第2章 热泵的定义及工作原理.pptVIP

第2章 热泵的定义和工作原理 2.1 热泵的定义 2.1.1热泵研究的背景 热泵的研究是基于两个热点问题： (1) 能源问题：指能源危机。 (2)环境污染问题：指矿物能源燃烧产生有害物对环境的污染。 能源问题和环境污染问题是对现代人类生存的严重威胁与挑战。 1、从能源问题看 (1)我国一直致力于能源开发，能源工业取得长足进步。 (2)我国人口众多，按人口折算，能源资源还谈不上富裕。 (3)产品能耗高，能源利用率低，能源浪费严重。 热泵的节能效果是显著的： 在欧洲的气候条件下，用燃气机驱动的压缩式热泵比燃气锅炉耗能量降低50%—60%。 汽轮机驱动热泵供热系统燃料消耗量，仅是普通的热力站燃料消耗的70%。 直接燃烧驱动的家用热泵装置供热比传统的燃气锅炉供热，具有节能50%的潜力。 2、从全球性环境问题看 (1) 环境污染日益严重，CO2增长一倍，使大气年均温度升高1.5-3℃，破坏了生态循环。 (2)我国能源结构中煤占70%以上，石油及天然气占25%，能量利用率都在30%以下。 (3)提高能源利用率，减少环境污染成为我们的迫切任务。由于环境问题，而不是经济问题。 因此，大力提倡采用热泵技术。 热泵是合理利用能源、减少CO2排放量、减少环境污染的有效措施之一。 发展热泵空调已成为暖通空调发展的基本出发点之一。 2.1.2 高位能与低位能 1. 能源因其所处的状态不同，其价值也不同。 通常以作功的本领来描述能量价值的大小。 例1: 某城镇供水方案。供水池位于100 m水坝之下，而又高出了某湖面10 m的地方。 取水方案1 ：由水坝直接供水。 假设供水量为10 吨/s，且不计机械摩擦损失和管路阻力损失。则方案1不需要外界作功，但将损失掉的势能为： 10×1000 × 100 =106 kg.m/s = 9.8 × 106 w 取水方案2：用水泵从湖中取水，由坝中的水驱动水轮机，水轮机再拖动水泵。 湖水需外界提供一定的能量，其值为： 9.09 ×1000 ×10 =9.09×104 kg.m/s =8.92 ×105 w 用水坝的水0.91 吨/s，拖动水轮机，能完成由湖中取水的任务，所做功为： 0.91 ×1000 ×100 ×9.81=8.92 ×105 w 例2?： 室内采暖：若室内需要热量10 kW，可以采用以下两种供热方案： 方案1：直接用电加热，则需要10 kW电能。 方案2：采用热泵供热，即用电能拖动制冷机向室内供热。 假定供热温度45℃，低温物体温度0℃，如果热泵按理想的逆卡诺循环工作，则所需要的电能为： 由此可见，方案2所需的电能仅为方案1的1/7。这似乎违背了热力学第一定律，事实上则不然。 例3 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。 2.综上所述，可以说明以下几点： （1）评价能源的价值时，既要看其数量，有要看其质量。能量按其质量可划分为高位能和低位能两种。 （2）要使热能得到合理利用，必须合理使用高位能，做到按质用能。 （3）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。 2.1.3 热泵的定义 （1）靠高位能拖动，迫使热量从低位热源流向高位热源的装置，称为热泵 。 （2）是把处于低位的热能输送至高位的机械 。 （3）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 。 1.热泵的定义：是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置。 像泵那样，可以把不能直接利用的低位热能(如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能、工业废热等)转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位能（如煤、燃气、油、电能等）的目的。 2. 热泵的定义涵盖了以下几点： （1）热泵虽消耗一定量的高位能，但供给用户的热量却是消耗的高位热能与吸取的低位热能的总和。因此，热泵是一种节能装置。 （2）热泵既遵循热力学第一定律，在热量传递与转换的过程中遵循守恒的数量关系； 热泵又遵循热力学第二定律，热量不可能自发的、不付代价的从低温物体转移至高温物体。 2.1.4 我国热泵空调发展的回顾与展望 1. 回顾： （1）由于我国能源价格的特殊性，热泵空调在的应用与发展始终很缓慢。 （2） 20世