蒸气压缩式热泵的工作原理
空气源热泵产蒸汽技术原理
空气源热泵产蒸汽技术原理
空气能热泵的工作原理可以分为简述为以下四个步骤：
第一步：制冷剂在低温低压条件下进入蒸发器，吸收室内热量进行蒸发，并将室内的热量带到制冷剂中。
第二步：经过压缩机将低温低压的制冷剂压缩成高温高压状态，使其成为高温高压的蒸汽。
这样，制冷剂就能真正发挥制冷和制热的作用了。
第三步：高温高压的制冷剂流过冷凝器，散发出多余的热量并冷却下来，从而形成液态制冷剂。
而这时的冷凝器通常会安装在室外，将制冷剂中的热量传递给空气。
第四步：经过膨胀阀的作用，制冷剂在低温低压状态下重新返回到蒸发器，从而进入新的循环。
在空气能热泵的整个工作过程中，制冷剂在低温低压和高温高压的状态间进行循环，从而实现室内的制热和制冷。
同时，这种方式也能有效地节约能源和降低环境污染。
当然，值得注意的是，在极端低温或极端高温的气候条件下，空气能的工作效果可能会有所下降。
因此，在选购空气能热泵设备时，消费者应该选择适合自己家庭需求和周围环境的设备，以获得最佳的使用效果。
综上所述，空气能热泵的工作原理是通过制冷剂的冷却和升华来实现制热和制冷的。
热泵的原理
热泵的原理
热泵是一种能够实现热量传递的装置，它通过运用机械能将低温区域的热量转移到高温区域。
热泵的工作原理基于热力学第一定律和第二定律，通过压缩和膨胀工作物质来实现热量传递。
热泵的工作原理可以分为四个基本过程：蒸发、压缩、冷凝和膨胀。
在蒸发过程中，低温区域的工作物质从液态转变为气态，并吸收周围的热量。
随后，工作物质被压缩到高温区域，在此过程中温度也随之升高。
在冷凝过程中，工作物质释放出热量，使得高温区域的热量升高。
最后，在膨胀过程中，工作物质通过扩大阀门的过程从高压区域进入低压区域，降温至低温点，准备进行下一轮的循环。
热泵的性能表现主要由其COP（Coefficient of Performance，
性能系数）来衡量，即在给定条件下，所得热量与所需输入的功率之比。
COP越高，热泵的能效性能就越好。
热泵主要应用在空调和供暖系统中。
在制冷模式下，热泵从室内吸收热量释放到室外，实现室内的降温。
在供暖模式下，热泵则相反地将热量从室外吸收并释放到室内，提供暖气。
总的来说，热泵利用机械能将热量从低温区域转移到高温区域，并以较低的能耗达到这一目的。
其工作原理基于热力学定律，通过蒸发、压缩、冷凝和膨胀过程实现热量的传递。
热泵的应用广泛且具有较高的能效性能，在能源节约和环保方面具有重要的作用。
热泵工作原理
热泵工作原理热泵是一种利用热力学原理将低温热源中的热能转移到高温热源中的设备。
它可以用于供暖、制冷和热水供应等多种应用领域。
热泵的工作原理基于热力学的两个基本原理：热量的传递和热量的流动。
1. 热量的传递热量的传递是指热量从高温物体传递到低温物体的过程。
根据热力学第一定律，能量守恒，热量从高温物体流向低温物体，直至两者达到热平衡。
热泵利用这个原理，通过外部能源的输入，将低温热源中的热能转移到高温热源中。
2. 热量的流动热量的流动是指热量通过传导、对流和辐射等方式从一个物体传递到另一个物体的过程。
热泵利用热量的流动特性，通过工作介质（如制冷剂）的循环流动，将低温热源中的热量吸收并压缩，然后释放到高温热源中。
热泵的工作过程主要包括以下几个步骤：1. 蒸发器蒸发器是热泵的低温侧，它与低温热源接触，吸收低温热源中的热量。
在蒸发器中，制冷剂处于低压状态，通过蒸发吸收低温热源中的热量，同时转化为低温蒸汽。
2. 压缩机压缩机是热泵的核心部件，它将低温蒸汽压缩成高温高压蒸汽。
通过压缩，制冷剂的温度和压力都会升高。
3. 冷凝器冷凝器是热泵的高温侧，它与高温热源接触，释放热量。
在冷凝器中，高温高压蒸汽通过传导和对流的方式，将热量传递给高温热源，同时冷凝成高温液体。
4. 膨胀阀膨胀阀是热泵的控制阀门，它控制制冷剂的流量和压力。
在膨胀阀的作用下，高温液体制冷剂流入蒸发器，降低压力，从而实现制冷剂的蒸发，吸收低温热源的热量。
通过上述步骤的循环运行，热泵可以将低温热源中的热能转移到高温热源中，实现供暖、制冷和热水供应等功能。
热泵的工作原理基于热力学和流体力学的基本原理，它具有以下几个优点：1. 高效节能：热泵利用环境中的热能进行工作，能够将每单位能量转化为多倍的热能输出，具有较高的能量利用率和节能效果。
2. 环保低碳：热泵在工作过程中不产生烟尘、废气和噪音等污染物，对环境友好，符合可持续发展的要求。
3. 多功能应用：热泵可以用于供暖、制冷和热水供应等多种应用领域，具有广泛的适用性。
