《热泵技术》期末考试复习资料

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1、热泵技术期末考试复习提纲大题猜想：一个井水流量！一个空气源热泵的运行特性图和文字！一个建筑物多联机热泵的矛盾！一个带有四个单向阀的图。此为个人总结版本，有可能还有疏漏。大家有空还是多看看 ppt 和书考试时间：4 月 18 日上午 8：00考试地点：4-501 热能 1001热能 1003 前半 4-503 热能 1003 后半热能 1005 考试题型：选择题（20 道，基础）；判断题（10 道）；问答题（4 道左右） 复习重点（仅供参考）1.2.2 热泵的形式【重点记住 ppt 的图示，冬夏运行工况不同。冬夏循环，各点状态。结合 老师在黑板上画的图】空气-空气热泵空气-水热泵水-空气热泵1水

2、-水热泵大地耦合式热泵水-空气热泵型式 l 地下水热泵 l 地表水热泵 l 内部热源热泵 l 太阳能辅助热泵 l 废水源热泵2老师在黑板上上的图此处应改为 4 个单向阀的那 种型式6.1.1 空气源热泵冷热水机组工作原理制冷工况时，从压缩机2排出的高温高压的工质气体通过四通阀3进入主气侧 换热器l，冷凝后的工质液体通过右下侧的止回阀5进入贮液器10，从贮液器出来 的工质液体，通过带换热器的气液分离器6得到过冷；工质的过冷液体再经过截止阀9、干燥过滤器8、电磁阀12、视液镜11进入热 力膨胀阀7。节流后的工质低温低压气体经止回阀5进入板式换热器4，蒸发后的3inoutbinout制冷剂蒸气经四通

3、换向阀3进入带换热器的气液分离器6，分离后的工质蒸气回入 压缩机2再压缩，如此连续循环不断地制取冷水；制热时，四通换向阀换向，经压缩机排出的高温高压工质蒸气首先进入板式 换热器4放出冷凝热，并加热水，加热后的水进入空调系统供暖。冷凝后的工质 液体经因中左下侧的止回阀5进入贮液器10；高压的工质液体经带换热器的气液分离器过冷后再经过截止阀9、干燥过 滤器8、电磁阀12、视液镜11后，进入热力膨胀阀7、节流降压后的工质液体再经 图中右上侧的止回阀5进入空气侧换热器，吸收空气中的热量而蒸发，蒸发吸热 后的工质蒸气再经四通换向阀3、带换热器的气液分离器6回入压缩机再压缩，如 此连续循环，即可向空调系统

4、不断地供应热水；冬季，机组在制热工况下运行一段时间后，空气侧换热器的翅片管表面会结 霜，影响传热，以致制热量越来越小，此时会自动转换成制冷工况。压缩机排气 直接进入空气侧换热器进行除霜，经短期融霜后，机组又能转换成制热工况运行。5.3.2 空调（热泵）设备容量的确定u 热泵供热量与建筑物散热量的矛盾 当建筑物的围护结构一定时，建筑物散热量取决于室内外的温差。随着 室外温度的降低，建筑物热负荷逐渐增大。若冬季室内温度维持在设计 值，则建筑物散热量只是室外温度的线性函数，即Q =K*F(t t )b式中：Q 建筑物围护结构散热量，kW；K 建筑物围护结构的传热系数，W/m2 K；F 建筑物围护结构

5、的外墙传热面积，m2；t 建筑物室内设计温度，；t 室外环境温度，。 另一方面，室外空气的温度和湿度随地区、季节和时间的不同而变化。 这对空气源热泵的制热量和制热系数影响很大。特别是当冬季室外温度 下降时，此时热泵的蒸发温度较低，制热系数就会随蒸发温度下降而下 降。若维持室内换热器中的冷凝温度不变，随着室外温度的降低，机组 的供热量逐渐减少。热泵的制热量与室外温度成近似线性关系，即Q =A + B*th out式中：Q 热泵制热量，kW；hA、B 常数；t 室外环境温度，。out 由以上分析可知，当室外空气的温度降低时，空气源热泵的供热量减少， 而建筑物散热量却在增加，即建筑物耗热量增加，这就

