制冷技术论文1.doc
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辽宁工业大学
制冷技术结课论文
题目：
空气源热泵在我国不同地区的应用
学院：
土木建筑工程学院
专业：
建筑环境与设备工程
任课教师：
赵薇
班级：
建环082
姓名：
单宝林
学号：
080502032
目录
摘要………………………………1
关键词………………………………1
正文：
1引言………………………………1
2原理及特点………………………………2
3适应性………………………………3
4结论………………………………5
参考文献………………………………6
空气源热泵在我国不同地区的应用
建环082080502032单宝林
摘要：
热泵是一种将低温热源的热量转移到高温热源的装置，低温热源既是我们周围的介质———空气、河水、地下水、海水等。
空气作为可再生能源是取之不尽用之不竭的天然资源，空气源热泵利用可再生能源—空气能，并辅以清洁能源—电能，运行中没有任何污染，是国家大力推广的开发和利用可再生能源的绿色环保设备。
尽管空气源热泵具有许多优点，但受室外环境因素限制也比较严重，也正因为如此空气源热泵在我国不同地区的应用及普及相差很大，我们应该按照地理条件的不同，正确选取供热设备。
关键词：
热泵空气源逆卡诺循环供热系数节能环保
一、引言a设计思想：
热泵利用的是逆卡诺循环原理，其包括四个基本过程：
定熵压缩、定温放热、定熵膨胀、定温吸热。
消耗的电能2.91kW
即2500大卡
（25%）
热泵机组
性能系数
COP=4
供热量
10,000大卡
（100%）
吸收室外空气热量
7500大卡
（75%）
（免费的自然能源）
b节能意义:
节能不是作为一种宣传口号被传播，而是切实的被各地政府提到日程上来。
从长江三角洲的“电荒”到涉及东北、华东、华南、西南等地区的“煤荒”与“缺油”，传统能源短缺的“红灯笼”挂遍中国大地，节能的意义已经被大家认同。
今天我们将来比较空气源热泵的节能效率。
一般情况下，每消耗1度电大约产生3-4度电以上的热量，机组的能效比（COP）可达3-4以上，相当于热效率超过300%-400%，比直接电加热方式节能67%-75%以上。
下图可供参考:
空气源热泵机组以空气为低温热源制取热量，耗电量仅为电锅炉全年的1/4;同燃煤、油、气锅炉比，可节省40%以上的能源，短期内可收回投资。
c必要性：
空气源热泵尽管性能优越，但也有其适合工作的地区，正所谓好马配好鞍，了解该热泵的工作区对节能及供热系数的提高意义重大。
比如供热时空气盘管表面结霜结露是空气源热泵面临的挑战。
我们根据结霜的平均系数将中国分为四部分：
低温结霜区，如北京；轻霜区，成都；一般结霜区，杭州；重霜区，长沙。
这样看来有些城市不适合采用空气源热泵，那么我们就应该选取其他设备。
另外在北方采取空气源热泵制热效率往往不如辐射采暖或暖气，我们也应该正确舍取。
二、空气源热泵的工作原理及特点空气源能量巨大，是用之不尽，取之不竭的能源，由于其分布广阔，获取方便，而且其是清洁能源，对环境无污染，因此被作为热泵的低温热源是既方便又环保的。
冬天热泵是以制冷剂为热媒，在空气中吸收热能（在蒸发器中间接换热），经压缩机将低温位的热能提升为高温位热能，加热系统循环水（在冷凝器中间接换热）；夏天热泵是以制冷剂为冷媒，在空气中吸收冷量（在冷凝器器中间接换热），经压缩机将高温位的热能降低为低温位冷能，制冷系统循环水（在蒸发器中间接换热）。
系统图如下：
压焓图为：
空气源热泵热平衡方程式：
供热量＝吸收室外空气的热量+消耗的电能
供冷量＝吸收室外空气的冷量+消耗的电能
对于内部制冷剂，我们一般选取性能稳定，对环境无污染，并且制冷，制热系数高的R22和R417等。
空气源热泵空调在夏季室外环境温度很高时，很难把室内热空气排向室外，房间制冷效果很差；冬季室外环境温度很低时，制热会有结霜现象，制热效果也很差。
人们对空气源热泵空调有个形象的比喻：
“夏季不制冷，冬季不制热”然相对其他热泵来讲其对环境要求很低。
冬季室外环境参数-11～-2（平均为-8℃），温度过低导致管冻坏，其本身工作时需要考虑结霜损失，夏季受限小，正常工况下，工作时气温35℃，出水7℃，COP可达3.综合其特点，我们可以了解空气源热泵的优点:
空气作为低位热源，取之不尽，用之不竭，处处都有，可以无偿地获取；a运行可靠，不受夜晚，阴天，雨天，雪天等天气影响；b节能环保，原理简单；c一机两用，冬季供热水，夏季供冷水，利用率高；d安装简单，比如阳台，地下室，不需设置机房。
然任何设备都不是无可挑剔的，空气源热泵缺点：
1机组性能随室外空气状态参数（地区及季节差异）不同而变化，对热泵供热能力、制热性能系数影响很大；2结霜问题，结霜后热泵制热性能系数下降，机组可靠性降低，室外换热器热阻增加，空气流动阻力增加；3空气的热容量小，热泵比空冷冷水机组需要大得多的空气量掠过蒸发器，按经验，热泵每kW供热量实际需要空气1200m3/h。
