《广义热泵论》阐述了狭义热泵概念的历史成因,以及与之相对应的广义热泵概念提出的必然,并在广义热泵概念之下,将通常的空调制冷技术理论,与热泵技术理论有机地揉合在一起,统而论之,名曰《广义热泵论》。
《广义热泵论》共15章,以电力驱动的蒸气压缩式热泵为基本内容。第1~3章叙述了热泵定义,热泵分类,热泵热源与工质,蒸气压缩式热泵的热力学基础与热泵机组构成的基本器件。第4~6章分别叙述了大气/空气源热泵,(含大气一空气热泵、空气一空气热泵及大气一水热泵);水源热泵(含水一空气热泵及水一水热泵),以及直接式地埋管热泵等。第7章叙述了热泵的输出调节(含电机调速及压缩机内设调节装置两种方式),以及热泵的冷热功能转换(含利用四通换向阀与利用外部水关阀门的开关两种方式)。第8章叙述了水源热泵系统的定义、构成及分类。第9~15章分别叙述了各类水源热泵系统:地埋管热泵系统,地下水源水源热泵系统,地表水源水源热泵系统,城市污水源水源热泵系统,城镇污水处理厂再生水源水源热泵系统,火电厂冷却水源热泵系统,以及水环热泵系统等的构成及应用。
在威尔金森(Wllkinson.P)所著《百大发明》-书中,电冰箱榜上有名。电冰箱的核心其实是制冷机,制冷机的发展迄今已百余年。早在1834年,美国波尔金斯(Per-kins)发明了第一台以乙醚为制冷剂的蒸气压缩式制冷机。1859年法国人卡列(Carre)发明了氨一水吸收式制冷机。1875年卡列(Carre)和林德(I.inde)发明了以氨作为制冷剂的氨蒸气压缩式制冷机,成为现代压缩式制冷机的发端。由于天然冷源及其作用十分有限,而制冷机又是人工冷源的唯一选择,因此深受重视并不断发展。之后,于20世纪30年代始逐步改用氟利昂制冷剂,20世纪80年代末始逐步使用无氯氟利昂的制冷剂。制冷机的核心设备压缩机也在活塞式之外先后发明了离心式、螺杆式、滚动转子式及涡旋式等。
制冷机的原理是,在某种动力的驱动下——使热由低温侧传至高温侧,在低温侧由于热的失去而达到制冷的目的,而传至高温侧的热被冷却水或空气带走而未加利用。
其实,制冷机高温侧因热的获得而产生的制热效应,也应该是可以利用的,这一点在1824年法国人卡诺(S.Carnot)发表的逆卡诺循环理论中已有原则揭示。而在1854年初开尔文(L.Kelvin)也曾提出:冷冻装置可以用于加热。
冷冻装置在用于加热时,通常被称作热泵。
热泵的高温侧,在为空调等用户供热时,其低温侧用于制冷,或单纯为热泵的供热运行提供热的来源,即所谓的低温热源。
根据逆卡诺循环理论,热泵在制热时有着较高的能效,其制热系数永远大于1,且在某些场合要远大于1。
但是,由于热可以用柴草、煤炭及油、气的燃烧比较方便地取得,不必斥资购置精密的“制冷机”,并耗费在当时而言仍比较宝贵的电能。长期以来,制冷机的制冷功能在生产及生活的各项领域——包括空调冷源在内,应用广泛。而其制热功能的应用,要滞后和少了许多。20世纪70年代的石油危机之后,人们才开始对能效相对较高,可以利用低品位、可再生能源的“制冷机”供热——热泵,重视起来。
正所谓存在决定意识,制冷技术理论历经百余年的发展,已十分全面系统。而对于热泵则鲜有完整的论述。在我国,20世纪80年代之后,才在制冷技术的教科书或工具书中附加热泵章节,或另出专著。而这些附加的热泵章节或热泵专著,重点均在于论述其制热功能。这就在理论著述和习惯上形成了一个狭义的热泵概念,即以制冷为目的时称为制冷机,以制热为目的或制热、制冷双功能时才称为热泵。其时,热泵称谓的实质在于热从低温侧向高温侧的泵送——提升与传输,而不应在于其是否用于制热。热泵在运行时,制冷与制热两种效应同时并存。在工程应用中,或用其制冷,或用其制热,或制冷与制热按需(或季节)轮换,或制冷与制热同时进行。在应用其制冷时,通常称为制冷机。但制冷机也是热泵的一种,是用于制冷的热泵。相对而言,这是一种广义的热泵概念。为还热泵的本来面目,应该在暖通空调领域内确定这种广义的概念,并且在该概念的指导下,进行热泵理论的诠释与著述。因为那种历史形成的、狭义概念之下的制冷机与热泵分割开的论述方式,难免出现重复、衔接不顺,以及含混之弊病。
鉴于上述,作者意在广义热泵概念的指导下,将通常的制冷技术理论和相关的热泵论述,有机地揉合在一起,统而论之,名日《广义热泵论》。
本书内容主要在于:一是构建起广义热泵的框架体系,拟定章节,编排内容;二是选择、斟酌、推敲定义及用语,以适应广义热泵概念的要求。十分幸运,国内外的业界学者已在其空调制冷技术以及热泵的理论著述中,从理论基础、设备构造、系统组成以及实际应用等各方面,均做出了较为充足的储备。作者则需按照广义热泵的概念,借助前人的理论基础,完成著述编写的任务。全书共15章,内容包括了热泵理论基础、热泵分类、热泵功能、热泵冷热量输出调节及功能转换以及水源热泵系统等。
按照工作原理,热泵可以分为蒸气压缩式、蒸汽喷射式及吸收式等。蒸气压缩式热泵还有电力驱动、内燃机驱动等。限于篇幅,本书仅以暖通空调领域内的、应用最为广泛的、电力驱动的蒸气压缩式热泵作为基本内容。
限于作者水平,且因在广义热泵的概念及其学术用语等方面无先例可循,疏漏之处在所难免,欢迎批评指正。对为本书提供宝贵理论支持的各位学者,对参与本书文稿打字、插图绘制及编排做出贡献的同志们,对协助完成电子稿件编排和调整的我的女儿肖隽一并表示感谢!
