作者：张国东 编著
出版社：化学工业出版社
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地源热泵应用技术试读：
前言
随着我国国民经济的快速发展，能源和环境问题日益严重，越来越成为公众、社会乃至政府关注的焦点，“低碳、绿色、环保”这一理念也日渐深入人心。地源热泵技术作为一种高效节能、无污染、低运行成本的既可采暖又可制冷，并可提供卫生热水的新型空调技术，近些年来在国内得到了较快的应用和发展，应用地源热泵的项目数量和建筑面积逐年增加。为了满足社会需要，提高人们对地源热泵的应用技术，依据中华人民共和国国家标准《地源热泵系统工程技术规范（2009年版）》（GB 50366—2005），我们编写了本书。
地源热泵应用技术是理论性和实践性都很强的一门专业课，在教材组织上，基本理论力求深入浅出、通俗易懂，强调实际、实用，突出能力培养，为编写出既有行业特色，又有较宽覆盖面，适应性、实用性强的专业教材。全书共6章，内容主要包括地源热泵的基本概念与分类、制冷与空调的基础知识、地源热泵系统的设计、施工、调试与验收等，并介绍了地源热泵系统工程实例。
本书在强调实用性的前提下，充分重视内容的先进性，较好地体现了本职业当前最新的实用技术和操作技能，对于提高学生职业素质，掌握地源热泵设计、安装、调试、验收的职业能力有较大的帮助和指导作用。
本书除适用于高职、中职制冷专业作为专业教学教材外，还可用于劳动社会保障系统、社会力量办学和其他培训机构所举办的培训教学，也适用于各级、各类职业技术学校举办的中短期培训教学，以及企业内部的培训教学。
本书由张国东编著，并负责全书的统稿工作。本书在编写过程中，得到了张桂娥协助进行文字和插图的校对工作，同时还得到魏龙、戴路玲、陶洁、蒋李斌、冯飞、张蕾、金良、沈宫新等的大力帮助，在此一并表示衷心的感谢。
限于作者的水平，书中疏漏之处在所难免，敬请广大读者批评指正。编 者第1章 概述
随着空调工业的发展，空调在现代建筑中扮演着越来越重要的角色。人们对空调的要求也不断提高，节能、环保、灵活成为今后共同追求的目标。近年来，随着国际经济技术合作的不断深入，地源热泵中央空调系统进入了我国，并通过在工程中的成功运用得到了空调界人士的认可，成为我国中央空调发展的趋势，体现了节能、环保、灵活、舒适的新概念。美国环境保护局已经宣布，地源热泵系统是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。1.1 热泵技术的发展（1）能源形势与环境问题 现代社会的发展与经济的繁荣，与能源的发展变革息息相关。石油危机的发生和现代工业带来的一系列问题，使人们对不可再生矿物能源储量的有限性及其使用的局限性有了更深刻的认识。据美国石油业协会估计，地球上尚未开采的原油储藏量已不足2万亿桶，可供人类开采时间不超过90年，在2050年到来之前，世界经济的发展将越来越多地依赖煤炭，其后在2250年左右，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应枯竭，在21世纪不论是发达国家还是发展中国家，最终都面临空前的能源危机。据能源机构估计，到2050年我国能源需求量将为50亿吨标煤，目前开采水平为30亿吨标煤，水力、风力等发电开发量为5亿吨标煤，届时将有15亿吨标煤缺口量，该量只能靠进一步开发核能太阳能及其他可再生能源填补，因而中国的能源问题将面临十分严峻的挑战。
能耗的问题体现在多种行业中，而建筑能耗占了整个社会总能耗的较大比例。在发达国家，建筑能耗占社会能源总消耗的40％以上，在西欧，这个比率甚至达到了52％，为此欧盟在2002年欧洲议会和欧盟理事会上通过了关于建筑能耗的法律性文件，要求计算建筑物的整体能耗；为新建建筑和既有建筑颁发能效证书；并定期对建筑中的锅炉和空调系统进行检查及能耗评估，通过制定法律提高能源利用率，降低建筑能耗。
