熱泵與中央空調節(jié)能技術

前言

　　隨著我國國民經濟的持續(xù)快速發(fā)展，能源的供需矛盾日益尖銳，利用可再生能源及提高能源利用率具有重要的意義。地熱能、太陽能、風（熱）能這些低品位能源的溫度與人類生存需求的舒適性環(huán)境溫度比較接近，采用熱泵技術很容易將其轉化為居住環(huán)境直接利用的能量，并在運行中提高轉換效率。在供熱、供冷同時又供應生活熱水的應用過程中，高效、合理、穩(wěn)定地利用這些容易再生的低品位能源，對節(jié)約能源、提高能源綜合利用率都是一種科學的能源利用觀念。提高熱泵與中央空調系統的能源綜合利用率，科學、客觀、方便地對初步設計方案和運行結果進行相應的科學評估與評價是產品開發(fā)、工程設計、過程管理人員一直努力追求的目標。近幾年，熱泵技術在中央空調領域得到了空前的發(fā)展和運用，涌現出了許多運行穩(wěn)定可靠、節(jié)能效果明顯的實用技術。結合近幾年我們的科研成果和工程實踐經驗，并積極了解和總結熱泵與中央空調領域的新技術和研究成果，從產品開發(fā)、生產、工程實踐服務出發(fā)編寫此書，力求所述技術實用、解決實際問題、拓寬管理與工程技術人員的知識面，有助于從事熱泵產品開發(fā)、工程設計和工程管理人員，從事節(jié)能工作的人員等積極運用節(jié)能技術、熱泵技術及中央空調領域的綜合新技術。我們衷心希望本書能對讀者在熱泵及中央空調領域的學習和工作有所啟迪和促進。　　《熱泵與中央空調節(jié)能技術》是“工業(yè)設備節(jié)能技術叢書”的一個分冊，全書共分10章，包括基礎理論、主機優(yōu)化技術、工程實施技術、節(jié)能管理與評價四個部分，基本涵蓋熱泵與中央空調技術的各個方面，是熱泵與中央空調主機設計、系統設計、主機制造、工程管理、運行管理人員必須具有的系統知識。本書在對常規(guī)技術介紹的同時，重點對近幾年熱泵和中央空調領域的實用新技術進行了講解，并特別介紹了自復疊壓縮、三維設計在主機設計中的應用，以及數碼渦旋、復合蓄能技術、蓄能除濕技術等新技術。本書首次公開介紹了作者近幾年的研究成果：大地耦合獨立循環(huán)水環(huán)式水源熱泵系統、地板輻射采暖VRV熱泵中央空調系統、以CAPC為主要評估指標的中央空調能源消耗評估體系等，首次提出了形式節(jié)能、優(yōu)化節(jié)能、管理節(jié)能等概念，以及三個方面同時實現的系統才是一個節(jié)能系統的“系統節(jié)能”概念。書中明確闡述了蒸氣壓縮式熱泵系統整體節(jié)能優(yōu)化方向：提高蒸發(fā)溫度、降低冷凝溫度、盡量減少系統輔機輸入功率、力求實現系統的總輸入功率能夠根據系統冷熱負荷的變化呈直線比例變化等。上述新技術、新方法、新思想對豐富熱泵與中央空調的技術體系，實現熱泵與中央空調系統的節(jié)能具有一定的現實意義。全書的特點是：“系統、實用”，適應工程技術人員和管理人員的需求。

內容概要

本書是“工業(yè)設備節(jié)能技術叢書”的一個分冊，全書共分10章，包括熱泵與制冷基礎理論、主機優(yōu)化技術、工程實施技術、節(jié)能管理與評價四個部分，在對常規(guī)技術介紹的同時，重點對熱泵和中央空調領域的實用新技術進行了講解，并特別介紹了自復疊壓縮、三維設計在主機設計中的應用、數碼渦旋、復合蓄能技術、蓄能除濕技術等新技術。本書內容“系統、實用”，適應工程技術人員和管理人員的需求。     本書可供熱泵和中央空調產品開發(fā)、工程設計和工程管理人員使用，也可供從事節(jié)能工作的相關人員參考。