第五章 蒸汽压缩式制冷循环
三、常用制冷剂的特性
1、水（R718)
2ห้องสมุดไป่ตู้氨（R717）
氨属于无机化合物制冷剂，具有良好的 热力学性能，单位质量制冷量大。沸点：33.4℃.R717有较强的溶水性，对钢铁不腐 蚀，但含水时会腐蚀铜及其合金（磷青铜除 外），属于微溶于润滑油的制冷剂。缺点是 毒性大，有强烈的刺激性气味，会燃烧、会 爆炸。
（1）R12 分子式：CCl2F2 沸点：-29.8℃，凝固点-
155℃ （2）R22 分子式：CHClF2 沸点：-40.8℃，凝固点-
160℃ （3）R134a分子式： C2H2F4 沸点：-29.8℃，
凝固点-155℃
四、关于CFCS的替代 1、使用替代制冷剂的原因
O3+Cl→ClO+O2 ClO+O→Cl+O2 2、替代制冷剂时必须考虑的因素 （1）制冷剂在大气中存在的寿命； （2）臭氧损耗潜能ODP； （3）在逆使用的用途中，变暖影响总单量 TEWI；
具有液体过冷的制冷循环
二、吸气过热的影响
1、定义：制冷剂蒸气的温度高于同一压力下 的饱和蒸气温度称为过热。两者之间的温 差称为过热度。
2、p-h图
3、“无效”过热：制冷剂蒸气过热吸收的热 量全部来自蒸发器外。在实际制冷装置中， 为了减少有害过热，一般在吸气管道上包 扎一层隔热材料。
4、“有效”过热：制冷剂蒸气过热吸收的热 量全部来自蒸发器内被冷却介质。
主要用于大型制冷装置中。
3、氟利昂
氟利昂制冷剂是应用最广泛的制冷剂。 它无色、无味、不燃烧、毒性小。含氯原子 的氟利昂与明火接触产生剧毒的光气 （COCl2）渗透性强，单位容积制冷量小。
蒸汽压缩热泵的工作原理
蒸汽压缩热泵的工作原理
蒸汽压缩热泵是一种能够将低温热能转换为高温热能的装置，其工作原理主要包括以下几个步骤：
1.蒸发器：低温的工质（如水蒸汽）在蒸发器中吸热，从而蒸发成气体状态。
同时，蒸发器中的低温工质与外界的热源（如空气或水）进行热交换，从而吸收外界的热能。
2.压缩机：压缩机会对蒸发器中气体状态的工质进行压缩，使其压力和温度升高。
3.冷凝器：压缩后的高温高压工质进入冷凝器，在冷凝器中与高温热源（如水或空气）进行热交换，从而释放出热能，使其冷却并变回液体状态。
4.膨胀阀：冷凝后的液态工质通过膨胀阀减压，使其压力和温度降低。
5.再次进入蒸发器：经过膨胀阀，低温低压的工质再次进入蒸发器，循环进行吸热蒸发、压缩、冷凝等过程。
通过这样的循环过程，蒸汽压缩热泵能够从低温热源中吸收热能，将其经过压缩升温，然后释放给高温的热源。
这样就实现了对低温热能的利用和高温热能的提供。
热泵的工作原理
热泵的工作原理热泵是一种高效的取暖和制冷设备，它以能量传递的方式从低温环境中吸收热能，并将其传递到高温环境中。
与传统的取暖方式相比，热泵具有更高的能源利用率，更节能环保。
本文将介绍热泵的工作原理及其优势。
一、热泵的基本原理热泵的工作原理基于热力学循环的原理，主要包含四个组成部分：蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置。
1. 蒸发器：蒸发器是热泵中的换热器，在蒸发器中，制冷剂处于低压下，通过与周围环境接触，从低温热源中吸热，并在此过程中发生蒸发，变为低温蒸汽。
2. 压缩机：压缩机是热泵的核心组件，它的作用是将低温低压的蒸汽压缩成高温高压的蒸汽。
压缩机使得制冷剂的温度和压力升高，增加了其储存和传输能量的能力。
3. 冷凝器：冷凝器是热泵中的另一个换热器，通过与高温热源接触，将压缩机产生的高温高压蒸汽冷凝为高温液体。
在此过程中，制冷剂释放出的热量可以用来加热空气或水。
4. 节流装置：节流装置通常是一个阀门或孔径，用来控制制冷剂从高压到低压的流动速率。
在节流装置的作用下，制冷剂的压力和温度降低。
通过上述四个组成部分的相互配合，热泵能够从低温热源中吸热，经过压缩和冷凝，将高温热源释放出来，从而实现取暖或制冷的效果。
二、热泵的工作模式热泵分为取暖模式和制冷模式两种工作模式。
1. 取暖模式：在取暖模式下，热泵从低温环境中吸收热能，将其压缩升温后释放到室内的高温环境中。
这样就可以在室内提供温暖的空气或水，满足取暖需求。
热泵取暖系统通常应用于家庭、商业和工业建筑中。
2. 制冷模式：在制冷模式下，热泵从室内环境中吸热，将其压缩冷却后释放到室外的低温环境中。
这样就可以将室内的热量转移到室外，实现制冷的效果。
制冷热泵常用于商业冷库、空调系统以及工业制冷领域。
