝器中温度Tc； 5. 忽略泵的功耗Wp；
中高温热泵工质热力性质及循环性能分析
摘要摘要中高温热泵技术是一项新兴的、发展中的应用技术，中高温热泵所采用的工质直接决定热泵系统的循环性能。
但是，目前在国内外对于中高温热泵还不存在公认的代表性工质。
同时，近年来《蒙特利尔议定书》提出了对ＣＦＣｓ的限制和禁用，以防止臭氧层继续受到破坏。
这一切都迫切要求在制冷行业中对新型工质进行研究，以寻求绿色环保型新工质来代替ＣＦＣｓ，并能达到良好的运行效果。
本文首先根据热物理性质、实用性要求和环境影响指标对工质进行筛选，发现三种氢氟烃类新工质Ｒ２４５ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２３６ｅａ和碳氢类Ｒ６００满足条件，又因现有系统中Ｒ１２３、Ｒ１３４ａ被广泛采用，所以选择该六种工质作为研究对象。
根据所选工质的特点采用ＲＫＳ方程作为六种高温工质的统一状态方程，在统一状态方程基础之上，根据热力学普遍关系推导出工质的其它热力学关系式，并根据实验数据拟合推导出其它热物性，建立了热力性质和迁移性质数学模型，从而实现了对这六种中高温工质热物性的完整描述。
通过误差分析得出，六种工质采用统～的状态方程进行热力性质计算能够满足工程要求。
根据所建立的工质热力学模型，利用Ｍａｕａｂ软件编写了一套完整的工质热力学性质计算程序，该程序具有通用性和易调性。
根据这套程序，编制出了新工质Ｒ２４５ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ６００的饱和热力性质表，并绘制了六种工质的温熵图和Ｒ２４５ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２３６ｅａ的压焓图，为工程热力计算提供了完整的热力性能图表，方便了工程应用。
将六种中高温工质应用于单级压缩和多级压缩热泵循环中，对比了各个工质在相同工况下不同循环方式中的热力性能，并分析得出各个工质的最佳循环方式。
结果显示三种氢氟烃类新工质Ｒ２４５ｆａ、Ｒ２４５ｅａ、Ｒ２３６ｅａ和碳氢类Ｒ６００在中高温热泵工况下仍具有良好的热力性能。
关键词中高温工质；热力学性质；状态方程；饱和性质；单级循环：多级循环哈尔滨工业大学工学硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＭｅｄｉｕｍａｎｄｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｅａｔｐｕｍｐｉｓａｒｉｓｉｎｇａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇａｐｐｌｉｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｃｉｒｃｕｌａｔｏｒｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｍｅｄｉｕｍ－ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｅａｔｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｃｉｄｅｄｏｎｉｔｓｗｏｒｋｉｎｇｆｌｕｉｄｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｎｅｉｔｈｅｒｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｎｏｒｄｏｍｅｓｔｉｃｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｃｏｍｅｓｔｏａｎａｇｒｅｅｍｅｎｔｏｎａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｄｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｗｏｒｋｉｎｇｆｌｕｉｄｓｆｏｒｍｅｄｉｕｍ－ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｅａｔｐｕｍｐ．Ｔｏｐｒｏｔｅｃｔｏｕｒｏｚｏｎｅｌａｙｅｒ，ｔｈｅＭｏｎｔｒｅａｌＰｒｏｔｏｃｏｌｗｈｉｃｈｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｃｏｎｆｉｎｉｎｇａｎｄｆｏｒｂｉｄｄｉｎｇＣＦＣｓ，ｗａｓｓｉｇｎｅｄｂｙｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳＯｃｉｅｔｉｅｓ．Ａ１１ｏｆｔｈｅｍｒｅｑｕｉｒｅｕｒｇｅｎｔｌｙｔｈｅｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｎｅｗ—ｓｔｙｌｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｓｈｏｕｌｄｂｅａｃｔｉｖｉｔｙｉｎｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｆｉｎｄｏｕｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄａｖａｉｌａｂｌｙａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｆｉｌｔｅｒａｎｄｃｈｏｏｓｅｓｏｍｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｏｎｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｉｒｓｐｈｙｓｉｃａｉｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｐｒａｃｔｉｃａｌｒｅｑｕｅｓｔ，ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｒｉｔｅｒｉｏｎ，ａｎｄｍａｋｅｃｅｒｔａｉｎＲ２４５ｆａ，Ｒ２４５ｃａ，Ｒ２３６ｅａ，Ｒ６００，Ｒ１２３，Ｒ１３４ａａｓｄｉｓｑｕｉｓｉｔｉｖｅｏｂｊｅｃｔ．ＴｈｅｎｉｔｍａｋｅｃｅｒｔａｉｎＲＫＳｅｑｕａｔｉｏｎａｓｕｎｉｆｏｒｍｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅ．ＴｂｅＲＫＳｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅｉＳｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｄｅｄｕｃｅｏｔｈｅｒｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｉｔｆｉｔａｎｄｄｅｄｕｃｅｏｔｈｅｒｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄａｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｔｈｅｗｈｏｌｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｆｏｒｔｈｉｓｓｉｘｄｉｆｉｅｒｅｎｔｒｅ衔ｇｅｒａｎｔｓ．ＩｔｕｌａｋｅｓｃｅｒｔａｉｎｔｈａｔｔｈｅＲＫＳｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅｉｓｅｘａｃｔｅｎｏｕｇｈｆｏｒｔｈｅｓｅｓｉｘｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｅｒｒｏｒ．ＩｔｍａｋＣＳｕｓｅｏｆＭａｔｌａｂｔｏｃｏｍｐｉｌｅａｓｕｉｔｏｆｐｒｏｇｒａｍｆｏｒｔｈｅｒｌＴｌＯｄｖｎａｍｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｏｎｂａｓｉｓｏｆｇｉｖｅｎｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓｍｏｄｅｌ．ｎｉｓｐｒｏｇｒａｍｉｓＣｔＵＴｅｎｔａｎｄａｄｊｕｓｔｉｖｅ．ＩｔｃｏｍｐｉｌｅｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｔｔｒｉｂｎｔｉｏｎｔａｂｌｅｏｆＲ２４５ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ６００．ａｎｄｐｒｏｔｒａｃｔｃｈａｒｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｅｎｔｒｏｐｙｆｏｒｔｈｉｓｓｉｘｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓａｎｄｐｒｅｓｓ－ｅｎｔｈａｌｐｙｆｏｒＲ２４５ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２３６ｅａ．Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｗｈｏｌｅｃｈａｒｔｏｆｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｔｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｈｅｒｍｏｄｖｎａｍｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｉｔ印ｐｌｙｔｈｅｓｉｘｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｔｏｂｏｔｈｓｉｎｇｌｅ－ｐｒｅｓｓｃｉｒｃｌｅａｎｄｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｃｉｒｌｅ．ｃｏｎｔｒａｓｔｔｈｅｄｉｆｉｅｒｅｎｔｃｉｒｃｌｅｍｏｄｅｉｎｔｈｅｓａｍｅｗｏｒｋｉｎｇ．ｉｎｓｔａｎｃｅ．ａｎｄｖｅｒｄｉｃｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｉｒｃｌｅｍｏｄｅｆｏｒｖａｒｉｏｕｓｏｆｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓ．ＩｔｐｒｏｖｅｔｈａｔｔｈｅｔｈｒｅｅｎｅｗＨＦＣｓｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｃｏｕｌｄｗｏｒｋｗｅｌｌｉｎＭｅｄｉｕｍａｎｄｈｉ曲ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｅａｔｐｕｍｐｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｍｅｄｉｕｍａｎｄｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈｅａｔｐｕｍｐｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ；ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｓｔａｔｅｅｑｕａｔｉｏｎ；ｓｉｎｇｌｅ—ｐｒｅｓｓｃｉｒｃｌｅ；ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｃｉｒｃｌｅ．Ｈ．符号表ＣＯＰ一制热系数；ｃ一比热容；ｈ一比焓；Ｋ一压缩机迸出口压力比疋一标准沸点；Ｐ一压力；玑一单位容积制热量：ｑ。
热泵工作原理及评价全解
一、蒸气压缩式热泵的工作原理
蒸气压缩式的理论循环
蒸气压缩式热泵的理论循环是在两相区的逆 卡诺循环基础上改造而成.
二、布雷顿Bragton热泵循环
1844年美国人高里J.Gorrie制造了利用空气 作工质的气体压缩式制冷机.
最早的空气制冷机是封闭的布雷顿循环.
布雷顿循环
封闭的布雷顿热泵循环流程图
有溶液热交换器的吸收式热泵图示
吸收式热泵理论循环
有无溶液热交换器的吸收式热泵工作热力性 能的比较
单效溴化锂吸收式热泵的工作流程
热媒水出
高温热源
低温水源
P
热媒水进
冷热电联产系统BCHP原理图
蒸汽喷射式热泵理论循环
蒸气喷射式热泵同吸收式热泵一样,是靠消 耗热能来提取低位热源中的热量进行供热 的设备.它具有结构简单,几乎没有机械运 动部件,价格低廉,操作方便,经久耐用等优 点,因此,尽管喷射式热泵热效率低,仍引起 了人们的兴趣.
3、工质对
1. 工质对二元溶液： 两种可以相互吸收的物质形成的溶液.
2. 吸收式热泵常用工质对： 溴化锂水溶液；氨水溶液
3. 工质对的要求：两种物质互溶性好,且具有不同的沸点 低沸点组分：制冷剂——水100℃、氨-33.4℃ 高沸点组分：吸收剂 ——溴化锂1265℃、水100℃
吸收式热泵理论循环
化学热泵
增热型化学热泵
a吸热循环；b供热循环
化学热泵
升温型化学热泵工作原理图
蒸汽喷射式热泵工作原理
蒸汽喷射式热泵系统组成
蒸汽喷射式热泵工作原理
用喷射器代替压缩机驱动系统工作.喷射器由喷嘴、 混合室、扩压管等部分组成.
推动工质循环的动力是高压蒸汽,加入的有用能为热 能.