第五章-热泵节能技术解析
《热泵与建筑节能》课件
空调是现代建筑中必不可少的设备之一，而热泵在空调系统中也得到了广泛应用。
在夏季，热泵可以将室内的热量吸收并排放到室外，实现降温效果；在冬季，热泵可以将室外的热量吸收并输送到室内，实现供暖效果。
建筑节能是实现可持续发展的重要途径之一。
03
CHAPTER
热泵在建筑节能中的应用
02
01
04
03
集中供暖是现代建筑中常见的供暖方式，热泵作为一种高效、环保的能源利用方式，在集中供暖中发挥了重要作用。
此外，热泵集中供暖系统还可以实现分户计量、分室控温等功能，提高居住的舒适度和节能效果。
与传统的锅炉供暖相比，热泵供暖具有更高的能效比，能够显著降低能源消耗和污染物排放。
设备成本与安装维护
02
热泵设备的成本和安装维护也是当前面临的挑战之一。为降低成本和提高安装维护效率，需要优化设备设计和制造工艺，同时加强安装和维护人员的培训。
市场认知度与推广应用
03
热泵技术的市场认知度和推广应用也是当前面临的重要挑战之一。为提高市场认知度和推广应用，需要加强宣传和推广工作，同时加强与相关行业的合作，共同推动热泵技术的应用和发展。
经济效益
某星级酒店原采用电空调系统，为降低运营成本，决定改造为热泵空调系统。
案例概述
技术应用
能耗分析
客户反馈
采用地源热泵和空气源热泵相结合的方式，为酒店提供冷暖空调供应。
改造后，酒店的空调能耗大幅降低，同时提高了能源利用效率。
酒店客人对新的空调系统非常满意，认为舒适度更高，且节能环保。
案例概述
某大型办公楼存在能耗高的问题，决定进行节能改造，采用热泵技术。
热泵空调器节能技术探析
热泵空调器节能技术探析摘要：本文主要阐述了热泵空调器节能技术在空调器的中应用。
关键词：热泵空调器；火用分析；节能1. 空调器节能技术现状空调器虽然是实现我们生活舒适健康的主要工具，但伴随其产生的温室气体以及消耗的大量电能能源，给国家的节能减排工程制造了不小的困难，在保护生存环境，实现低碳生活、生态可持续发展的主旋律下，必须对空调等家电进行节能改造，为国家推进空调节能工作，实现低碳生活做出贡献。
国家从上世纪八十年代开始发展空调器工业，但空调器的能耗问题十分严重，随着科学技术及国家的大力推动，空调最常用的制冷器r22制冷剂有了较快发展，对流体控制系统装置毛细管采用了优化配置，蒸发器以及冷凝器从传统冲缝型肋片升级到百叶窗肋片、波纹肋片，并实现了强化换热等功能，改善优化传统的平滑导管，大幅提高了空调散热系统工作效率，整体的工作效率不仅有了较大提高。
虽然国家的空调工业有了较大的提升，但相较于发达国家，在空调器节能技术方面仍然落后，随着相关协会对空调器标准的进一步提高，对产品能效率更为严格的要求，国内空调器的发展仍旧困难重重，对空调器节能技术也需进行更为深入的分析研究。
2. 热泵空调器简介热泵空调器是对传统空调器进行改装，通过四通换向阀调节空调器蒸发器与冷凝器功能，使空调器的冷却室在加热的情况下产生加热功能，达到一器两用的目的，既可以在夏天对室内外热量进行互换，降低室温，又可以在冬天时进行室内升温。
热泵式空调器主要由换热器、压缩机、四通换向阀、毛细管以及过滤器等部件组成，其工作原理图如图2-1所示。
当热泵空调器处于制冷状态时，四通换向阀接通，室内换热器发挥蒸发器的功能作用，室外热换器发挥冷凝器的功能作用。
室内热气经过室内换热器后转换为低温低压热气，再经过四通换向阀以及压缩机后，变为高温高压气体排出，再次经过四通换向阀后进入室外换热器释放热源，成为过冷液，过冷液再流经过滤器以及毛细管后变为低温低压两相液流，再次进入室内换热器蒸发吸热，进入下一循环。
热泵技术在节能领域中的应用
热泵技术在节能领域中的应用随着人们环保意识的逐渐提高，节能技术在社会中得到了广泛的关注和应用。
其中一项极为关键的技术就是热泵技术。
本文将会介绍热泵技术的原理、应用以及其在节能领域中的重要性。
一、热泵技术的原理热泵技术是利用外界的空气、水源或地热等可再生能源，通过压缩机等设备将低温热量提高至高温，制造热能的一种高效、环保的新型能源利用技术。
其主要原理是利用热力学的倒换原理，通过一个循环系统将热量从低温区域转移到高温区域。