建筑相关能耗已成为我国三大能耗大户之一，随着我国经济的发展，建筑能耗占社会总能耗的比例逐渐在提高，目前我国城镇建筑消耗（采暖、空调、照明、炊事、办公等伴随建筑运行使用的能耗）的能源占全国商品能源的23％～26％，这还不包括建筑材料制造用能及建筑施工过程耗能。随着我国城市化进程的加速、建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升，建筑能耗呈急剧上扬趋势，而由于建筑能耗主要集中在暖通空调能耗，据预测2020年我国暖通空调能耗量将达10亿吨标煤，预计最终会接近发达国家的水平，节能降耗的形势非常严峻。而在建筑能耗中则又以建筑采暖和空调能耗为主，因此，建筑节能的首要问题之一就是解决暖通空调领域的能耗问题。
随着全球规模的环境问题日趋严重，传统的“大量生产、大量流通、大量消费、大量废弃”的生产消费模式，已越来越不能被人们所接受。由于我国的能源结构仍以煤为主，煤的消耗占一次能源消耗的69％左右，我国煤燃烧所排放的SO占到全国总排放量的85％以上，2CO占到85％，NO占到60％，粉尘占到70％，燃煤排放SO引起的2x2酸雨污染已扩展至全国整个面积的35％，造成的经济损失占国民生产总值的2％；另外全球CO等温室气体的排放给人类带来重大损失，2全球温暖化的经济成本是全球经济总产值（GWP）的10％～20％，建筑耗能是大气污染的主要因素之一，其中暖通空调在全国温室气体排放中的贡献率为15％以上，因而暖通空调的能源消耗给环境带来了巨大压力。
解决暖通空调领域的能耗问题是多方面技术集成的结果，首先要考虑从空调负荷的来源着手，解决建筑围护结构本身所造成的空调负荷增加，即建筑节能，同时需考虑高效节能空调新技术在建筑设备系统中的应用。从20世纪末到21世纪的初期，传统空调技术主要注重各种空调机组设备效率的提高，这只能一定限度地部分降低暖通空调的能耗，更重要的是有必要从全局的角度对整个空调系统进行研究，降低空调领域过高的能耗。因此作为空调冷热源中能源转换效率最高的热泵应用技术，正受到人们的日益重视和关注。目前人们公认采用热泵技术是解决空调系统的能源与环境问题的一项有效措施，发展和应用热泵空调系统已成为暖通空调可持续发展的基本出发点之一。
从热力学角度来看，建筑物供暖空调只需要低品位热能，而燃煤、燃气、燃油、用电等是高品位的一次能源消耗，根据热力学第二定律，开发利用低位冷热源供暖空调，改变“以热源消耗高位能源，向建筑物室内提供低温热量，向环境排放废热”的不合理能源消耗模式，将暖通空调纳入到自然生态循环之中，符合生态建筑的发展趋势，符合中共十七大提出的“建设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式的目标”主张。（2）热泵的起源及发展 热泵技术的理论基础起源于1824年卡诺发表的关于卡诺循环的论文。30年后开尔文提出“冷冻装置可以用以加热”。1852年威廉·汤姆逊发表论文，提出用空气作为工质的热泵技术。到1927年英格兰一台用空气作热源的家用热泵安装成功。日本是在1937年开始采用透平式压缩机，以泉水作为低温热源为建筑物进行空气调节。1938年第一台较大的热泵装置在苏黎世投入运行。这台热泵装置以河水作为热源，装有一台回转式压缩机，工质是R12，用来向市政厅供热，其输出功率为175kW，输出水温为60℃，而且此热泵装置夏季也能制冷。此后在欧洲的瑞士和英国，热泵的数量已经很可观了。
20世纪70年代初期，人们广泛地认识到矿物燃料在地球上是有限的，1973年“能源危机”的出现更加深了人们对地球能源有限性的认识。而热泵以其回收地下岩土、空气、水等物质中的低温热源的热量、节约能源、保护环境的特点得到了广泛的应用。
20世纪70年代以来，欧洲各国和苏联、日本、美国、澳大利亚等国家对热泵研究工作十分重视。苏联、英国、法国、联邦德国、丹麦、瑞典、挪威等国家都参加了世界能源组织1976年成立的“国际热泵委员会”。
目前，世界各国对热泵技术应用的兴趣越来越浓，欧洲、日本、北美的制造厂商都为工业、商业、民用建筑提供了大量热泵。诸如国际能源机构和欧洲共同体都制定了大型热泵发展计划，并且不少现有热泵技术和新技术试验，在新领域中的推广应用工作也正在进行及规划当中。而热泵的用途也在不断开拓，不仅仅用于采暖空调系统上，而且在工、农、商业上也得到广泛的应用。热泵工业正在迅速成长，它将在节约能源方面起到重大的作用。1.2 热泵技术的节能原理（1）热泵工作原理 热泵技术是近年来在全世界备受关注的新能源技术。人们所熟悉的“泵”是一种可以提高位能的机械设备，比如水泵主要是将水从低位抽到高位。而“热泵”是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，提供可被人们所用的高品位热能的装置。