三、热泵的优势相比传统的采暖和制冷设备，热泵具有以下优势：1. 高效节能：热泵的工作原理使得其能够以较低的能量消耗提供较高的热量输出或制冷效果。
根据统计数据，与电热器相比，热泵的能效比可提高约300%至600%，节能效果显著。
压缩式热泵工作原理
压缩式热泵工作原理
压缩式热泵是一种通过压缩和膨胀工作介质实现热能传递的设备。
其工作原理如下：
1. 压缩：通过电动机或燃气发动机，将冷媒（也称工作介质）压缩到高压状态。
在压缩过程中，冷媒变得热，并增加了温度和压力。
2. 冷凝：高温高压的冷媒进入冷凝器，通过与外界环境接触换热，将热量释放给外界环境。
在这个过程中，冷媒逐渐冷却、转变为高压液体。
3. 膨胀：高压液体进入膨胀阀（也称节流阀），由于阀门的突然减小，导致液体压力急剧下降。
在此过程中，冷媒从液态转变为雾状，同时发生了膨胀蒸发，吸热能减压，使冷媒温度大幅度下降。
4. 蒸发：低温低压的冷媒进入蒸发器，与外界环境进行换热过程，并吸收了外界的热量，从而实现制冷或加热效果。
在这个过程中，冷媒由液体状态变为蒸汽状态。
通过以上四个工作过程，压缩式热泵能够将低温的热源（例如环境空气、地下水、废水等）中的热能转移到需要加热的地方。
这种工作原理使得压缩式热泵成为一种节能环保的采暖（制冷）系统。
第一章 蒸气压缩式制冷的热力学原理讲解
热量 冷凝器
压缩机
电或机械能
热力膨胀阀
蒸发器 冷量
第一节 理想制冷循环
一、逆卡诺循环
逆卡诺循环的特点
理想循环
3 We
膨胀机
qk
冷凝器 蒸发器
4 q0
2 Wc
压缩机
1
一、逆卡诺循环—在两个温度不同的恒温热
源之间进行的理想循环
1-2 ：等熵压缩 T’0→T’k， 耗功wc
T
3 qk 2
T'k
∑w
2-3： 等温压缩
T
3
Tk
T0 0 4'
Pk
qk 2' 2
Wc
P0
4 1'
q0
1
b' b a' a s
理论循环与逆卡诺循环的对比分析
(1)节流阀代替膨胀机 1kg制冷剂损失的膨胀功
We h3 h4' 034 '0
节流过程的不可逆损失
q'0 h4' h4 4bb'4'4
T
3
Tk
T0 0 4'
逆卡诺循环和理论循环比较
逆卡诺循环的关键是两个等温过程。利 用纯工质或共沸工质的定压蒸发和冷凝实 现，循环在湿蒸气区进行。
实际循环的四个过程却是两个定压、一 个绝热压缩、一个绝热节流过程
压缩制冷理论循环组成
压缩机：等熵压缩1-2； 冷凝器：等压放热2-3； 节流阀：绝热节流3-4； 蒸发器：等压吸热4-1。
T'0 4
1
q0
放热 qk=T’k(sa-sb)
0
b
as
3-4： 等熵膨胀
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第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
发 达 国 家 的 超 前 行 为
瑞士、意大利规定2000年禁用HCFCs物质
瑞典、加拿大规定为2010年
欧共体规定为2015年。 德国规定2000年禁用HCFC-22。 美国规定2003年1月1日起禁用HCFC-141b（作 发泡剂），2010年1月1日起不再生产使用HCFC22的新制冷空调设备，并于2020年1月1日起完全 禁用HCFC-22和HCFC-142b，不再制造使用 HCFC-123和HCFC-124的新设备。
（kg/s） （ m3 /s）
制冷剂的体积流量Vr：Vr = Mr v1 = Φh / qv
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
蒸气压缩式热泵理论循环的热力计算（二）
单位质量（容积）制热能力qk （ qvk） 制冷剂的质量流量Mr 制冷剂的体积流量Vr
蒸发器的冷负荷Φo：Φo=Mrqo=Mr（h1 - h4）（ kW） 压缩机的理论耗功量Pth：Pth=Mrwc=Mr（h2 - h1）（ kW）
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1 蒸气压缩式热泵理论循环
2.2 蒸气压缩式热泵的工质 2.3 蒸气压缩式热泵的压缩机 2.4 蒸气压缩式热泵机组 2.5 蒸气压缩式热泵的故障分析与处理
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1 蒸气压缩式热泵理论循环
2.1.1 引入原因
发展中国家，2016年起冻结生产量，2040年完全停用。
欧洲有些国家提前禁用 我国‚九五‛期间工作目标：在1996年的基础上， 将消耗臭氧层物质生产和消费量削减50%。
