热泵习题课及答案lml

一、计算题1：若向室内供热10kw，采用两种用供热方案，求所需电能的消耗量，并对比作出结论。

（1）采用电阻式加热器，直接加热室内空气。

（2）用电能拖动热泵供热。

假设利用炼钢厂废热，供热温度为10℃，向室内供热温度为40 ℃，热泵采用逆卡诺循环。

解（1）采用电阻式加热器，直接加热室内空气，则需要供给的电能为10kw（2）用电能拖动热泵供热。

假设利用炼钢厂废热，供热温度为10℃，向室内供热温度为40 ℃，热泵采用逆卡诺循环，则需消耗电能εh=T2/（T2-T1）=（273+40）/（40-10）=10.4W=Q/εh=10/10.4=0.96 kw从上面的分析求解过程可以看到采用废热利用的热泵供热，非常节约能源。

2 作业题,画出压焓图，标注，确定4个参数求解9项指标一水/水热泵制热时，工作条件为：冷凝器工作压力为1MPa，蒸发器工作压力为0.3Mpa，空调用供热水进出口温度分别为10℃、18℃，取传热温差为5℃，冷凝器中过冷度为4℃，压缩机进气温度为11℃、出气温度为40℃，理论输气量为Vh=0.012m3/s，压缩机的输气系数为0.83，指示效率为0.9，机械效率为0.86，热泵工质为R407C。

要求画出压焓图，在图上标注7点，求解如下9项指标：(1)单位质量吸热量(2)单位理论压缩功(3)单位实际压缩功(4)单位理论制热量(5)单位实际制热量(6)工质循环流量(7)单位理论热泵制热量(8)压缩机的轴功率(9)热泵实际制热系数解：单级蒸气压缩式热泵循环的热力计算（重点）4个状态参数（压焓图上1、2、5、6点）9个指标冷凝温度tc=（10+18）/2+5=19℃过冷温度t5=tc-4=19-4=15℃已知t1=11℃，P1=0.3Mpa，查表得h1=424kJ/kg，v1=0.091m3/kg已知t2=40℃，P2=1Mpa，查表得h2=440kJ/kg由t5==15℃，P5=1Mpa，查表得h5=228.1kJ/kg得h6 = h5=228.1kJ/kg(1)单位质量吸热量qe=h1-h6 =424-228.1=195.9 kJ/kg(2)单位理论压缩功wo=h2-h1 =440-428=12 kJ/kg(3)单位实际压缩功we=wo/(0.9*0.86) =12/(0.9*0.86)=15.5 kJ/kg(4)单位理论制热量qho=h2-h5 =440-228.1=211.5 kJ/kg(5)单位实际制热量qh=qe+we =195.9+15.5=211.4 kJ/kg(6)工质循环流量G=Vh*0.83/v1 =0.012*0.83/0.091=0.11kg/s(7)热泵制热量Qh= qh*G =211.4*0.11=23.3kw(8)压缩机的实际功率Pe=we*G =15.5*0.11=1.7kw(9)热泵实际制热系数COPh=qh/we =211.4/15.5=13.6二、简答题1高品位能和低品位能各指什么及区别答：高品位能是理论上可以完全转化为功的能量（机械能，电能，化学能，高位的水力和风力）。

低品位能是不能全部而只能部分的转化为功的能量（内能，低温物质）。

2压缩式热泵由哪些基本设备组成，画出简单示意图并标明热泵制热时热量流向。

答：由压缩机、冷凝器、蒸发器膨胀阀基本设备组成。

3 为什么空气源热泵在结霜工况下热泵系统性能系数迅速衰减？霜层厚度不断增加使得霜层热阻增加，使蒸发器的换热量大大减少导致蒸发温度下降，蒸发温度下降使得结霜加剧，结霜加剧又导致霜层热阻进一步加剧，形成恶性循环。