如图1-1所示为蒸汽压缩式热泵系统，主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀组成，其中压缩机起着压缩和输送循环工质的作用，使工质从低温、低压处到高温、高压处，是热泵系统的心脏；蒸发器是输出冷量的设备，它的作用是使经膨胀阀流入的制冷剂液体气化，以吸收被冷却对象的热量，达到制冷的目的；冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的；膨胀阀或节流阀对循环工质起到节流和降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。图1-1 蒸汽压缩式热泵系统（2）热泵节能原理 根据热力学第二定律，使热量由低温位向高温位的转移，必须要消耗一定的热量作为补偿条件，才能使循环工作不断地从低温环境中吸热，并向高温环境放热，周而往复地进行循环，即向高温位放出的热量应等于从低温位吸收的热量加上压缩机所消耗的能量。
热泵的经济性用制热系数COP表示：式中 Q——热泵循环向高温热源释放的热量；k
P——热泵循环的输入功率；
Q——热泵循环从低温热源吸收的热量；0
ε——制冷循环的制冷系数。
式（1-1）给出了同一台机器在相同工况下起热泵作用时的制热系数COP与起制冷作用时的制冷系数ε之间的关系。式（1-1）表明，COP恒大于1。同时可以看出，同样消耗一单位能量时，热泵循环获得的能量Q比制冷循环所获得的能量Q多了P，比单纯消耗电能的供k0暖系统所获得的能量多了Q。所以，热泵的效力学经济性能比制冷0系统以及消耗电能或燃料直接供暖的系统都要好，具有显著的节能效益。
下面就以家用空调为例说明热泵的工作过程。如图1-2所示家用热泵空调循环的示意图。通过在单冷空调中增加一个电磁四通换向阀来改变制冷系统中制冷剂的流动方向，就可以实现热泵空调的夏季供冷和冬季供暖的功能。图中系统有两个换热器，一个置于室内，一个置于室外。夏天制冷时，机组接通电源后，制冷压缩机开始工作，从室内侧换热器（蒸发器）吸入低温、低压制冷剂蒸气，经压缩成为高温、高压的气体，进入室外侧换热器（冲凝器）中冷凝成液体，经节流，压力、温度降低的制冷剂进入室内侧换热器中气化，吸收室内热量，再通过吸气管进入制冷压缩机，从而实现制冷循环。冬天制热，即热泵运行时，四通换向阀工作，改变了系统中的连接管路。机组接通电源后，制冷压缩机将从室外侧换热器（蒸发器）吸入低温、低压的制冷剂蒸气，经压缩成高温、高压的气体，进入室内侧换热器（冷凝器）中冷凝成液体，同时向室内放出热量。经节流，压力、温度降低的制冷剂进入室外侧换热器中气化，吸收室外空气中的热量，再通过吸气管进入压缩机，从而实现制热循环。图1-2 家用热泵空调循环的示意图1.3 热泵的分类
热泵是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置。按热泵驱动功的形式可分为蒸气压缩式热泵、吸收式热泵、蒸气喷射式热泵，常见的是蒸气压缩式热泵；根据蒸气压缩式热泵所吸收的可再生低位热源的种类，热泵可分为空气源热泵、地源热泵、太阳能热泵等多种。1.3.1 空气源热泵
空气源热泵系统是以空气作为低温热源。分体式热泵空调机（图1-2）、VRV热泵空调系统、大型风冷热泵机组等，均属于空气源热泵。
这种空气源热泵的安装和使用都非常方便，虽然被人们广泛应用了很多年，但目前仍存在一些缺点。由于空气的状态参数随地区和季节的不同而不同，这对空气源热泵的容量和制热性能系数影响很大，空气温度偏高或偏低时，热泵的制冷性能系数就会变得很低。尤其在冬季，当空气温度很低时，这时需求的供热量就很大，势必造成热泵供热量与建筑物耗热量之间的供需矛盾。
冬季空气温度很低时，空调换热器中的工质蒸发温度也很低。当空调换热器表面温度低于0℃，并且低于空气露点温度时，空气中的水分在换热器表面就会凝结成霜，导致蒸发器的吸热量减少，热泵不能正常供热。
