《廣義熱泵論》闡述了狹義熱泵概念的歷史成因,以及與之相對(duì)應(yīng)的廣義熱泵概念提出的必然,并在廣義熱泵概念之下,將通常的空調(diào)制冷技術(shù)理論,與熱泵技術(shù)理論有機(jī)地揉合在一起,統(tǒng)而論之,名曰《廣義熱泵論》。
《廣義熱泵論》共15章,以電力驅(qū)動(dòng)的蒸氣壓縮式熱泵為基本內(nèi)容。第1~3章敘述了熱泵定義,熱泵分類(lèi),熱泵熱源與工質(zhì),蒸氣壓縮式熱泵的熱力學(xué)基礎(chǔ)與熱泵機(jī)組構(gòu)成的基本器件。第4~6章分別敘述了大氣/空氣源熱泵,(含大氣一空氣熱泵、空氣一空氣熱泵及大氣一水熱泵);水源熱泵(含水一空氣熱泵及水一水熱泵),以及直接式地埋管熱泵等。第7章敘述了熱泵的輸出調(diào)節(jié)(含電機(jī)調(diào)速及壓縮機(jī)內(nèi)設(shè)調(diào)節(jié)裝置兩種方式),以及熱泵的冷熱功能轉(zhuǎn)換(含利用四通換向閥與利用外部水關(guān)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)兩種方式)。第8章敘述了水源熱泵系統(tǒng)的定義、構(gòu)成及分類(lèi)。第9~15章分別敘述了各類(lèi)水源熱泵系統(tǒng):地埋管熱泵系統(tǒng),地下水源水源熱泵系統(tǒng),地表水源水源熱泵系統(tǒng),城市污水源水源熱泵系統(tǒng),城鎮(zhèn)污水處理廠再生水源水源熱泵系統(tǒng),火電廠冷卻水源熱泵系統(tǒng),以及水環(huán)熱泵系統(tǒng)等的構(gòu)成及應(yīng)用。
在威爾金森(Wllkinson.P)所著《百大發(fā)明》-書(shū)中,電冰箱榜上有名。電冰箱的核心其實(shí)是制冷機(jī),制冷機(jī)的發(fā)展迄今已百余年。早在1834年,美國(guó)波爾金斯(Per-kins)發(fā)明了第一臺(tái)以乙醚為制冷劑的蒸氣壓縮式制冷機(jī)。1859年法國(guó)人卡列(Carre)發(fā)明了氨一水吸收式制冷機(jī)。1875年卡列(Carre)和林德(I.inde)發(fā)明了以氨作為制冷劑的氨蒸氣壓縮式制冷機(jī),成為現(xiàn)代壓縮式制冷機(jī)的發(fā)端。由于天然冷源及其作用十分有限,而制冷機(jī)又是人工冷源的唯一選擇,因此深受重視并不斷發(fā)展。之后,于20世紀(jì)30年代始逐步改用氟利昂制冷劑,20世紀(jì)80年代末始逐步使用無(wú)氯氟利昂的制冷劑。制冷機(jī)的核心設(shè)備壓縮機(jī)也在活塞式之外先后發(fā)明了離心式、螺桿式、滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式及渦旋式等。
制冷機(jī)的原理是,在某種動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下——使熱由低溫側(cè)傳至高溫側(cè),在低溫側(cè)由于熱的失去而達(dá)到制冷的目的,而傳至高溫側(cè)的熱被冷卻水或空氣帶走而未加利用。
其實(shí),制冷機(jī)高溫側(cè)因熱的獲得而產(chǎn)生的制熱效應(yīng),也應(yīng)該是可以利用的,這一點(diǎn)在1824年法國(guó)人卡諾(S.Carnot)發(fā)表的逆卡諾循環(huán)理論中已有原則揭示。而在1854年初開(kāi)爾文(L.Kelvin)也曾提出:冷凍裝置可以用于加熱。
冷凍裝置在用于加熱時(shí),通常被稱(chēng)作熱泵。
熱泵的高溫側(cè),在為空調(diào)等用戶(hù)供熱時(shí),其低溫側(cè)用于制冷,或單純?yōu)闊岜玫墓徇\(yùn)行提供熱的來(lái)源,即所謂的低溫?zé)嵩础?br> 根據(jù)逆卡諾循環(huán)理論,熱泵在制熱時(shí)有著較高的能效,其制熱系數(shù)永遠(yuǎn)大于1,且在某些場(chǎng)合要遠(yuǎn)大于1。
