多功能热泵技术

多功能热泵技术（精选三篇）

多功能热泵技术 篇1

一、多功能热泵的设计方案

本文设计的太阳能辅助多功能热泵系统的主要部件包括压缩机、两个套管换热器、节流机构-毛细管、一个室外风冷冷凝器、太阳能集热器、蓄热水箱、室内风机盘管、循环水泵以及其它附件, 系统通过制冷剂管路上不同截止阀的开启和关闭相互切换实现所需的工作模式, 该系统可实现夏季制冷兼制热水、冬季空气源热泵供暖、冬季太阳能辅助水源热泵供暖、全年热水供应以及太阳能热水器共六种功能。图1为多功能热泵系统的原理图。根据不同的季节, 切换制冷剂侧以及水侧循环环路阀门, 系统可实现上述六种功能。

单制冷循环/单制热循环 (逆箭头方向) 空气源热泵制热水循环太阳能辅助水源热泵循环/制冷兼制热水循环 (逆箭头方向) 1-汽液分离器2-压缩机3-四通换向阀4、9-套管换热器5-室内风机盘管6-干燥过滤器7-毛细节流管8-风冷换热器10-太阳能集热器11-蓄热水箱12-单向阀13、14-循环水泵15-膨胀定压罐V1~V6-电磁阀V7~V12-截止阀

二、多功能热泵各部件结构技术参数

多功能热泵系统实验台的建立, 是通过对一台1.5HP的小型空气源热泵热水器的改造完成的, 为了实现其夏季制冷和冬季供暖的目的, 将原有的制冷系统管路进行了重新设计改进, 增加了一个套管换热器和一些截止阀, 使制冷剂与来自风机盘管的循环水换热, 以增加制冷和供暖功能。实验系统主要部件的参数如表1所示。

三、制冷兼制热水功能的实验研究结果分析

制冷兼制热水功能是多功能热泵系统的一项重要功能, 在该功能下运行时, 系统既可以回收冷凝器排出的冷凝热, 制取生活热水, 又可以利用制冷剂在蒸发器中相变气化时, 将室内的余热带走, 提供夏季室内空调所需的冷量, 制冷兼制热水功能是废热回收利用的体现, 降低了常规家用空调夏季制冷时造成的室外热污染, 不仅节约了能量, 而且减少了污染, 保护了环境。在夏季房间需要空调, 而蓄热水箱中生活热水水温无法满足要求时, 系统切换至该功能, 本文设计使用的太阳能辅助多功能热泵系统根据风冷冷凝器风机的运行停止, 系统运行可以分为两个阶段:在蓄热水箱水温较低时, 仅开启循环水泵, 主要利用蓄热水箱中的低温水来实现制冷系统的冷凝, 当压缩机排气温度达到100℃, 或者压缩机排气压力达到2.0MPa时, 将室外的风机开启, 系统进入第二个运行阶段, 利用室外风冷冷凝器强制对流冷却, 增加了传热量, 对系统进行二次强化冷凝, 以提高制冷剂从冷凝器出来时的过冷度, 以保证室内的制冷效果, 水冷套管换热器仅起到了将压缩机排出的制冷剂过热蒸汽变成饱和蒸汽, 起到去过热度的作用, 这样既满足了生活热水的需求, 又为室内提供了较多的冷量, 保证室内的制冷需求。

图2是系统制冷量随运行时间变化曲线, 从图中可以看出, 整个实验过程中, 系统制冷量一直保持在较高水平, 尤其是风机开启以后, 制冷量平均为3, 500W, 较高的制冷量为满足室内的制冷需求提供了保证, 制冷量曲线反映出在制冷兼制热水的实验过程中, 由水冷套管换热器和风冷冷凝器组成的两级冷凝有较强的制冷能力, 取得较好的制冷效果。

图3是蓄热水箱热水得热量随运行时间的变化曲线, 在第一阶段内, 水箱得热量较多, 其平均值约为2, 250W, 较高的得热量也提高了热水加热速率, 在第二阶段, 风机开启以后, 由于压缩机排气温度的迅速下降, 套管换热器制冷剂侧入口的温度也随着降低, 使得热水温度和制冷剂温度间的温差减小, 蓄热水箱得热量迅速下降, 仅有100W左右, 热水的加热速率变得很缓慢, 此过程从125min开始一直持续到实验结束。