空气源热泵的除霜需要一定的能耗。要保证空调换热器能获得足够的热量，就需要较大容量的风机供风，这样就增大了空气源热泵装置的噪声。
空气源热泵在我国典型的应用范围是长江流域以南地区。而在北方地区，冬季平均气温低于0℃，空气源热泵不仅运行条件恶劣，稳定性差，而且存在结霜问题，效率较低，因此空气源热泵用于北方地区时，必须慎重考虑。
热泵装置的设计不仅要考虑防止空调换热器的结霜，还要选择良好的除霜方式。其一般的除霜方法有：
①把压缩机的部分高温热气经旁通管直接送入蒸发器进行除霜；
②利用四通阀，将热泵由供热工况运行变为制冷工况运行（图1-2），这种方法除霜快，但要消耗大量能量；
③在空调换热器内镶入电加热器，用电加热除霜。
不同地区和不同品牌的空气源热泵机组除霜采用的方法不同，空气源热泵系统防霜和除霜的能耗估计占热泵总能耗的10％，但是霜层的形成造成换热器运行性能下降是无法确定的。随着空气温度的下降，热泵的效率降低，有些热泵虽然可在-15～-20℃仍可运行，但此时的制冷系数将降得很低。
空气源热泵系统在使用时还应注意以下三个方面：
①经济合理地选择平衡点；
②热泵系统应配备一个合理的辅助加热装置；
③热泵系统的自动能量调解。
目前，由于对空气源热泵存在的固有问题还没有找到有效的解决办法，所以空气、土壤、太阳能的综合利用是一种发展趋势。1.3.2 地源热泵
地源热泵系统是以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地下水地源热泵系统、地表水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统。地源热泵系统一般均由以下四个主要部分组成：室外地能换热系统（包括土壤、地表水和地下水的换热）、循环系统（主要以水和空气为循环介质）、地源热泵机组系统和建筑物采暖、空调系统。地源热泵系统的组成如图1-3所示。图1-3 地源热泵系统的组成1.3.2.1 地下水地源热泵系统
如图1-4所示，地下水地源热泵系统也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。地下水水源热泵中央空调系统是目前应用最普遍的一种形式，与地下埋管的“闭式”地源热泵相比，由于其造价低、容量大、水的温度稳定，所以市场占有率高。图1-4 地下水地源热泵系统图
目前大多数地下水地源热泵工程的地下水系统非常简单，一般采用直流系统，即地下水直接送入热泵机组，换热后向回灌井或地表排放。地下含水层是天然的地下水库，但在无充足天然补给的条件下，地下水并不是“取之不尽，用之不竭”的自然资源。大量集中采集地下水，使得地下水储量日趋枯竭，已造成抽水井水位逐渐下降，最后将难于抽水。而地下水是一种优质的淡水资源，是国家的一种战略物资，大规模地使用地下含水层，一旦出现地质环境问题，后果将是无法弥补的。地质环境的问题主要表现在以下两个方面。（1）地面沉降 地下水的过度抽取会引起地面沉降，后果是对地面的建筑物产生直接的破坏作用。如果实行100％的回灌到原水层，使总体上保持地下水供给平衡，局部地下水的变化就不至于引起地面沉降。（2）地下水质污染 由于地下水水源热泵并不是密闭的循环系统，回灌过程中的回扬、水回路中产生的负压和沉砂池，都避免不了空气和地下水的接触，导致地下水氧化。地下水氧化会产生一系列的水文地质问题，如地质化学变化、生物变化等。采用井口换热器，尽量减少地下水与空气的接触，并对回路中所用器材做防腐处理，这样可以减轻空气对地下水的污染程度。回灌水的环保处理不仅不会污染地下水，而且还能缓解地下水的污染，改善地下水水质。
随着地下水资源的日益减少，这类现象已经引起一些专家和政府有关部门的重视，并要求对地下水实行全部回灌。有部分工程项目声称解决了地下水回灌问题或称回灌率达到100％，但对回灌当地的地质条件如何、采取何种回灌方式、回灌的质量如何等，则避而不谈，因而国内的一些专家和政府管理部门对这项技术持慎重态度是可以理解的。所以，地下水地源热泵技术的推广应用有待地质水文科技的进步。1.3.2.2 地表水地源热泵系统