但是,由于熱可以用柴草、煤炭及油、氣的燃燒比較方便地取得,不必斥資購(gòu)置精密的“制冷機(jī)”,并耗費(fèi)在當(dāng)時(shí)而言仍比較寶貴的電能。長(zhǎng)期以來(lái),制冷機(jī)的制冷功能在生產(chǎn)及生活的各項(xiàng)領(lǐng)域——包括空調(diào)冷源在內(nèi),應(yīng)用廣泛。而其制熱功能的應(yīng)用,要滯后和少了許多。20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)之后,人們才開(kāi)始對(duì)能效相對(duì)較高,可以利用低品位、可再生能源的“制冷機(jī)”供熱——熱泵,重視起來(lái)。
正所謂存在決定意識(shí),制冷技術(shù)理論歷經(jīng)百余年的發(fā)展,已十分全面系統(tǒng)。而對(duì)于熱泵則鮮有完整的論述。在我國(guó),20世紀(jì)80年代之后,才在制冷技術(shù)的教科書(shū)或工具書(shū)中附加熱泵章節(jié),或另出專(zhuān)著。而這些附加的熱泵章節(jié)或熱泵專(zhuān)著,重點(diǎn)均在于論述其制熱功能。這就在理論著述和習(xí)慣上形成了一個(gè)狹義的熱泵概念,即以制冷為目的時(shí)稱(chēng)為制冷機(jī),以制熱為目的或制熱、制冷雙功能時(shí)才稱(chēng)為熱泵。其時(shí),熱泵稱(chēng)謂的實(shí)質(zhì)在于熱從低溫側(cè)向高溫側(cè)的泵送——提升與傳輸,而不應(yīng)在于其是否用于制熱。熱泵在運(yùn)行時(shí),制冷與制熱兩種效應(yīng)同時(shí)并存。在工程應(yīng)用中,或用其制冷,或用其制熱,或制冷與制熱按需(或季節(jié))輪換,或制冷與制熱同時(shí)進(jìn)行。在應(yīng)用其制冷時(shí),通常稱(chēng)為制冷機(jī)。但制冷機(jī)也是熱泵的一種,是用于制冷的熱泵。相對(duì)而言,這是一種廣義的熱泵概念。為還熱泵的本來(lái)面目,應(yīng)該在暖通空調(diào)領(lǐng)域內(nèi)確定這種廣義的概念,并且在該概念的指導(dǎo)下,進(jìn)行熱泵理論的詮釋與著述。因?yàn)槟欠N歷史形成的、狹義概念之下的制冷機(jī)與熱泵分割開(kāi)的論述方式,難免出現(xiàn)重復(fù)、銜接不順,以及含混之弊病。
鑒于上述,作者意在廣義熱泵概念的指導(dǎo)下,將通常的制冷技術(shù)理論和相關(guān)的熱泵論述,有機(jī)地揉合在一起,統(tǒng)而論之,名日《廣義熱泵論》。
本書(shū)內(nèi)容主要在于:一是構(gòu)建起廣義熱泵的框架體系,擬定章節(jié),編排內(nèi)容;二是選擇、斟酌、推敲定義及用語(yǔ),以適應(yīng)廣義熱泵概念的要求。十分幸運(yùn),國(guó)內(nèi)外的業(yè)界學(xué)者已在其空調(diào)制冷技術(shù)以及熱泵的理論著述中,從理論基礎(chǔ)、設(shè)備構(gòu)造、系統(tǒng)組成以及實(shí)際應(yīng)用等各方面,均做出了較為充足的儲(chǔ)備。作者則需按照廣義熱泵的概念,借助前人的理論基礎(chǔ),完成著述編寫(xiě)的任務(wù)。全書(shū)共15章,內(nèi)容包括了熱泵理論基礎(chǔ)、熱泵分類(lèi)、熱泵功能、熱泵冷熱量輸出調(diào)節(jié)及功能轉(zhuǎn)換以及水源熱泵系統(tǒng)等。
按照工作原理,熱泵可以分為蒸氣壓縮式、蒸汽噴射式及吸收式等。蒸氣壓縮式熱泵還有電力驅(qū)動(dòng)、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)等。限于篇幅,本書(shū)僅以暖通空調(diào)領(lǐng)域內(nèi)的、應(yīng)用最為廣泛的、電力驅(qū)動(dòng)的蒸氣壓縮式熱泵作為基本內(nèi)容。
限于作者水平,且因在廣義熱泵的概念及其學(xué)術(shù)用語(yǔ)等方面無(wú)先例可循,疏漏之處在所難免,歡迎批評(píng)指正。對(duì)為本書(shū)提供寶貴理論支持的各位學(xué)者,對(duì)參與本書(shū)文稿打字、插圖繪制及編排做出貢獻(xiàn)的同志們,對(duì)協(xié)助完成電子稿件編排和調(diào)整的我的女兒肖雋一并表示感謝!