具体而言，热泵系统中，利用制冷剂在连续的压缩、热交换、膨胀和制冷、制热等过程中，从室内或者自然资源中吸收热量，然后输送到外部环境中，从而实现室内空调、水暖、热水等功能。
热泵技术是一种兼有高效节能、低耗资源、环保等优点的能源利用技术，既可减缓居民家庭用能增长和不断上升的碳排放量，同时也可降低对化石能源的需求，提高能源利用效率。
二、热泵技术的应用热泵技术的应用范围十分广泛，主要的应用领域如下：1.家庭采暖将空气源热泵系统安装在家庭室外，并配合内部采暖设备，通过室气和制热的双重处理，在不影响空气清新的同时，提供温暖和热水服务，减少了对化石能源的消耗。
2.商业领域对于大型商业建筑，空气源热泵可以通过通风和冷却系统重对空气做处理，减少对传统煤炭的使用，同时在商业冰箱、冷库等舒适度和质量的提高中，热泵技术也在逐渐得到应用。
3.传统工业空气源热泵可以对原来需要电能、煤气或油的加热和冷却系统做出一个逐渐替代和改变，提高能源利用效率和生产效率。
如：恒温热压机、热成型机、冷却塔等，通过减少对其他能源的消耗，从而提高了公司的效益。
三、热泵技术在节能领域中的重要性热泵技术在节能领域中的应用，主要是通过调节、减少能源的使用，从而达到节能减排的效果。
在当前的环保热潮中，热泵技术凭借着高效低耗的特性，成为节能减排的主要手段。
首先，热泵技术的冬夏两用特点，可减少居民住宅的采暖费用以及空调的能耗；其次，热泵系统不依赖燃料，减少对化石能源的消耗，避免了火灾和空气污染等问题。
热泵技术在能源节约中的应用
热泵技术在能源节约中的应用随着全球经济的快速发展和人民生活水平的提高，我们所需的能源量和能源成本也在以惊人的速度增长。
因此，我们必须寻找新的方式和技术来降低能源消耗并提高能源利用效率。
在这方面，热泵技术是一种非常有效的解决方案。
热泵技术可以大大节约能源，减少碳排放，降低能源成本。
本文将对热泵技术在能源节约中的应用做出详细的介绍。
热泵技术是一种将低温热源中的热能转移到高温储存介质中的技术。
它可以将自然界中的低温热源（如空中、水源、地面和废热）中的热能转移而成高质量能源（如暖气、空调、热水等）的过程。
热泵技术的核心是热力学循环系统和热交换器等。
通常情况下，热泵的工作原理是通过为热泵提供能源（通常是电力），从而使其能够从低温热源中吸收热能，并将其通过热交换器系统传递至高温储存介质中。
热泵技术可以应用于众多领域，如建筑、工业制造、交通运输和机械设备等。
特别是在建筑领域，热泵技术是被广泛应用的。
首先，在暖通空调领域中，热泵技术可以应用于地暖系统、风管系统和热水供应系统中。
在热水供应方面，热泵技术可以热泵热水器的形式被应用于家庭和商业场所等。
其次，在建筑加热方面，热泵技术可以应用于空气源热泵、水源热泵和地源热泵等方式。
此外，热泵技术还可以应用于建筑通风、冷却和舒适度控制等方面。
使用热泵技术，能源利用效率大幅提升，能源成本大大降低。
由于热泵中几乎不存在任何燃烧过程，因此该技术不仅可以大大减少二氧化碳和其他有害物质的排放，而且也比使用传统燃料（如天然气和柴油）更具成本效益。
这些优点使得热泵技术在能源节约方面具有非常广泛的应用前景。
总的来说，热泵技术是一种非常优秀的能源节约技术，它可以广泛应用于建筑、工业制造、交通运输和机械设备等领域中。
凭借着其卓越的节约能源、降低碳排放和降低成本的优势，热泵技术将在未来的发展中得到更广泛的应用。
化工节能技术第五章第一讲
蒸气进入冷凝器中被全部冷
凝，因此塔顶馏出液组成及
回流液组或均与第1层板的上
升蒸气组成相同，即
y1=xD=已知值 由于离开每层理论板的
气液两相是互成平衡的，故
可由y1用气液平衡方程求得x1。 由于从下一层(策2层)板的上
升蒸气组成y2与x1符合精馏段 操作关系，故用精馏段操作
线方程可
y2
R R 1
x1
(1)热量充分回收利用：据调查炼化企业，小于1000C的余 热占57%，1200C-2000C的占37%，大于2000C的占6%。一般 1500C以下的低温余热占一半以上，如何加以利用是值得 研究的。
(2)减少蒸馏过程所需能耗：在很大程度上取决于回流比 大小，可能的条件下，尽量减少操作回流比。