如图1-5所示，地表水地源热泵系统通过直接抽取（开式系统）或者间接换热的方式，利用包括江水、河水、湖水、水库水以及海水作为热泵的冷热源，归属于水源热泵方式。在靠近江、河、湖、海等大量自然水体的地方，利用这些自然水体作为热泵的低温热源是值得考虑的一种空调热泵的型式。图1-5 地表水地源热泵系统图
当然，这种地表水地源热泵系统也受到自然条件的限制。此外，由于地表水温度受气候的影响较大，与空气源热泵类似，当环境温度越低时热泵的供热量越小，但热泵的性能系数也会降低。与地下水水源热泵比较，运行工况要恶劣得多，一年内温度变化大，夏季水温高达25℃以上，冬季低到5℃以下，北方内陆湖的冰下水温仅在2℃左右。而且一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积、深度和温度等多种因数有关，需要根据具体情况进行计算。另一方面，地表水热泵的换热对水体中生态环境有一定的影响，特别是地表水源热泵的开式系统，使用不当会造成环境污染和地表水资源枯竭，而且直接抽取换热方式对热泵机组还有腐蚀和堵塞等现象，因此系统应当谨慎采用。1.3.2.3 地埋管地源热泵系统
地埋管地源热泵系统是传热介质通过竖直或水平地埋管换热器与岩土体进行热交换的地热能交换系统，又称土壤热交换系统。地埋管热泵系统解决了地下水源热泵系统的地下水回灌问题（因为本身并不抽取地下水资源），避免了地下水资源对热泵机组使用的影响和地下水被污染的可能性，占地空间小，并且系统的安装和使用不会改变建筑的外观和结构。地埋管地源热泵系统是通过导热介质溶液在埋入地下的循环系统中流动，实现与大地之间的热交换的。
如图1-6所示，地埋管地源热泵系统是一个密闭的闭路循环系统，它保持了地下水水源热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介质。从根本上解决了地下水水源热泵的种种弊端，是一种真正可持续发展的建筑节能的新技术，而且还具有适用范围广、运行费用低、节能和环保效益显著等优点。图1-6 地埋管地源热泵系统示意图
地埋管地源热泵系统中的换热器按埋管方式可分为水平式地埋管换热器、垂直U形地埋管换热器、垂直套管式地埋管换热器、热井式地埋管换热器、直接膨胀式地埋管换热器等。（1）水平式地埋管换热器 如图1-7所示，水平地埋管普遍使用在单相运行状态的空调系统中，一般的设计埋管深度在2～4m之间，在只用于采暖时，土壤在整个冬天处于放热状态，埋管沟的深度一定要深，管间距要大。水平埋管因占地面积大、受气候影响大等缺点，目前应用较少。图1-7 水平式地埋管换热器埋管方式（2）垂直U形地埋管换热器 如图1-8所示，垂直U形地埋换热器是通过钻孔将U形管深埋在地下，因此与水平土壤换热器的比较具有用地面积小、运行稳定、效率高等优点，已成为工程应用中的主导形式。图1-8 垂直U形地埋管换热器埋管方式（3）垂直套管式地埋管换热器 换热器有内套管和外套管的闭路循环系统。循环时，水沿内套管从上至下地流入，从外套管的底部经内套管上流到顶部出套管。套管式土壤换热器适合在地下岩石深度较浅、钻深孔困难的地表层使用。通过竖埋单管试验，套管式换热器较U形管效率高20％～25％。竖埋套管式孔距为3～5m，孔径为150～200mm，外套管直径为ф63～120mm，内套管直径为ф25～32mm。目前在欧洲的瑞典采用较多的套管式土壤换热器，如图1-9所示。图1-9 垂直套管式地埋管换热器埋管方式（4）热井式地埋管换热器 热井式地埋管换热器是套管式换热器的改进，在地下为硬质岩石地质，可采用这种换热器，如图1-10所示。图1-10 热井式地埋管换热器埋管方式
在安装时，地表渗水层以上用直径和孔径一致的钢管做护井套，护套管与岩石层紧密连接，防止地下水的渗入；渗水层以下为自然空洞，不加任何固井措施，热井中安装一个内管到井底。内管的下部四周钻孔，其中上部分通过钢套直接与土壤换热，下部分循环水直接接触岩石进行热交换。换热后的流体在井的下部通过内管下部的小孔进入内管，再由内管中的抽水泵汲取水作为热泵机组的冷热源，此系统为全封闭系统。