三、典型气候区空气源热泵的适用性在中国，由于气候差异悬殊，因此将其所在位置大致划分成几个气候区域：
严寒，寒冷，夏热冬冷，夏热冬暖，依靠温湿度的变化标准来判断它是否是沿海或大陆性气候，并且区别研究。
针对中国地理情况，我们姑且取四个典型城市【哈尔滨（严寒），北京（寒冷），南京（夏热冬冷），广州（夏热冬暖）】空气源热泵的应用进行分析研究。
冬季制热：
对于寒冷地区热泵的适应性决定当地温湿度。
根据日本学者对不同空气源热泵机组的实验结果,可能结霜的气象参数范围为-12.8≤tw≤5.8℃,φ≥67%。
当tw>5.8℃时,可以不考虑结霜对热泵的影响;当tw<5.8℃,φ<67%时,由于空气露点温度tdew低于室外换热器表面温度tfe,不会发生结霜现象;tw<-12.8℃时,由于空气含湿量太小,也不会发生结霜现象。
目前我国指导热泵工程设计的文献将冬季室外算温度tw=-3℃规定为空气源热泵所能使用的最低线,可以这样理解,在冬季供暖计算温度tw≥-3℃的地区,空气源热泵大体上可以正常运行:
而在tw<-3℃的地区,空气源热泵运行很困难。
而在我国的“三北地区”,绝大部分地区的冬季供暖计算温度都要低于-3℃,这也正是空气源热泵无法在寒冷地区直接应用的原因。
我们不妨以-3℃为界,假定空气源热泵在室外气温高于-3℃时能够正常运行,而在室外气温低于-3℃的情况下无法正常运行,通过对气象资料的统计,定量地空气源热泵在各寒冷地区无法直接应用的时间和这一时间所占整个冬季供暖时间的比例。
.下表为四大代表城市冬季气候参数：
表一、冬季室外参数比较
代表城市
供暖室外计算温度tw（℃）
供暖小时数h
室外气温小于-3℃的小时数
小于-3℃的比例
室外相对湿度d（%）
哈尔滨
-26
4296
3089
71.9
74
北京
-9
3096
1287
41.6
41
南京
0
1880
368
19.6
35
广州
10
＼＼＼
很少
≈0
66
从表一中我们可以看出,就是气候最为寒冷的哈尔滨市,在采暖期内也至少有约30%的供暖时间可以用空气源热泵运行,而在大部分的西北和华北地区（如北京）,供暖季都至少有一半的时间可以用空气源热泵运行供暖。
这些地区的空气源热泵尚且不能保证整个采暖区的供暖，应当配备其他采暖设施，比如地板辐射采暖。
空气源热泵机组工作时，当蒸发器盘管温度低于露点温度时，其表面产生冷凝水，冷凝水低于0℃时结霜，蒸发器散热肋片间的通风间隙局部或全部结霜堵塞，从而增大热阻和风阻，直接影响换热效率。
而夏热冬冷地区（如南京）由于气温的关系得到较好的应用，然其湿度低，使用时应当配备空气加湿设备，以达到人们需要的舒适性。
前三座城市都会出现结霜现象，应当对设备进行改进方可达到提高制热系数的作用。
广州全年温度温和，尽管冬天温度仍可达10℃左右，考虑到能源的利用率来说，对该地区而言不适合采用其制热，而选取地热或电暖气等相对经济可行
夏季制冷：
空气源冷热水机组正常制冷的上限温度一般在40-45℃，最大允许室外温度可达50℃左右。
跟冷却塔不一样，制冷工况下相对湿度对空气源热泵没不利影响，相反，相对湿度大，对冷却有利。
四大代表城市的夏季室外参数如下：
表二、夏季室外参数比较
代表城市
室外温度t（℃）
相对湿度d（%）
哈尔滨
24
53
北京
25
58
南京
28
72
广州
23
61
夏季自来水进水温度28～30℃，生活热水出口温度65℃，结合制冷剂进出口的温度计算出平均温差Δtm，只有5-40℃，所以只有小流量连续制备热水，由式A=Q/（KΔtm）,需要估算热回收换热器的传热系数，对比数据可见夏季制冷以上城市平均温差Δtm相差不大，用空气源热泵制冷系数高，特别是南京，其相对湿度大，对冷却更加有利，然后是广州，北京，哈尔滨。
特别说明的是广州利用空气源热泵虽然可行，对比其丰富的水资源来说选取水源热泵制冷系数更高。
四、结论a使空气源热泵采暖技术从只能适应长江流域扩大到黄河流域，并获得冬季采暖节能60%的可喜结果
b我国空气源热泵的使用率将上升，但对空气源热泵必须加以适当适合的改进，对能源消耗（电能）还要加以控制。
c热泵机组的低温性能是有差异的，对于以采暖为主的寒冷地区，应当注意选择。
可以配地板辐射采暖，对于性能良好的机组在配地板采暖时，由于出水温度低（25-35℃）
d空气源热泵机组以后的发展方向将是解决除霜技术，进而提高制热效率，保证机组寿命。
e空气源热泵节能理念是毋庸置疑的，对建筑节能这项大的政策是有利的。
参考文献王芳、范晓伟，我国空气源热泵的技术发展，2002，西安建筑大学报，2002,05
王剑峰、陈光明，空气源热泵冬季结霜特性研究【J】,太阳能学报，1997,01
姜益强、姚杨、马最良，空气源热泵供热平衡问题研究【J】，暖通空调，2000,05
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