書籍目錄

1　熱泵與制冷基礎理論　1.1　熱泵與制冷的歷史 　　1.1.1　制冷技術的歷史 　　1.1.2　熱泵技術的歷史 　　1.1.3　土壤源熱泵技術的歷史 　　1.1.4　水源熱泵技術的歷史 　　1.1.5　空氣源熱泵和空調冷凝熱回收 　1.2　熱泵與制冷理論循環(huán) 　　1.2.1　液體汽化熱泵與制冷 　　1.2.2　氣體膨脹制冷 　　1.2.3　渦流管制冷 　　1.2.4　熱電制冷 　　1.2.5　其他制冷技術 　　1.2.6　制冷方法的選擇 　1.3　壓縮式熱泵與制冷循環(huán)的設計參數 　　1.3.1　冷凝溫度的確定 　　1.3.2　蒸發(fā)溫度的確定 　　1.3.3　壓縮機吸氣溫度的確定 　　1.3.4　節(jié)流前液態(tài)工質過冷溫度的確定 　參考文獻 2　蒸氣壓縮式熱泵與制冷循環(huán)形式 　2.1　單級蒸氣壓縮式熱泵與制冷的循環(huán)形式 　　2.1.1　過冷循環(huán) 　　2.1.2　過熱循環(huán) 　　2.1.3　回熱循環(huán) 　2.2　雙級壓縮熱泵和制冷循環(huán) 　　2.2.1　采用雙級壓縮熱泵和制冷循環(huán)的目的 　　2.2.2　雙級壓縮熱泵和制冷循環(huán) 　　2.2.3　雙級壓縮熱泵和制冷循環(huán)中間壓力的確定 　2.3　復疊式壓縮熱泵和制冷循環(huán) 　　2.3.1　復疊式壓縮熱泵和制冷循環(huán)系統的組成 　　2.3.2　復疊式壓縮制冷循環(huán)參數和工質的確定 　　2.3.3　自復疊式壓縮制冷循環(huán)的熱力計算 　2.4　壓縮式熱泵與制冷循環(huán)中工質的選擇 　　2.4.1　工質選擇的原則 　　2.4.2　工質對熱泵和制冷系統的經濟性影響 　　2.4.3　非共沸混合工質對熱泵和制冷系統的經濟性影響 　參考文獻 3　熱泵與制冷裝置仿真優(yōu)化設計 　3.1　最優(yōu)化方法簡介 　　　3.1.1　最優(yōu)化問題的數學模型 　　3.1.2　最優(yōu)化問題的求解方法 　　3.1.3　多目標優(yōu)化設計方法 　　3.1.4　現代優(yōu)化計算方法 　3.2　熱泵和制冷裝置建模仿真 　　3.2.1　壓縮機模型優(yōu)化 　　3.2.2　毛細管 　　3.2.3　冷凝器模型 　　3.2.4　蒸發(fā)器模型 　　3.2.5　圍護結構動態(tài)熱負荷模型 　　3.2.6　工質物性計算 　　3.2.7　單級蒸氣壓縮制冷系統的仿真算法 　3.3　熱泵和制冷裝置仿真優(yōu)化設計的實例 　　3.3.1　三維設計軟件的應用 　　3.3.2　仿真優(yōu)化軟件的應用實例 　參考文獻 4　熱泵空調系統中主機設備節(jié)能技術 　4.1　制冷壓縮機的型式及選型 　　4.1.1　制冷壓縮機的型式 　　4.1.2　壓縮機的選型 　4.2　制冷壓縮機的能量調節(jié) 　　4.2.1　活塞式制冷壓縮機的能量調節(jié) 　　4.2.2　滾動轉子式制冷壓縮機的能量調節(jié) 　　4.2.3　渦旋式制冷壓縮機的調節(jié)方式 　　4.2.4　螺桿式制冷壓縮機的能量調節(jié) 　　4.2.5　離心式制冷壓縮機的能量調節(jié) 　4.3　制冷壓縮機的節(jié)能 　4.4　冷凝器的選擇與節(jié)能 　　4.4.1　冷凝器的類型 　　4.4.2　冷凝器的節(jié)能 　4.5　蒸發(fā)器的選擇與節(jié)能 　　4.5.1　蒸發(fā)器的類型 　　4.5.2　蒸發(fā)器的節(jié)能 　4.6　節(jié)流裝置的選擇與節(jié)能 　4.7　整機設備的節(jié)能優(yōu)化與選擇 　　4.7.1　各種類型的冷水機組 　　4.7.2　冷水機組的選擇 　參考文獻 5　蓄能空調節(jié)能技術 　5.1　蓄能空調技術概述 　5.2　水蓄冷空調系統 　5.3　冰蓄冷空調系統 　　5.3.1　冰蓄冷設備 　　5.3.2　冰蓄冷空調系統概述 　　5.3.3　復合冰蓄冷空調系統 　5.4　其他蓄能空調系統 　　5.4.1　共晶鹽蓄能空調系統 　　5.4.2　蓄能除濕空調系統 　參考文獻 6　太陽能制冷與熱泵空調節(jié)能技術 7　水源熱泵節(jié)能技術8　空氣源熱泵節(jié)能技術9　熱泵中央空調系統的節(jié)能運行與保養(yǎng) 10　熱泵中央空調系統技術經濟評價指標與節(jié)能運行 參考文獻