上面讲的4种埋管换热系统，都是通过中间介质作为载体，使中间介质在埋于土壤内部的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的，其热泵系统流程示意图如图1-11所示。图1-11 间接式热泵系统流程示意图（5）直接膨胀式地埋管换热器 直接膨胀式地埋管系统冷、热源不采用载冷剂来传递热量，而是将热泵机组的一个换热器（蒸发器、冷凝器）埋入地下土壤中，制冷剂通过此换热器直接换热，如图1-12所示。其热泵系统流程示意图如图1-13所示。图1-12 直接膨胀式地埋管换热器埋管方式图1-13 直接式热泵系统流程示意图1.4 地源热泵的特点和发展趋势1.4.1 地源热泵的特点
地源热泵具有以下优点。（1）属于可再生能源利用技术 地源热泵是利用地球表面浅层地热资源（通常小于400m深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量总和的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源的一种形式。（2）高效节能，运行费低 地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40％，因此要节能和节省运行费用40％左右。另外，地能温度较恒定的特性，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。
据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30％～40％的供热制冷空调的运行费用。（3）环境效益显著 地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上，如果结合其他节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。（4）一机多用，应用范围广 地源热泵系统可供暖、制冷，还可供生活热水，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。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，地源热泵有着明显的优点。不仅节省大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，小型的地源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。（5）自动运行 地源热泵机组由于工况稳定，所以机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长，可达到15年以上。地源热泵和传统中央空调机组比较，见表1-1。表1-1 地源热泵和传统中央空调机组比较
当然，像任何事物一样，地源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。（1）可利用的地能条件限制 地源热泵理论上可以利用一切的土壤和水资源，在实际工程中，不同的土壤和水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同的地区是否有合适的土壤和水源成为地源热泵应用的一个关键。目前的地源热泵利用方式中，闭式系统一般成本较高。而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。（2）水层的地理结构的限制 对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可以在经济条件下打井，找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后回灌可以实现。同时，由于地下抽水将影响地下水资源，国家将来是否对此有所限制，也需要关注。（3）投资的经济性 由于受到不同地区、不向用户及国家能源政策、燃料价格的影响，地源的基本条件不同，一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。虽然总体来说，地源热泵的运行效率较高、费用较低，但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，地源热泵的投资经济性会有所不同。