(3)严格控制产品的质量规格：不盲目的追求高纯度。
5.1 蒸馏过程能量消耗及节能
精馏过程能耗较大，如原油精馏燃料消耗占全厂的15%40%。
精馏系统能量利用率低，95%左右被塔顶冷凝器的冷却水 带走，能量利用率仅5%左右。
涉及的能量项：原料带入；加热热源输入；塔顶回流带 入；塔顶产品带出；冷却水带出；塔底产品带出；热损 失，七项。
5.1 蒸馏过程能量消耗及节能
在精馏系统中，塔顶蒸汽用热泵提高它的温位，并作为再沸 器的热源，有效的回收蒸汽的冷凝潜热，用于过程本身，提 高了热效率。因此，热泵精馏是一种很有前途的有效节能技 术。
用于化工生产中的热泵，主要是蒸汽压缩式热泵，低温蒸汽 借助于压缩装置来提高其温位。
分为两类：机械压缩式热泵，螺杆式压缩机或离心式透平压 缩机。由于压缩比大，余热温位提高较大，热泵精馏多采用 此种型式；蒸汽喷射式热泵，利用0.8MPa以上的较高压蒸汽 从喷嘴处高速喷出，所产生的卷带抽吸作用，降低温位的蒸 汽吸入，混合后以0.4MPa以下的低蒸汽从喷射器中喷出，作 为热原使用，设备简单，但节能效果不如压缩式热泵。
空调热泵节能技术介绍
为室内提供舒适的温度。
热水供应
02
热泵可以用于提供生活热水，通过吸收低位热源中的热量，将
水加热至所需温度。
工业领域Βιβλιοθήκη 03在需要高温工艺流程的工业领域，如印染、化工等，热泵可以
用于提供工艺热水或进行烘干等操作。
03
空调热泵节能技术
节能技术概述
节能技术定义
节能技术是指通过采用先进的技术手段或管理方法，提高能源利用效率，减少能源消耗， 以实现节约能源、降低成本、保护环境的目的。
和地源热泵等类型。
空气源热泵利用室外空气作为 低位热源，通过冷凝器和蒸发
器实现热量的转移。
水源热泵利用地下水、河流、 湖泊等水源作为低位热源，通 过水循环实现热量的转移。
地源热泵利用地下土壤作为低 位热源，通过地埋管换热器实
现热量的转移。
热泵的应用场景
空调系统
01
热泵用于提供冷暖空调，通过吸收室外空气或水源中的热量，
04
热泵技术的发展趋势与挑战
技术发展趋势
高效化
随着技术的不断进步，热泵系统 的效率越来越高，能够更有效地
利用能源，降低运行成本。
智能化
随着物联网和人工智能技术的发 展，热泵系统逐渐实现智能化控 制，能够根据实际需求自动调节 运行状态，提高舒适度和节能效
果。
多元化
热泵技术的应用领域不断扩大， 不仅局限于空调和采暖领域，还 涉及到热水供应、工业用热等领
空调热泵节能技术介绍
• 引言 • 热泵工作原理 • 空调热泵节能技术 • 热泵技术的发展趋势与挑战 • 结论
01
引言
背景与意义
能源危机
随着全球能源需求的不断增长， 化石燃料等不可再生能源日益减 少，能源危机成为全球面临的重 要问题。
热泵节能原理
热泵节能原理
热泵是一种能够实现热能转换的设备，它可以将低温热能转化为高温热能，实
现能源的有效利用。
热泵节能原理是通过利用外界环境中的低温热能，经过热泵系统的工作，将低温热能转化为高温热能，从而实现能源的有效利用和节能减排的目的。
热泵节能原理的核心在于热泵循环过程中的热能转换。
热泵系统由蒸发器、压
缩机、冷凝器和节流阀等组成。
在蒸发器中，制冷剂吸收外界低温热能并蒸发成低温蒸汽，然后被压缩机压缩成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽在冷凝器中释放出热量，冷凝成高温液体，最后通过节流阀减压后再次进入蒸发器循环。
热泵节能原理的关键在于热泵系统能够利用外界环境中的低温热能，将其转化
为高温热能。
这种转化过程实现了热能的再生利用，从而达到了节能的目的。
与传统的热能转化方式相比，热泵系统具有高效节能的优势，能够显著降低能源消耗，减少环境污染。
热泵节能原理的应用领域非常广泛，可以用于建筑供暖、热水生产、工业生产
等多个领域。
在建筑供暖领域，热泵系统可以利用地下水、地下热能、空气等低温热能源，将其转化为高温热能，为建筑提供供暖。
在热水生产领域，热泵系统可以利用空气、地下水等低温热能源，将其转化为热水，满足日常生活和工业生产的热水需求。