图4是系统运行过程中制冷COP随时间变化规律, 在整个实验运行阶段, 除了机组启动后的10min, 系统制冷COP值均高于2.5, 平均值为3.0, 在第一阶段, 系统制冷COP值在25min内上升至3.0, 之后持续运行了约50min, 第75min后, 虽然系统制冷量有所增加, 但由于热水温度的升高, 系统过冷度逐渐下降, 进入风冷冷凝器的液态制冷剂减少, 气态制冷剂增加, 压缩机功率的增加值大于制冷量的增加值, 制冷COP值降低至2.6, 风冷冷凝器风机启动后, 系统制冷COP值升至3.5, 之后呈缓慢下降趋势, 但在热水温度升至55℃, 制冷兼制热水功能实验结束时, 制冷COP值仍然有2.9。

四、结语

对制冷兼制热水功能的实验研究表明, 采用水冷套管换热器和风冷冷凝器相串联的两级冷凝系统, 在适当的时机开启风机, 可以有效地解决该功能在蓄热水箱内热水温度较高时, 系统制冷量不足以及制冷COP值下降的问题。在整个运行过程中, 系统取得了较好的制冷效果, 其制冷COP平均值为3.0, 生活热水的制备也可以在开机后运行两小时达到使用要求, 热水的制备速率在第一阶段要明显高于第二阶段, 同时由于热水温度已升至45℃, 套管换热器的冷却能力下降, 蓄热水箱的得热量减少, 热水加热速率放缓。系统压缩机在整个实验过程中均处于安全工作范围内, 这样也提高了压缩机使用寿命。

摘要：本文提出了一种太阳能辅助多功能热泵, 在热泵设计方案的基础上, 对一台空气能热泵热水器进行了改造, 结合相应的气候条件, 对其中的制冷兼制热水功能进行了试验研究, 结果表明, 改造后的多功能热泵在该功能下具有良好的制冷和制热水效果, 其制冷COP平均值在3.0以上, 制热水的效果也较为显著。

关键词：多功能热泵,太阳能辅助,制冷兼制热,COP

参考文献

[1] .吴国华.中国节能减排战略研究[M].北京:经济科学出版社, 2009

[2] .王革华.新能源——人类的必然选择[M].北京:化学工业出版社, 2010

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[4] .王振辉, 崔海亭, 郭彦书, 彭培英.太阳能热泵供暖技术综述[J].化工进展, 2007

[5] .李洪.多功能太阳能辅助空气源热泵系统研究[J].建筑节能, 2013

热泵技术实习报告 篇2

一、污水源热泵(1)污水源热泵系统第一代系统有防阻机(哈工大的专利)，因为第一代产品技术还不太成熟，产品有一定的瑕疵，根据用户反映运行效果也不太好，在这里就不再聱述了。第二代系统如图1所示，采用闭式污水源热泵系统，污水先通过流道式污水换热器将热量或冷量传递给清洁水(起中介导热作用，又称中介水)，中介水再进入热泵机组进行冷热量转换。全系统分为三个子系统：(1)污水开式子系统(2)中介水闭式子系统(3)末端循环水子系统。现在也已经有了第三代产品，就是污水直接进热泵机组(污水只是经过一下初过滤--全自动液体过滤器)，不再经过换热器，当然也没有换热器了。也许会有好多人担心污水会腐蚀、堵塞机组或者在机组中结垢，但请相信科学的发展，机组管路系统内壁涂有一种纳米涂层，能够有效的解决污水的腐蚀、堵塞、结垢问题。至于机组的寿命，厂家承诺的是15年，但现在还无可考证。污水源热泵工程的建设，除了需要按建筑用水量建设污水泵站蓄水池外，按单项建设一般可分为：(1)污水的取水和排水系统工程建设(2)水泵、换热器、热泵机组购置及安装，按工程需求量(3)热泵机房管线等安装建设(4)热泵站低压配电控制系统建设。(2)污水源热泵的优势.1、城市污水源热泵空调技术能实现冬季供暖、夏季空调、全年生活热水供应(很廉价的热水供应方案)、夏季部分免费生活热水供应。城市污水热泵空调是一项高新技术，具有节能、环保及经济效益，符合经济与社会的可持续性发展战略。