1.4.2 地源热泵的发展趋势（1）节能技术的发展需求 进入21世纪以来，经济快速的发展和能源消耗的增加，节能问题始终是研究者和商家的努力方向。我国是全球经济增长最快的国家之一，但也是能源消耗大国，能源消费总量仅次于美国，占世界第二位。我国主要矿产资源人均占有量不到全球平均水平的一半。特别是石油资源，供需矛盾日益突出，如不采取积极措施，到2020年，我国石油进口将达50％。另外，我国能源利用率很低，仅为30％，而发达国家则高达40％。我国单位产值能耗是世界平均的2.3倍。因此开展节能是我国长期而艰巨的任务，其中空调节能又是居于举足轻重的地位。
近两三年来，我国城镇住房建筑的快速发展直接拉动了空调的快速增长，空调耗能比例又有了上升，特别是夏季的高温，空调对电力的需求已达到矛盾十分尖锐的程度，建筑节能问题也急需解决。以上海为例，2003年夏季的高峰，空调负荷竟占电力负荷的45％。
进入21世纪，空调技术的发展将为热泵空调的发展与应用创造良好的机遇，将迎来热泵空调新的兴旺发展期。前些年我国大量生产及应用的是空气源热泵，但其最大的缺点是能耗大以及冬季融霜等问题。在当前对空调节能越来越迫切的形势下，水源热泵在我国早已起步，并有可喜的发展势头。水源热泵机组无论是用于水环热泵系统或地源（地表水、地下水、土壤）热泵系统中，均具有明显的节能效果，又可免除冬季融霜的烦恼。据统计资料，我国2004年水源/水环热泵的市场份额仅有1％，2005年水源热泵机组的产量达到了8300多台。可以预见，在我国水源热泵将与空气源热泵平行而互补地发展，从长远角度来看，水源热泵会占据主导地位。水源热泵机组的开发和基础研究的发展，将为地源热泵、水环热泵的广泛应用提供良好的技术基础。（2）政府的扶持与引导 2005年中国政府提出了贯彻科学发展观，建设资源节约型和环境友好型社会的号召。中国政府在“十一五”规划中提出了节能降耗和污染减排的目标，确定单位国内生产总值能耗每年降低4％左右，主要污染物排放总量每年减少2％的约束性指标。
2006年受全球性能源危机的影响，中国国内能源价格迅速上涨，能源问题关乎国家安全，受到国家高度重视。2006年8月6日，国发（2006）28号文件，《国务院关于加强节能工作的决定》指出，国家将建立节能目标责任制和评价考核体系，并将目标逐级分解落实到各市、县以及重点耗能企业，实行严格的目标责任制和节能工作问责制。例如在北京，2006年7月北京市以发改委牵头，会同城市相关职能部门，包括规委、建委、环保局、水务局、国土局、科委、财政、市政管委等九个单位出台了第一个热泵政策指导文件——《关于发展热泵系统指导意见的通知》。《关于发展热泵系统指导意见的通2知》当中规定使用地源热泵技术的工程，政府都按35～50元/m的标准给予初投资的补贴。2007年5月出台《关于发展热泵系统的指导意见有关问题的补充通知》，对申领范围和如何申领补贴进行了详细说明。（3）区域发展优势
①北方地区 在我国中部及北方地区冬季室外气温达到0℃以下后，空气热源热泵运行时，室外换热器容易结霜，这就要增加除霜装置和辅助加热设备，制冷效率更低。越往北空气源热泵使用越少，在东北等寒冷地带基本无法使用空气源热泵。使用地源热泵可以有效地解决这个问题。
在北方，有4个月的采暖期。由于即使在冬季，土壤温度也是比较稳定的，为应用土壤源热泵提供了良好的条件。
②长江流域 中国长江流域及其周边地区有几个省市，是一个人口最密集，经济、文化比较发达的地区。按照我国建筑气候划分，该地区属于“夏热冬冷”地区。最热月份平均温度为25～30℃，且以28～30℃居多，多数地方高于35℃的酷热天气长达半个月至一个月。而且相对湿度经常高达80％左右；冬季潮湿寒冷，最冷月份均平均温度为2～7℃，大多数在2～5℃之间。长江中下游沿岸及以北一带，日最低气温低于5℃的天数长达两个月，甚至三个月的时间，且相对湿度仍然很高，达73％～83％。因此，该地区供冷和供暖大致相当，冷暖负荷基本相同，故适合在该地区推广地源热泵技术，从而充分发挥土壤源蓄能的作用。
长江流域及其周围地区人口集中，能源消耗量大，污染问题突出，而且该地区能源资源相对比较匮乏，能源供给形势严峻。从节约能源、改善能源结构和保护环境这些问题考虑，应该推广地下水、地表水地源热泵机组的应用。
