暖通空调热泵技术素材第2章

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第2章热泵的理论循环

基本概念

? 热泵的工作原理与制冷机相同，都是按热机的逆循环工作的，所不同的只是工作温度范

围不同。

? 按热泵驱动功的型式，可把常见的热泵分为四种形式：（1）蒸气压缩式热泵；（2）吸收

式热泵；（3）温差电热泵（热电热泵）；（4）蒸汽喷射式热泵。 ? 最理想的热泵循环是逆卡诺热泵循环，它和逆卡诺制冷循环的组成和作用是相同的，都

是由两个可逆的绝热过程和两个可逆的等温过程所组成，但是两者工作的高温热源和低温热源温度范围不同。

? 同时兼有制冷机和热泵功能的热力机称为联合循环机，这类机器可同时制冷和制热，即

冷却一个物体的同时又加热另一个物体。

? 热泵的制热性能系数随着高温热源的温度升高而降低，随着低温热源的温度（或环境介

质的温度）的下降而下降。

? 劳仑兹循环。1894年，苏黎士工程师H.劳伦兹提出一侧以冷冻盐水，另一侧以冷却水

为热源的变温热源制冷机的理想循环，他当时称为多变循环。该循环由两个绝热过程和两个多变过程组成，其多变过程要保证过程的温度变化与外界热源的温度变化一致。劳仑兹循环的制热性能系数大于具有温差的逆卡诺循环的制热性能系数。

? 蒸气压缩式热泵的理论循环是在具有温差传热的两相区的逆卡诺循环基础上改造而成

的。利用冷凝器和蒸发器实现等压的冷凝放热和汽化吸热过程。将绝热压缩过程移到了过热蒸气区，以取代在两相区的不安全，且效率低的湿压缩过程。利用节流机构取代了膨胀机，使设备大为简化。

? 在冷凝器中每kg工质放出的热量称单位质量工质制热量，简称单位制热量。在蒸发器

中每kg工质吸取的热量称单位质量工质制冷量，简称单位制冷量。每1kg工质压缩的功称单位质量工质耗功量，简称单位功。

? 布雷顿循环，亦称焦耳循环或气体制冷机循环。是以气体为工质的制冷循环，其工作过

程包括等熵压缩、等压冷却、等熵膨胀及等压吸热四个过程，这与蒸汽压缩式制冷机的四个工作过程相近，两者的区别在于工质在布雷顿循环中不发生集态改变。 ? 斯特林循环是由两个等温和两个等容过程组成。理想的斯特林循环能够与同温度范围内

的逆卡诺循环具有同样的制热性能系数。这种循环优于布雷顿热泵循环。 ? 吸收式热泵以热能为动力，利用二元或多元工质对实现循环过程，与蒸气压缩式热泵相

比，有如下特点：（1）可以利用各种热能驱动；（2）可以大量节约用电，平衡热电站的热电负荷；（3）吸收式热泵结构简单，运动部件少，安全可靠；（4）以水或氨等为制冷剂，其消耗臭氧潜能值ODP（Ozone Depletion Potential）和全球变暖潜能值GWP（Global Warming Potential）均为零，对环境和大气臭氧层无害；（5）吸收式热泵的性能系数低于蒸气压缩式热泵。

? 温差电热泵（又称热电热泵、珀尔帖热泵）是建立在珀尔帖效应的原理上的。当一块N

型半导体（电子型）和一块P型半导体（空穴型）联结成电偶，在这个电路中接上一个直流电源，并流过电流时，就发生能量的转移，在一个接头上放出热量，而在另一个接头上吸收热量。这种现象称为珀尔帖效应。

? CO2的临界温度接近环境温度，根据循环的外部条件，可实现三种循环：亚临界循环

（Subcritical Cycle）；跨临界循环（Transcritical Cycle）；超临界循环（Hypercritical Cycle）。

目前制冷、空调、热泵热水器等设备中采用的CO2循环形式，基本上都是跨临界循环方式。

常用公式 ?

热泵系统的性能主要用制热性能系数

?h来表示

有效制热量净输入能量

?h?（2-1）

逆卡诺循环的制热性能系数（制热系数）

?h?c? ?