总之，热泵节能原理是通过利用外界环境中的低温热能，经过热泵系统的工作，将低温热能转化为高温热能，实现能源的有效利用和节能减排的目的。
热泵系统具有高效节能的优势，在建筑供暖、热水生产、工业生产等领域有着广泛的应用前景。
希望本文能够帮助大家更好地了解热泵节能原理，推动热泵技术的发展和应用。
第五章-热泵节能技术
W=Q/εh=1.414kw
5.1.4 热泵的评价
热泵的供热季节性能系数HSPF (Heating Seasonal Performance Factor) 评价热泵用于某一地区在整个供暖季节运行 时的热力经济性
HSPF
供热季节热泵供给的总热量+供热季节辅助加热量 供热季节热泵消耗的总能量 供热季节辅助加热的耗能量
5.1.3 热泵的工作原理
制冷机与热泵的基本能量转换关系 热泵装置：从环境中吸取
热量，传递给高温物体， 实现供热目的；
制冷机：从低温物体吸取
热量传递给环境中去，实 现制冷目的；
联合循环机：从低温物
体吸热，实现制冷，同时 又把热量传递给被加热的 对象，实现供热目的。
5.1.3 热泵的工作原理
热泵供热系统原理图
5.1.4 热泵的评价
（2）热泵的能源利用系数E
能源利用系数(E)：即一次能源的利用率， 表示供热量与一次能耗的比值。
热泵的供热量 E 消耗的初级能量
例：对于以电能驱动的热泵，若热泵制热 性能系数为εh，发电效率为η1，输配电效率为 η1 ，则这种热泵的能源利用系数E为： E 1 2 h
热 泵 系 统 组 成
低位能采集系统
低位能采集系统(热源)： ●地下水生产井与回灌井； ●地下埋管换热器与循环泵； ●取水构筑物与取水泵； ●轴流风机； ●太阳能集热器与循环泵； ●蓄热装置等。
高位能输配系统
热泵机组 热分配系统
5.1.4 热泵的评价
问题复杂，影响因素很多。 包括：负荷特性、系统特性、地区气候特性、低 位热源特性、设备价格、设备使用寿命、燃料价 格和电力价格等。
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5.1.2 热泵的起源及发展
最早的大容量热泵应用 • 在1930~1931年间，美国南加利福尼亚爱迪生公司
的洛杉矶办事处（LosAngeles）利用制冷设备供热。
• 供热量达1050kw，制热系数达2.5。
5.1.2 热泵的起源及发展
欧洲第一台较大热泵
节约能量的途径 ，过去认为不用能即节能， 实际上应该提高能量的利用率，“建筑节能”应 更准确地表述为“建筑合理用能”。
5.1.1 热泵的定义
目前,标准、论文、书籍中有关“热泵”的定 义与内涵却各不相同，常给人们一种模糊不清的 热泵概念。
• GB50155-99<暖通空调术语标准> “热泵”的解释是“能实现蒸发器和冷凝器功
• 《热泵的原理与应用》（郁永章编） “热泵”是把处于低位的热能输送至高位的机械 ”。
• 《制冷工程技术词典》（尉迟斌编） 热泵解释为“可连续将热量从温度较低的物体（ 或环境）传递给温度较高物体的机械”。
5.1.1 热泵的定义
把“热泵”理解为制冷机、制冷系统、装置与 机械，各不相同。显然热泵不是制冷机，也不是 制冷系统，而应该是一种装置或称为机械。热泵 概念的引出应从合理的使用高位能的角度引出。
T 布雷顿（Bragton）循环
4
1
T0
2
3 T2
s
室外空气吸入气缸中进行膨胀，降温冷却的空气 通过室外换热器吸收环境空气中的热，再进入排出 气缸被压缩到大气压力，使其温度升到高于环境温 度，送往用户，以供采暖之用。
5.1.2 热泵的起源及发展
与制冷机的发展相比，由于取暖的方式多样 化，简单而价廉，因此当时在技术上对热泵的迫 需性就不大。这就是热泵的发展明显地滞后于制 冷机的原因。
直至20世纪20~30年代，热泵有了较快的发展。 原因：
• 一方面，在这之前工业技术特别是制冷机的 发展为热泵的制造奠定了良好的基础； • 另一方面社会上出现了对热泵的需要。
பைடு நூலகம்.1.2 热泵的起源及发展
英国的第一台热泵 • 英国霍尔丹（Haldane）于1930年在他的著作中报