2、城市污水源热泵机组以污水为冷热源，冬季采集来自污水的低品位热能，借助热泵系统，通过消耗部分电能(1份)，将所取得的能量(大于4份)供给室内取暖；在夏季把室内的热量取出，释放到水中，以达到夏季空调的目的。它有以下特点：(1)环保效益显著城市污水源热泵是利用了污水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统，实习报告《热泵技术实习报告》。供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染。不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，环境效益显著。(2)高效节能冬季，污水温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季污水温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。(3)运行稳定可靠污水的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。(4)一机多用，应用范围广此热泵系统可供暖、空调，生活热水供应(夏季免费)等。一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。

二、地源热泵(1)地源热泵系统的设计该系统设计的关键是在打井数(地埋管长度)的确定上，而地埋管的设计需要建筑的冷负荷、热负荷。地埋管在夏季向土壤的散热量为建筑物总的冷负荷值，热泵机组的功率以及设备的散热量之和；冬季从土壤中吸收的热量为建筑物的总热负荷与热泵机组功率的之差，故夏季散热量远大于冬季，初步确定应按照夏天的最不利工况进行计算。根据经验值夏天的单位孔深的传热量为60-70w/m.而打井的具体深度就应该根据当地地质条件来定了。尤其要注意的是，在施工前一定要做该地区土壤的热响应试验。(2)地埋管的布置考虑现场可用地表面积、当地土壤类型以及钻孔费用，确定地埋管采用垂直竖井布置，还是水平布置。根据埋管方式不同，垂直埋管大致有3种形式：(1)U型管(2)套管型(3)单管型。本工程采用每个竖井中布置单U型管。因套管型的内、外管中流体热交换时存在热损失，单管型的使用范围受水文地质条件的限制。而U型管应用最多，管径一般在50mm以下，埋管越深，换热性能越好，其中使用最普遍的是每个竖井中布置单U型管。地下热交换器中流体流动的回路形式有串联和并联两种，串联系统管径较大，管道费用较高，并且长度压降特性限制了系统能力。并联系统管径较小，管道费用较低，且常常布置成同程式，当每个并联环路之间流量平衡时，其换热量相同，其压降特性有利于提高系统能力，因此，本次工程中采用并联同程式。管材选用的是聚乙烯(pE)管材。(3)土壤热泵中央空调的优势1.技术成熟：本系统在北欧、北美已普遍应用近30年，技术成熟、可靠。2.运行节能：土壤源热泵夏季冷凝温度比风冷热泵低。冬季利用地下土壤热量供热比风冷热泵COp(能效比)值高出40%左右，运行费用可降低30-40%。3.运行安全可靠：基本不受环境气温的影响：系统简单，省去冷却塔等部件的维护工作，可稳定持续地供冷供热。4.利于环保：系统全部为闭式循环，不会造成地下水的污染；即无直燃机的二氧化碳排放，又无风冷机的噪音污染，运行安静、占地面积小，布置灵活，不影响建筑外观。5.一机多用：既可制冷又可制热，尚可供应生活热水。6.土壤源热泵机组放置在封闭机房内，机组噪声和机组的检修对住户干扰最少。7.使建筑物成为环保型低消耗建筑，符合国际发展趋势。(4)土壤源热泵系统示意图

三、水源热泵(一)水源热泵简介水源热泵是一种利用地下浅层、地热资源(包括地能、地下水、土壤或地表水等)的即可供热，又可供冷的高效节能的空调系统。水源系统分为地下、地表和土壤源三种形式，土壤源即俗称的地埋管，可以平行布置，也可垂直布置。地下水源分为直接和间接的两种形式，直接的就是经过水源热泵系统回地下，间接的就是经过换热器返回地下水源。水源热泵是一个针对现场的实际情况来选择的空调系统，首先，如果我们想推水源热泵机组，我们就应该了解使用空调的这个地方的水源的条件，水量是否充足，水温是否适度，水质适宜，供水稳定，回灌顺畅，也就是水质、水温和水量，必须对这个作详细的了解，才能针对项目推水源热泵系统。如果有水资源管理部门，需要咨询的主要问题：

1、水文地质条件

2、单井出水量和回灌量

3、水质分析数据

4、水温变化数据

浅谈地源热泵技术 篇3

【摘 要】地源热泵（Ground Source Heat Pump）技术是利用大地作为低位热源，通常是利用地球表面浅层水源如地下水、河流、湖泊中吸收的太阳能和地热能，并应用热泵原理，对建筑物进行冬季供暖、夏季制冷。