肖蘭生 張瑞芝
2016年5月27日
肖蘭生,1938年5月生,大學(xué),中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院有限公司暖通空調(diào)專(zhuān)業(yè)顧問(wèn)總工程師,教授級(jí)高級(jí)工程師,國(guó)家公用設(shè)備(暖通)注冊(cè)工程師。
張瑞芝,1938年6月生,大學(xué),中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院有限公司暖通空調(diào)專(zhuān)業(yè)高級(jí)工程師,國(guó)家公用設(shè)備(暖通)注冊(cè)工程師。
第1章 概論
1.1 熱泵定義
1.2 熱泵的熱源
1.2.1 熱泵熱源的一般要求
1.2.2 常用熱源
1.3 熱泵工質(zhì)及冷熱媒介
1.3.1 熱泵工質(zhì)
1.3.2 冷熱媒介
1.4 熱泵機(jī)組的分類(lèi)
1.4.1 按工作原理分類(lèi)
1.4.2 按配置的蒸氣壓縮機(jī)形式分類(lèi)
1.4.3 按動(dòng)力分類(lèi)
1.4.4 按功能分類(lèi)
1.4.5 按熱源或熱源端媒介以及負(fù)荷端媒介的組合分類(lèi)
第2章 蒸氣壓縮式熱泵機(jī)組的熱力學(xué)基礎(chǔ)
2.1 蒸氣壓縮式熱泵機(jī)組的典型流程
2.2 逆卡諾循環(huán)
2.3 蒸氣壓縮式熱泵的理論循環(huán)
2.4 雙級(jí)壓縮模式
2.5 準(zhǔn)雙級(jí)壓縮模式
2.6 三級(jí)壓縮模式
2.7 熱回收模式
2.8 冰蓄冷模式
2.8.1 全量蓄冷與非全量蓄冷
2.8.2 間接式冰蓄冷的系統(tǒng)形式
2.8.3 冰蓄冷系統(tǒng)的主要設(shè)備
2.9 “自由冷卻”模式
2.1 0熱泵的能效指標(biāo)
2.1 0.1 熱泵的性能系數(shù)COP(CoefficientofPerformance)
2.1 0.2 熱泵機(jī)組的能效比EER(EnergyEfficiencyRatio)
2.1 0.3 熱泵(冷水機(jī)組)的綜合部分負(fù)荷性能系數(shù)IPLV(IntegratedPartLoad
Value)
2.1 0.4 冷水機(jī)組的季節(jié)部分負(fù)荷性能系數(shù)SPLV(SeasonalPartI.oad
Value)
2.1 0.5 房間空調(diào)器的能效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)SEER、HSPF及APF
2.1 0.6 多聯(lián)式空調(diào)機(jī)的能效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
第3章 蒸氣壓縮式熱泵機(jī)組的主要器件
3.1 熱泵的壓縮機(jī)
3.1.1 壓縮機(jī)的分類(lèi)
3.1.2 各種壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特征
3.2 冷凝器
3.3 蒸發(fā)器
3.4 冷凝/蒸發(fā)器
3.5 節(jié)流機(jī)構(gòu)
第4章 大氣/空氣源熱泵機(jī)組
4.1 大氣源的特點(diǎn)
4.2 大氣源熱泵的補(bǔ)充加熱
4.3 關(guān)于“風(fēng)冷北擴(kuò)
4.4 大氣一空氣熱泵機(jī)組
4.4.1 整體式空調(diào)機(jī)組
4.4.2 分體式機(jī)組
4.5 空氣一空氣熱泵機(jī)組
4.6 大氣一水熱泵機(jī)組
4.6.1 整體式大氣一水熱泵機(jī)組示例
4.6.2 模塊式大氣一水熱泵機(jī)組
4.6.3 熱回收機(jī)組示例
4.6.4 低環(huán)境溫度機(jī)組示例
第5章 水源熱泵機(jī)組
5.1 水一空氣熱泵機(jī)組
5.1.1 水冷單元式空調(diào)機(jī)
5.1.2 水源熱泵空調(diào)機(jī)
5.1.3 水源多聯(lián)式空調(diào)機(jī)
5.2 水一水熱泵機(jī)組
5.2.1 整體式水一水熱泵機(jī)組示例
5.2.2 模塊式水一水熱泵機(jī)組示例
5.2.3 熱回收式水冷冷水機(jī)組
第6章 直接式地埋管地源熱泵機(jī)組
第7章 熱泵的輸出調(diào)節(jié)及功能轉(zhuǎn)換
第8章 水源熱泵系統(tǒng)
第9章 地埋管熱泵系統(tǒng)
第10章 地下水源熱泵系統(tǒng)
第11章 地表水源熱泵系統(tǒng)
第12章 城市污水源熱泵系統(tǒng)
第13章 城鎮(zhèn)污水處理廠再生水源熱泵系統(tǒng)
第14章 火電廠冷卻水源熱泵系統(tǒng)
第15章 水環(huán)熱泵系統(tǒng)
參考文獻(xiàn)