导了1927年在苏格兰安装试验的一台家用热泵的安 装及试验情况。
热泵节能技术
5.1 热泵的基本工作原理与评价
1 热泵的定义 2 热泵的起源及发展历程 3 热泵的工作原理 4 热泵的评价
5.1.1 热泵的定义
把水由低处提升到高处。 把热量从低温处抽到高温处。
5.1.1 热泵的定义
高位能与低位能
能源因其所处的状态不同，其价值也不同，能 量按其质量可划分为高位能和低位能两种。通常以 作功的本领来描述能量价值的大小。
能转换的制冷机”。 • <新国际制冷词典>(New International
Dictionary of Refrigeration) “热泵”的定义是“以冷凝器放出的热量来供 热的制冷系统”。
5.1.1 热泵的定义
• <热泵>徐邦裕、 马最良等编 “热泵”定义为“靠高位能拖动，迫使热量从低 位热源流向高位热源的装置。
5.1.2 热泵的起源及发展
“热泵”这个名词最早在欧洲使用约在十九世纪 初。当时，人们对能否可用“泵”将热量从温度较低 的介质送到温度较高的介质中这一问题发生了浓厚的 兴趣。
但就压缩式热泵的理论来说，可追溯到1824年法 国物理学家卡诺发表的著名论文。
卡诺
Sadi Carnot
5.1.2 热泵的起源及发展
论证“通过改变可压 缩流体的压力就能够使 其温度发生变化”
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳
5.1.2 热泵的起源及发展
1852年，英国威廉汤姆逊
（后改名开尔文）发表论文， 提出了热量倍增器（Heat Multiplier）的概念，首次描 述了热泵的设想。
开尔文 Lord Kelvin
5.1.2 热泵的起源及发展
制冷机可以作为热泵的工作机。因为制冷循环 既制造了低于环境温度的物质，并从环境温度下 的物体中吸取热量，又制造了高于环境温度的热 量，而获得供热效果，形成了所谓的热泵作用。
把“热泵”理解为一种装置或机械还不够，而 应明确是一种节能装置或节能机械。
5.1.1 热泵的定义
热泵：一种利用高位能使热量从低位热源流向高
• 1938~1939年间，安装于瑞士苏黎世。 • 以河水作低温热源，采用离心式压缩机，R12
作工质。 • 向市政厅供热175kw，制热系数为2，输出水
温60℃。 • 有蓄热系统，高峰负荷时采用电加热作为辅助
加热。
5.1.2 热泵的起源及发展
例：室温下的4.1868 kJ的热量和100℃下的4.1868 kJ的热量相比，数量相等，但其质量却不同。
5.1.1 热泵的定义
合理地使用高位能的问题是十分重要的。因 为实际的能量利用过程有两个特性：量的守恒性 和质的贬值性。任何用能过程实质上也可以说成 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。
低位能
高于环境温 度的热源供 给热用户 工作机
环境温度
5.1.1 热泵的定义
3）热泵既遵循热力学第一定律（“量”），热量在 传递和转换过程中的能量守恒；也遵循第二定律（ “质”），热量不可自发的、不付代价的、自动的 从低温物体转移至高温物体。
热泵是依靠高位能的拖动，迫使热量有低温物体 传递给高温物体。
位热源的节能装置。
热泵可以把不能直接 利用的低品位热能（如空 气、土壤、水、太阳能、 工业废热等）转换为可利 用的高品位能，从而达到 节约部分高位能（煤、石 油、天然气、电能等）的 目的。
高位能 动力机
高于环境温 度的热源供 给热用户 工作机
低位能 环境温度
5.1.1 热泵的定义
热泵定义内涵的理解：
1）热泵是一种节能装置： 虽然消耗一定的高位能，但供给用户的热量是消
耗的高位热能与吸取的低温热能的综合。用户获得 的热量永远大于消耗的高位能。
5.1.1 热泵的定义
2）由动力机和工作机组成 热泵机组
热泵可设想如右图所示的 节能装置（或称节能机械） 高位能 ，由动力机和工作机组成热 泵机组。利用高位能来推动 动力机(如汽轮机、燃气机、 燃油机、电机等)，然后由动 动力机 力机驱动工作机(如制冷机、 喷射器)运转，工作机像泵一 样，把低位热能送至高品位 ，以向用户供热。