【关键词】地源热泵；热泵原理；冬季供暖；夏季制冷

0.前言

随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，供热和空调已成为普通百姓的基本需求。热泵是一种在技术和经济上都有较大优势的解决供热问题的替代手段，同样作为一种清洁用能手段，与直接把电能转换为热能的电锅炉相比，采用热泵空调系统供热的电耗仅为前者的1/3～1/4，可以大大节省运行费用。热泵还科技兼顾生活热水供应，特别是在制冷工况下可利用制冷的废热加热热水，不需要额外消耗能量。

1.地源热泵的定义及原理概述

地源热泵（Ground Source Heat Pump）技术是利用大地作为低位热源，通常是利用地球表面浅层水源如地下水、河流、湖泊中吸收的太阳能和地热能，并应用热泵原理，对建筑物进行冬季供暖、夏季制冷。

地球表面浅层水源如深度在100米以内的地下水、地表的河流、湖泊和海洋中，吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并且温度一般都相对稳定。地源热泵机组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源或土壤中蓄存起来，而冬季，则从水源或土壤中提取能量供给建筑物使用。其可以分为地下水热泵（groundwater heat pump ，GWHP）、地表水热泵（surface water heat pump，SWHP）和地耦合热泵（ground-coupled heat pump ，GCHP）， 地耦合热泵系统即通常所说的地埋管地源热泵系统。下文中的地源热泵系统就是指以地下土壤为热源的地埋管地源热泵系统。

地源热泵技术主要利用地层深处温度常年维持不变和蓄能的特点，在冬季，地下岩土的温度比周围环境空气的温度要高很多，所以我们将地能作为供暖的热源，通过热泵机组从地下提取热量 ，同时存储冷量供夏季使用；相反，在夏季，地下岩土的温度比周围环境空气的温度要低很多，我们又将地能作为空调的冷源，从地下提取冷量，同时存储热量供冬季使用，如此通过埋入地下的换热器与大地进行冷热交换，从而实现建筑空调和供热的目的。

2.地源热泵的优势

（1）传统的空调系统不论是水冷还是风冷，由于它的换热器必须置于暴露的空气中，因此会对建筑造型造成不好的影响，破坏建筑的外观；而地源热泵把换热器埋于地下，且远离主建筑物，故不会对其造型产生影响。

（2）风冷换热器与水冷换热器的换热环境均为大气，故不可避免地受到环境条件变化的影响，会明显降低换热效率；而地源热泵换热器是和大地换热，换热对象是Im以下的地层，其初始温度大约等于年平均温度，基本不受外界环境的影响。这种温度特性使地源热泵比传统空调运行效率要高40%-60%。地源热泵系统能充分利用蕴藏于土壤和湖泊中的巨大能量，循环再生，实现对建筑物的供暖和制冷。因而运行费用较低。地源热泵比风冷热泵节能40%，比电采暖节能70%。比燃气炉效率提高48%。所需电费制冷季比一般热泵空调减少50%。

（3）地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。 地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年。

（4）地源热泵系统在运行中无需燃烧，因此不会产生有毒气体，也不会发生爆炸。

（5）由于地源热泵系统的供冷、供热更为平稳，一年四季任何时间都可以随时提供空调，可以随意设定室内温度，达到五星级要求。降低了停、开机的频率和空气过热和过冷的峰值。这种系统更容易适合供冷、供热负荷的分区。

（6）普通空调对环境的影响是很严重的.它不仅对臭氧层造成严重的破坏和产生令人难以忍受的噪声，还由于夏季将废热排入大气，冬季吸收大气中的热量而使大气、住宅周围的环境更加恶劣；而地源热泵可以利用大地的蓄热能力，把夏季多余的排人大地的热能在冬季取用，把冬季多余的冷能在夏季取用，以达到冬夏两季室内的供暖与供冷。同时该装置的运行几乎没有排放物和废弃物，所以不仅对大气没有影响，还能使大地不至于过冷和过热。

（7）对于热泵来说，缩小了热源与热汇间的温度差，这就保证了地源热泵系统能具有较高的性能系数（COP），地源热泵系统有效地克服了空气源热泵的技术障碍，并且效率大大提高。此外，地源热泵系统还具有噪音低、节省建筑空间不需冷却塔及室外风冷部分、占地面积少、无污染物排放、不抽取地下水、运行及维修费用低、寿命长等许多优点。

3.地源热泵的应用

地源热泵系统的能量来源于地下能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“ 绿色空调 ”。被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。通过对普通的地源热泵机组研究，对系统流程进行了改进，使普通的地源热泵机组在供热或制冷的同时，供应生活热水，做到一机多用，节约初投资。