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
现
状
禁用期限不断提前。发达国家对于CFCs类物质的禁用 期限，从原来的2000年12月提前到1995年12月；
压焓图的应用 蒸气压缩式热泵理论循环的热力计算
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
压焓图的应用
压焓图的引入 用线段表示吸、放热量，功量
直观、方便、清晰
压焓图的组成
蒸气压缩式热泵理论循环在压焓图上的 表示
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
压焓图的组成
纵坐标：压力 横坐标：焓
lgP t C s x v
理论制冷系数ε：
ε= Φ0 / Pth = q0 /wc= （h1 - h4 ）/（h2 - h1） 理论制热系数εh： εh= Φh / Pth = qk/wc= （h2 - h4 ）/（h2 - h1）
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1.5 热泵循环的改善 膨胀阀前液态制冷剂再冷却
回收膨胀功
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
用膨胀阀代替膨胀机
原因：膨胀功小；简化装臵、便于调节。
措施：用膨胀阀代替膨胀机。
后果：产生两部分节流损失，使制热系数下降。
节流损失与（ Tk - T0）和物性有关。
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
干压缩代替湿压缩
原因：
有效吸气量减少，制冷量降低
破坏压缩机润滑、液击，损坏压缩机。
禁用物质的种类不断扩大。从原先规定的CFCs和哈龙 物质，逐步扩大到HCFCs物质、甲基氯仿和甲基溴等； 禁用物质冻结基准不断降低。1993年11月哥本哈根会 议上原规定发达国家HCFCs物质1996年冻结基准为当年 的HCFCs消费量加3.1% CFCs消费量。但在1995年12月 维也纳会议改为1996年的HCFCs消费量加2.8% CFCs消 费量。
O2+O=O3
一个Cl能破坏10万个O3。
CCl2F2=CClF2+Cl Cl+O3=ClO+O2 ClO+O3=ClO2+O2
1998年拍摄的最大臭氧 层空洞 9月16日定为“国际保护臭氧层日”
大气中臭氧的含量减少1%，皮肤癌患者增加2%；白内障增加0.6%。 消耗臭氧潜能值ODP（Ozone Depletion Potential）
臭氧层破坏及《蒙特利尔议定书》
产生背景
臭氧层破坏
《蒙特利尔议定书》要点
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
产生背景
1974年，马里奥. J . 莫利纳（Mario J. Molina）与F. S. 罗兰 (Frank Sherwood Rowland)合作发表论文《由于含氯 氟甲烷引起同温层下沉，氯原子催化分解臭氧》，首次 提出氯氟烃即氟利昂气体对臭氧层的破坏。（即：CFC问题） 1987年，马里奥. J . 莫利纳与其他科学家共同努力， 促成36个国家、10个组织在加拿大签署了《关于消耗臭 氧层物质的蒙特利尔协议》。正式规定了逐步削减CFC 生产与消费的日程表。中国，1991年 1995年，马里奥. J . 莫利纳与F. S. 罗兰因上述成就而获 得诺贝尔化学奖。
2.2 蒸气压缩式热泵的工质
2.2.1 热泵工质的发展历程
2.2.2 热泵工质与环境保护 2.2.3 对热泵工质的要求 2.2.4 热泵工质的种类及代号 2.2.5 传统热泵工质及其替代
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第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.2.1 热泵工质的发展历程
从历史上看，制冷剂的发展经历了三个阶段:
早期制冷剂阶段(1830～1930年)
多级压缩热泵循环
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
膨胀阀前液态制冷剂再冷却
措施 分析
结果
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
措 施
设臵再冷却器