6、造成空气源热泵 供热量与建筑物散热量之间的供需矛盾4 图中表示出了空气源热泵系统的 供需特性关系 图中MN线为空气源热泵供热特性 曲线，CD线为建筑物耗热量特性曲线，两 条线呈相反的变化趋势 点X为建筑物最大耗热量 热泵制热量曲线MN和建筑物耗热 量曲线CD的交点O称为平衡点，相对应的室 外温度tO称为平衡点温度6.2 空气源热泵冷热水机组变工况特性u 制冷量、功耗随环境温度和出水温度变化的特性曲线风冷热泵冷热水机组的制冷 量是随冷水出水温度的增加而增 加，并随环境进风温度的增加而减 少。这主要是由于冷水出水温度增 加时，相应于系统的蒸发压力提高， 压缩机的吸气压力提高后，系统中 的制冷剂流量

7、增加了，于是制冷量 增大。相反，当环境温度增加时系 统中的冷凝压力提高，压缩机的排 气压力提高后使系统中的制冷剂 流量减少，于是制冷量也减少。机组的功耗是随冷水的出水 温度的增加而增加，并也随环境温 度的增加而增加。这主要是由于当 冷水出水温度增加时蒸发压力提 高，此时如环境温度不变，则压缩机的压比减小，对单位制冷剂的耗功减少、但是由于系统中制冷剂的流量增 加，因而压缩机的耗功仍然增大。当环境温度升高时，使系统的冷凝压力升 高，导致压缩机的压力比增加，对单位制冷剂的耗功增加，此时虽然由于冷 凝压力提高后使系统中的制冷剂流量略有减少，但压缩机的耗功仍然是增加 的。u 机组的风冷热泵冷热水机组的制

8、热量随环境温度和热水出水温度变化的特 性曲线5风冷热泵冷热水机组的制 热量是随热水出水温度的增加 而减少，随环境温度的降低而减 少。这主要是由于机组制热时， 如要求出水温度的增加，则必须 相应提高冷凝压力，当压缩机冷 凝压力提高后，必然导致系统的 制冷剂流量减少，制热量也相应 减少。当环境温度降低到 0左 右时空气侧换热器表而结霜加 快，此时蒸发温度下降速率增加， 机组制热量下降加剧，必须周期 地除霜，机组才能正常工作。机组在制热工况下的输入 功率是随热水的出水温度增加 而增加的，随环境温度的降低而 减少。这主要是由于热水出水温 度提高时要求冷凝压力相应提 高，此时如环境温度不变，则压缩机的压

9、力比增加、压缩机对每千克制冷剂的耗功增加，导致压缩机的输入 功率增加。当环境温度降低时系统中的蒸发温度降低，使压缩饥的制冷剂流 量减小，特别是环境温度降低到 0以下时由于空气侧换热器表面结霜，传 热温差大，此时流量减少更快，相应压缩机的输入功率大大减小。空气源热泵机组运行特性 (书 P104)（1） 当供水温度一定时，空气源热泵的制热量随着环境温度的升高而增加； 其制冷量随着坏境温度的升高而减小。但其功率在通常情况下，都是随着环境温 度的升高而增大。（2） 当环境温度一定时，空气源热泵的制热量随着供水温度的升高而减少， 其制冷量随着供水温度的升高而增加，但其功率君醉这供水温度的升高而增大。但应

10、注意：空气源热泵在制热工况下，由于机组可能有结露或融霜的问题， 这将会使机组的制热性能更为复杂。6.3.1 结霜过程及其影响因素uuuu在结霜初期霜层增加了传热表面的粗糙度及表面积，使蒸发器的传热系数有 所增加，但随着霜层增厚导热热阻逐渐成为影响传热系数的主要方面，使蒸 发器的传热系数开始下降；霜层的存在加大了空气流过翅片管蒸发器的阻力，减少了空气流量，增加了 对流换热热阻，加剧了蒸发器传热系数的下降；空气源热泵在结霜工况下运行时，随着霜层的增厚，将出现蒸发温度下降、 制热量下降、风量衰减等现象而使空气源热泵机组不能正常工作；结霜工况下热泵系统性能系数在恶性循环中迅速衰减：霜层厚度不断增加使

