空气热源热泵单元的设计 毕业论文

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1、1概述１.１热泵技术发展史随着工业革命的发展，19世纪初，人们对能否将热量从温度较低的介质“泵”送到温度较高的介质中这一问题发生了浓厚的兴趣。英国物理学家J.P.Joule提出了“通过改变可压缩流体的压力就能够使其温度发生变化”的原理。1854年，W.Thomson教授（即大家熟知的LordKelvin勋爵）发表论文，提出了热量倍增器（HeatMultiplier）的概念，首次描述了热泵的设想。当时，热泵供暖的对象主要是民用，供暖需求总量小，特别是对取暖方式及其对环境的影响尚没有足够的意识。人们取暖的方式主要是燃煤和木材，因而，热泵的发展长期明显滞后于空调的发展。上世纪30年

2、代，随着氟利昂制冷机的发展，热泵有了较快的发展。特别是二战以后，工业经济的长足发展带来的对供热的大量需求及相对能源短缺，促进了大型供热及工业用热泵的发展。1973年的全球性能源危机，进一步促进了热泵在全世界范围内的发展。但热泵在世界范围内的大规模商业应用是最近20年的事，如美国，截止1985年全国共有14，000台地源热泵，而1997年就安装了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10％的速度稳步增长。我国是在最近四、五年之内，热泵才得到了快速发展，主要是集中在经济发达的两个三角洲地区。全国有山东、浙江宁波、江苏个别厂商也在制造热泵热水器，在广东形成了

3、生产规模，有批量出口，形成了产业链。最近又有不少地方在研制和制造热泵，在质量方面也有了突破性的发展。　　　　34１.２热泵优势当前，我们在使用能源中存在着许多不合理的现象，造成了极大的浪费。其中最突出的浪费是对能源没有“量才而用”，普遍地把煤炭、石油、天然气等高质能源“降级使用”。而热泵是一种能使热量从低温物体转移到高温物体的能量利用装置。恰当地运用热泵可以把那些不能直接利用的低温能变为有用的热能。具有显著的节能效果。热泵具有以下良好性能:1、高效率在说明这个问题之前，我们先举个例子，假设冬季取暖要求维持室温在20℃左右。如果直接用电热加热器取暖，在用能上是最大的浪费。因为，

4、电热器虽然能将电能全部转换成热能，1KW.h也只能产生3600KJ的热。如果采用电动热泵，由于致热系数远大于1，因此可以向室内提供耗电量几倍热量。例如，如果室温为20℃，室外气温为5℃，设他们与工质的传热温差为5℃，则设热泵的有效系数为0.6，则实际致热系数与电热相比，消耗同等量的电能放出的热量大约为电热放出的5倍左右这说明利用热泵可以提供消耗电力5倍多的热量。或者说，在提供相同热量的情况下，可以节约80％的电力。２、环境问题虽然制冷剂选择的是R22，对空气中的臭氧有一定的破坏力，也就是说对空气有污染，但是如果严格控制好它的密封性的话，那么它所泄漏的制冷剂R22可以忽略不计，

5、也就是说对空气基本上是没有污染的。而对于其它的，特别是依靠燃烧来取暖，它所放出气体对环境的污染绝对要远远大于热泵所造成的污染。所以说，空气热源热泵环境友好度还是不错的。　　　　34１.３热泵工作原理及结构热泵是通过消耗一部分高品质的能量把热量从低温热源转移到高温热源中的一种装置。转移到高温热源中的热量包括消耗的高品质热量和从低温热源中吸收的热量。在上个世纪初，科学家就提出了热泵的工作原理，为人类使用低温热源指出了方向，目前热泵技术在世界上也已经有了许多方面的应用，国内的应用主要在冷热双效空调产品中，即以室外空气为热源对室内空气进行加热，以达到节能的目的。热泵不是热能的转换设备

6、，而是热量的搬运设备。空气热源热泵就是根据热泵原理及技术设计研发的一种制热设备。它就是通过消耗少部分电能，把外界空气中的热量转移到热泵低温空气当中。它利用逆卡诺循环原理，以制冷剂R22为媒介，通过压缩机的做功，实现低温热能向高温热能的搬运。压缩机排出的高温高压的制冷剂气体在冷凝器冷凝成液体，同时放出大量的冷凝热，冷凝热被热泵中的低温空气吸收，使得热泵中的空气的温度得以升高，制冷剂液体经过节流元件以后压力大幅降低，在蒸发器中吸热蒸发，蒸发所需热量全部来自于空气，全部蒸发完毕的低压制冷剂气体被压缩机吸入，通过压缩机做功后，变成了高温高压的制冷剂气体，重新由压缩机排气口排出，如此往

7、复循环。转移到高温热源中的热量包括消耗的高品质热量和从低温源中吸收的热量。 通过这个过程我们可以进一步看到，热泵不是热能的转换设备而是热量的搬运设备，因此热泵制热的效率不受能量转换效率(100%为其极限)的制约，而是受到逆向卡诺循环效率的制约，这就是其制热系数可以达到300～500%甚至更高的原因。一台压缩式热泵装置，主要有蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量）→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到暖房中的空气（如图所