4土壤作为低位热源特点：优点：（1）全年地温波动小，热泵的制热性能系数较高。

（2）埋地盘管不需除霜。

（3）在采暖季节，土壤温度并不是最低，热泵供热能力不会降到最低。

（4）埋地盘管冬季从土壤中取出的热量在夏季可通过热传导由地面补充，能起到蓄能的作用。

缺点（1）土壤的导热系数小，所以工质与土壤之间的热交换强度小，需要增加换热面积，因而金属耗量大。

（2）土壤对金属有腐蚀作用，故对埋地盘管应进行防腐处理。

（3）在运行过程中，因采热而引起地温发生变化，地温的变化又造成土壤源热泵蒸发温度的变化，使运行工况不稳定。

5 “热泵总是节能的”这句话是否正确？为什么？为什么说合理使用高位能是非常重要的？不正确，热泵节约了高位能。

因为实际的能量利用过程具有两个特性：量的守恒性和质的贬值性。

任何用能过实质上也可以说成能的量与质的利用过程。

要使热能得到合理利用，必须合理使用高位能，必须做到按质用能。

6热泵是什么？与制冷机组区别何在？热泵是靠高位能拖动，迫使能量从低位热源流向高位热源的装置。

区别：（1）两者的目的不同，如果目的是为了获得高温（制热），也就是着眼于放热至高温部分，那就是热泵；如果目的是为了获得低温（制冷），也就是着眼于从低温热源吸热，那就是制冷机。

（2）工作温度不同。

7 水源热泵的特点与制约条件是什么？水源热泵的特点：（1）属可再生能源利用技术（2）高效节能（3）运行稳定可靠（4）环境效益显著（5）一机多用，应用范围广（6）自动运行。

制约条件：（1）可利用水源条件限制（2）水层的地理结构限制（3）投资的经济性。

8 热泵的主要分类有哪四种？答：1、按工作原理分2、按驱动方式分3、按热源与供热介质的组合方式分4、按低位热源分9 对蒸气压缩式热泵工质的有哪些要求？答：1热物理性质•临界温度应比冷凝温度高得多•单位容积制热量要大•饱和压力应适中•绝热指数要小，液体比热要小•传热性能好•流动阻力小2对环境的友好性•大气臭氧层ODP值•温室气体GWP值3其他要求良好的化学稳定性对人的生命和健康无害经济性，价廉易得与水的溶解关系与润滑油具有亲和性（溶解度大小利弊）10 判断下列热泵简图的类型，并指出热泵制热时的蒸发器与制冷器。

土壤/水热泵土壤/空气热泵三、填空题（每题一分）1.常用的热泵工质有_________________等，写出两种自然热泵工质-_________________。

R22，R134a，R407c，氨和二氧化碳2.压缩式热泵系统中，膨胀阀的作用是________________。

节流降压3.热泵的驱动能源有________________。

电驱动、热驱动和发动机驱动4.热泵系统常用的热源种类有________________。

空气、水、土壤、太阳能5 热泵工质R22的替代，用新型工质________不用改换回路只需更换润滑油即可。

R407c6 蒸气压缩式热泵常用压缩机的类型有_____________________________________________________________________ ___________________________。

活塞式压缩机、离心式压缩机、涡旋式压缩机、螺杆式压缩机7 蒸气压缩式热泵机组有________________________________________________________________________________。

水/水热泵机组、空气/水热泵机组、水/空气热泵机组和空气/空气热泵机组8热泵用压缩机的特点和要求是________________________________________________________________________________。

1.热泵用压缩机的工作温度范围更宽，2.热泵用压缩机的抗液击能力更强9 空气源热泵会出现的典型问题是_______________________________________。

结霜形成的恶性循环10对蒸气压缩式热泵工质的热物理性质要求有_____________________________________________________________________ __________________________________________________。

临界温度应比冷凝温度高得多、单位容积制热量要大、饱和压力应适中、绝热指数要小、液体比热要小、传热性能好、流动阻力小11蒸气压缩式热泵常见故障有_____________________________________________________________________ __________________________________________________。

无制冷或制热效果、热量或冷量不足、压缩机的吸气温度不正常、压缩机的排气压力和温度不正常12衡量热泵工质对环境的友好性两个指标是______________________________________。

ODP值和GWP值13 土壤源热泵包括的几个主要部分分别是_____________________________________________________________________ _________________________________。

14 一次能源指_____________________________________。

可再生能源包括_____________________________________。