肖兰生 张瑞芝
2016年5月27日
肖兰生,1938年5月生,大学,中国建筑东北设计研究院有限公司暖通空调专业顾问总工程师,教授级高级工程师,国家公用设备(暖通)注册工程师。
张瑞芝,1938年6月生,大学,中国建筑东北设计研究院有限公司暖通空调专业高级工程师,国家公用设备(暖通)注册工程师。
第1章 概论
1.1 热泵定义
1.2 热泵的热源
1.2.1 热泵热源的一般要求
1.2.2 常用热源
1.3 热泵工质及冷热媒介
1.3.1 热泵工质
1.3.2 冷热媒介
1.4 热泵机组的分类
1.4.1 按工作原理分类
1.4.2 按配置的蒸气压缩机形式分类
1.4.3 按动力分类
1.4.4 按功能分类
1.4.5 按热源或热源端媒介以及负荷端媒介的组合分类
第2章 蒸气压缩式热泵机组的热力学基础
2.1 蒸气压缩式热泵机组的典型流程
2.2 逆卡诺循环
2.3 蒸气压缩式热泵的理论循环
2.4 双级压缩模式
2.5 准双级压缩模式
2.6 三级压缩模式
2.7 热回收模式
2.8 冰蓄冷模式
2.8.1 全量蓄冷与非全量蓄冷
2.8.2 间接式冰蓄冷的系统形式
2.8.3 冰蓄冷系统的主要设备
2.9 “自由冷却”模式
2.1 0热泵的能效指标
2.1 0.1 热泵的性能系数COP(CoefficientofPerformance)
2.1 0.2 热泵机组的能效比EER(EnergyEfficiencyRatio)
2.1 0.3 热泵(冷水机组)的综合部分负荷性能系数IPLV(IntegratedPartLoad
Value)
2.1 0.4 冷水机组的季节部分负荷性能系数SPLV(SeasonalPartI.oad
Value)
2.1 0.5 房间空调器的能效评价标准SEER、HSPF及APF
2.1 0.6 多联式空调机的能效评价标准
第3章 蒸气压缩式热泵机组的主要器件
3.1 热泵的压缩机
3.1.1 压缩机的分类
3.1.2 各种压缩机的结构特征
3.2 冷凝器
3.3 蒸发器
3.4 冷凝/蒸发器
3.5 节流机构
第4章 大气/空气源热泵机组
4.1 大气源的特点
4.2 大气源热泵的补充加热
4.3 关于“风冷北扩
4.4 大气一空气热泵机组
4.4.1 整体式空调机组
4.4.2 分体式机组
4.5 空气一空气热泵机组
4.6 大气一水热泵机组
4.6.1 整体式大气一水热泵机组示例
4.6.2 模块式大气一水热泵机组
4.6.3 热回收机组示例
4.6.4 低环境温度机组示例
第5章 水源热泵机组
5.1 水一空气热泵机组
5.1.1 水冷单元式空调机
5.1.2 水源热泵空调机
5.1.3 水源多联式空调机
5.2 水一水热泵机组
5.2.1 整体式水一水热泵机组示例
5.2.2 模块式水一水热泵机组示例
5.2.3 热回收式水冷冷水机组
第6章 直接式地埋管地源热泵机组
第7章 热泵的输出调节及功能转换
第8章 水源热泵系统
第9章 地埋管热泵系统
第10章 地下水源热泵系统
第11章 地表水源热泵系统
第12章 城市污水源热泵系统
第13章 城镇污水处理厂再生水源热泵系统
第14章 火电厂冷却水源热泵系统
第15章 水环热泵系统
参考文献