章節(jié)摘錄

　　土壤源熱泵的研究在國外大致可分為三個大階段：　　第一階段，1912年，瑞士人佐伊利（H.Zoelly）提出了利用土壤作為熱泵熱源的專利設想，這一階段主要是對土壤源熱泵進行了一系列基礎性的實驗研究；　　第二階段，1973年，由于“能源危機”的出現，美國和歐洲又展開了對土壤源熱泵大規(guī)模的實驗與理論研究，美國從1977年開始，重新開始了對土壤源熱泵的大規(guī)模研究，1978年，BNL（Brooldlayen National Laboratory）制定了土壤源熱泵的研究計劃，調查其作為空調系統的應用情況，并發(fā)表了一些研究成果，主要有對土壤源熱泵實際運行的計算機模擬等；　　第三階段，進入20世紀90年代，土壤源熱泵的應用與發(fā)展進入了一個全新快速發(fā)展的時期，土壤源熱泵在歐洲和北美迅速普及，在中歐和北歐地區(qū)，土壤源熱泵已成為家用熱泵的主要熱源：在美國，土壤源熱泵因其節(jié)能性、舒適性正在大力推廣；在加拿大，從1990年到1996年家用的土壤源熱泵以每年20％的遞增銷量而處于各種熱泵系統的首位?！　∥覈陂_展土壤源熱泵系統的研究與應用方面起步較晚，但到2000年左右，在各種因素的共同作用下，成為一個非?！盁衢T”的研究課題，雖然這樣的熱門是處在一個整體水平相對低下的大環(huán)境之下。　　國內最早的研究開始于1989年，當時山東青島建筑工程學院在國內建立了第一臺土壤源熱泵系統的試驗臺，開始主要從事水平埋管的研究工作，后又完成了豎直埋管換熱的研究工作。天津商學院幾乎在同一時間開始了對螺旋管埋地換熱器的研究，但研究工作后來沒有繼續(xù)。華中理工大學從20世紀90年代開始，進行了水平單管的傳熱研究，后來又進行了地下淺層井水用于夏季供冷和冬季采暖的研究，但現在這方面的工作也已經停止。同濟大學的張旭等人從1999年開始了為期多年的一項土壤一太陽負荷熱源的研究，重點針對長江中下游地區(qū)含水率較高的土壤的蓄放熱特性進行測試。湖南大學從1998年開始也進行了多層水平埋管的換熱特性研究。1999年開始，在國家自然科學基金的資助下對淺埋豎直管換熱器的采暖、供熱特性進行了研究。此外，清華大學、天津大學、山東建筑工程學院及中科院廣州能源研究所等高校和科研單位也對土壤源熱泵進行過研究，并取得了一定的成果?！　?.1.4水源熱泵技術的歷史　　在國外，早在1934年，美國的通用公司就在紐約州的塞勒姆市的大西洋城電力公司安裝了一套地下水熱泵系統。隨后的幾年中，在美國的路易斯安娜州的阿爾吉斯（25℃的地下水，1936年），紐約州的皮特曼恩市（14℃的地下水，1936年），康涅狄格州紐黑文市（13℃的地下水，1939年）等城市陸續(xù)安裝了地下水源熱泵系統。與美國早期的迅速發(fā)展相比，在歐洲的部分國家，將地下井水作為熱泵熱源這一技術的應用要落后一些。比利時到1979年底，家用熱泵系統安裝了1000多臺，其中地下水源熱泵系統占17％。法國于1954年在索恩河畔的沙隆安裝了一臺熱輸出量為640kW的熱泵。荷蘭在1974.年左右，一批以發(fā)電站冷卻水為熱源及使用地下熱源的熱泵系統的研究一直在進行著，但是并沒有公布相應的數據資料。德國在20世紀50年代，由埃謝爾·維斯公司在其拉文斯堡的工廠的小賣部里安裝了一臺輸出熱量為186kw的供熱熱泵用于空氣調節(jié)，其熱源為9℃的地下水，運行效果良好。20世紀90年代中期，地下水源熱泵系統在美國和加拿大得到了更廣泛的應用。然而對于系統的運行工況設計細則、系統設計以及與傳統空調采暖系統的結合等方面仍存在著相當多的問題，也缺乏較深入的研究。

編輯推薦

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