11、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6下降使得结霜加剧，结霜加剧又导致霜层热阻进一步加剧；u 在冰核形成阶段，因为冷表面本身的不均匀（如划痕、表面凹进现象等）， 当湿空气在冷表面开始凝露后，这些不均匀地方最先开始形成过冷水珠，由 于冷表面的进一步冷却作用，当过冷水珠温度低于三相点温度时便形成了冰 核，并开始长大；u 在霜层形成的早期，这些冰核以不同的速度朝垂直壁面的方向发展，并且长 大呈条状分布，在这一阶段冰核与冰核之间还没有相互连接起来，呈单条状 冰柱状态；u 在霜层均匀生长阶段，先前阶段形成的条状冰核在长大的同时，开始产生分 枝并且相互开始交叉连接，其结果在宏

12、观上表现为霜层在加厚的同时，霜层 表面开始由粗糙转化为平滑；u 当霜层表面温度到达了冰点温度时霜层生长进入了充分发展阶段，在宏观上 表现为相对稳定的状态；u 平均结霜除霜损失系数为结霜时热泵的性能系数与室外换热器为干盘管时 的热泵性能系数之比；u 根据平均结霜除霜损失系数将我国空气源热泵冷热水机组适用地区分成 4 类 轻霜区：成都、重庆、桂林等，平均结霜除霜损失系数都在 0.97 以上，在这些地区使用热泵时结霜不明显或不会对供热造成大的影响，热泵机组特别适合这类地区应用； 低温结霜区：济南、北京、郑州、西安、兰州等，这些地区属于寒冷地区，气温比较低，相对湿度也比较低，所以结霜现象不太严重，一般

13、平均结霜除霜损失系数在 0.950 以上； 一般结霜区：杭州、武汉、上海、南京、南昌、宜昌等，平均结霜除霜损失系数在 0.800.90左右，在使用空气源热泵供热时要考虑结霜除霜损失对热泵性能的影响；重霜区：如长沙，平均结霜除霜损失系数达 0.703，主要是因为该地区相对湿度过大， 而且室外空气状态点恰好处于结霜速率较大区间的缘故，在使用空气源热泵供热时必须充分 考虑结霜除霜损失对热泵性能的影响。6.3.2 除霜过程及其控制方法uuuuu目前，空气源热泵机组都采用热气冲霜，即通过四通阀切换改变工质的流向 进入制冷工况，让压缩机排出的热蒸气直接进入翅片管换热器以除去翅片表 面的霜层由于在热泵除霜的

14、过程中不但不能向室内提供热量，反而还要吸收室内的热 量，所以一般用总制热量和总能效比来评价空气源热泵机组性能的优劣 总制热量是指在一个除霜和结霜周期中热泵向室内提供的总热量，它等于制热循环时热泵向室内提供的总热量减去除霜时热泵从房间吸收的热 量 总能效比就是在一个除霜和结霜周期中总制热量与总耗功的比值时间-温度法模糊智能控制法交叉除霜方式（书P110还有一些其他，可以参考）7.5.2 井水流量计算（老师倒数第二节课上黑板写的推导过程很有可能考） 水源热泵系统夏季供冷需水量预测7水源热泵系统冬季供暖需水量预测例题某热泵工程项目，计算出最大冷负荷为 800kW，最大热负荷为 480kW，拟采用地 下水式水源热泵系统，选用的机组夏季 COPo为4.2 ，冬季COPk为4.7。热源水及 排热源水温差均为5，试计算需要井水的夏季最大流量及冬季最大流量。 解：夏季井水需要的最大用水量冬季井水需要的最大用水量8