大型氨制冷系统，单独设臵 小型氟利昂系统，适当增加冷凝器面积
采用回热循环
在高温高压端产生液态制冷剂的再冷却 在低温低压端保证了吸气干压缩
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1.2 理论循环的组成
组成：两个等压吸热、放热过程；一个绝热 压缩过程；一个绝热节流过程。
工作原理图：
冷凝器
压缩机 电动机
节流阀
蒸发器 蒸气压缩式热泵的工作原理图
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1.3 与理想论循环相比较的特点
用膨胀阀代替膨胀机。 蒸气的压缩在过热区进行，而不是在湿蒸 气区进行。（用干压缩代替湿压缩） 两个传热过程都是等压过程，并且具有传 热温差。（有温差的传热）
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
温室效应及《 京都议定书 》
产生背景
温室效应及其危害
《京都议定书 》要点
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
产生背景
近二十年来，因CO2等温室气体过量排放屡增不减，由此带来的全球变暖 已为科学观测所证实，温室气体及其相应的气候变化亦成为目前科技界乃 至全人类极为关注的环境问题之一 。 1992年在里约热内卢召开的‚联合国环境与发展大会‛标志着全球致力于 减缓气候变化和削减温室气体排放国际合作的起点。
制热系数随制冷剂的热物理性质有关，并随其 性质的不同而有不同的结果
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
回收膨胀功
措施：用膨胀机代替膨胀阀 分析：
系统复杂，增加初投资 压缩机耗功率减小，单位质量制冷量增加
结果
节流损失减少
制热系数增加
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
多级压缩热泵循环
措施：
采用闪发蒸气分离器 设臵中间冷却器
2.1.2 理论循环的组成 2.1.3 与理想循环相比较的特点 2.1.4源自热力计算 2.1.5 热泵循环的改善
2.1.6 讨论
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1 .1 引入原因
理想热泵循环存在着难点： 状态点参数确定问题 干压缩问题 膨胀功回收问题 空气热泵循环存在着基本缺点： 由于吸热过程和放热过程是在定压非定温下进行，与逆 卡诺循环的相应过程相差较远，因而制热系数低； 由于空气的比定压热容较小，则循环的制热量也较小。 采用蒸气压缩热泵循环可以改善（？）。
状态变化图
等温线及其变化 等熵线及其变化 等比容线及其变化 等干度线及其变化
x=0
x=1 h
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
蒸气压缩式热泵理论循环在压焓图上的表示
坐标及状态变化图
压缩过程1→2 定压放热过程2 → 3 节流过程3 → 4 定压吸热过程4 → 1 各个过程前后能量分析
lgP
T0 T3 Tk C
Pk
3
2
P0
4
q0 qk
1 wc
h
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
蒸气压缩式热泵循环的热力计算（一）
依据：蒸发、冷凝、再冷、压缩机吸气温度，制热量Φh等。
步骤：先求出各状态点参数；再对各环节进行热计算。
内容：
单位质量（容积）制热能力qk（ qvk），kJ/kg （kJ/m3） qvk = qk /v1 =（ h2 - h4 ）/ v1 制冷剂的质量流量Mr： Mr = Φh / qk
分析：
系统复杂，初投资增加， 只有压缩比（Pk/P0）8时采用
结果
过热损失减少 制热系数增加
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
2.1.6 讨论
t0，tk，tsh，Δtrc如何确定？
循环过程在T-s图和lgp-h图上如何表示？
各个状态点及状态参数如何确定？
基本理论循环、再冷循环、回热循环有何不同？
措施：在蒸发器出口设气液分离器；加大蒸发器 的面积；采用回热循环等。 后果：产生过热损失。
第2章 蒸气压缩式热泵的工作原理
具有温差的等压传热
原因：实际换热面积不可能无穷大。 措施：增加相关设备及管路。 后果：即产生节流损失；又产生过热损失。