③沿海地区 我国具有丰富的海水资源，大陆海岸线自鸭绿江口至北仑河口，长达1.8万多千米。大中型城市53个，由于经济相对都比较发达，具备发展海水源热泵的经济基础和环境条件。（4）为了保障地源热泵的正常发展还需要着力解决的问题
①空气源热泵和燃气、燃煤供热技术相对成熟，使得人们选择地源热泵系统时会面临阻力；
②地源热泵技术是暖通空调技术与钻井技术相结合的综合技术，两者缺一不可，这要求工程组织者和工程技术人员能够合理协调、做好充分的技术经济分析；
③目前地下水的回灌技术不完善，在一定程度上会影响以水为低位热源的地下水地源热泵的进一步推广；此外土壤源热泵空调系统钻井对土壤热、湿及盐分迁移的影响研究有待进一步深入，如何使不利因素减少到最小是必须考虑的问题；
④并不是所有的地源热泵系统都是经济合理的，由于钻井费用可能占到整个系统初投资的50％以上，有些投资者可能会回到传统的空调形式；另外，地源热泵系统的安装费用较高，与电制冷、天然气加热系统的130～270元/（kW·h）相比，地源热泵的190～310元/（kW·h）显然是高的，它的回收期一般为5～8年；而且地源热泵系统的维护较为困难，这在一定程度上会影响它的使用；
⑤土壤的特性随地点的变化而有所差别，在某一地区的研究结果可能完全不适用于另一地区，必须进行相应的修正甚至重新研究。第2章 制冷与空调基础2.1 制冷原理2.1.1 单级蒸气压缩式制冷理论循环2.1.1.1 单级蒸气压缩式制冷主要设备
所谓单级蒸气压缩式制冷循环，是指制冷剂在一次循环中只经过一次压缩。单级蒸气压缩式制冷，其最低蒸发温度可达-30～-40℃。
单级蒸气压缩式制冷循环基本构成包括制冷压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器（俗称制冷四大件）。用管道依次将其连接，形成一个完全封闭的系统，如图2-1所示为四大主件构成的最简单的蒸气压缩式制冷装置。制冷剂在这个封闭的制冷系统中以流体状态循环，通过相变，连续不断地从蒸发器中吸取热量和在冷凝器中放出热量，从而实现制冷目的。图2-1 四大主件构成的最简单的蒸气压缩式制冷装置
单级蒸气压缩式制冷循环的工作过程：蒸发器内，制冷剂在一定的蒸发温度下气化，从被冷却对象中吸取热量Q，实现制冷。气化0后的低温、低压的制冷剂蒸气被压缩机及时抽出，并压缩至冷凝压力，送入冷凝器，压缩过程中压缩机消耗功率P。高温、高压制冷剂蒸0气在冷凝器内把热量Q传递给环境冷却介质，首先被冷却，然后被k冷凝为高压、常温的制冷剂液体。该液体通过节流降压装置，降压、降温为湿蒸气进入蒸发器，准备再次吸热气化，从而完成一个单级蒸气压缩式制冷循环。（1）蒸发器 蒸发器是热交换设备，其作用是将蒸发器外被冷却对象的热量传递给蒸发器内制冷剂，液态制冷剂气化吸热而使被冷却对象的温度降低，从而达到制冷的目的。（2）制冷压缩机 制冷压缩机的作用之一是不断地将完成了吸热过程而气化的制冷剂蒸气从蒸发器中抽吸出来，使蒸发器维持低压状态，便于蒸发吸热过程能继续不断地进行下去；其作用之二是通过压缩作用提高制冷剂蒸气的压力和温度，创造将制冷剂蒸气的热量向外界环境介质（空气或水）转移的条件。即将低温、低压制冷剂蒸气压缩至高温、高压状态，以便能用常温的空气或水作冷却介质来进行冷凝。在整个压缩过程中，压缩机将消耗一定的外功。常用制冷压缩机的形式有活塞式、螺杆式、离心式和回转式。（3）冷凝器 冷凝器也是一个热交换设备，作用是利用环境冷却介质空气或水，将来自制冷压缩机的高温、高压制冷剂蒸气的热量带走并使制冷剂蒸气冷却、冷凝为液体。在制冷剂蒸气冷凝过程中，压力是不变的，仍为高压。（4）节流装置 冷凝器冷凝得到的高压、常温制冷剂液体不能直接送入低温、低压的蒸发器。利用饱和压力与饱和温度一一对应的原理，降低制冷剂液体的压力，从而降低制冷剂液体的温度。将高压、常温的制冷剂液体通过节流装置（膨胀阀、节流阀、毛细管等），膨胀、降压后得到低温、低压制冷剂，再送入蒸发器吸热蒸发，从而完成了一个制冷循环。
在单级蒸气压缩式制冷机中，除了上述四大部件外，为了保证制冷装置的经济性和运行安全，还增加了其他许多辅助设备，如过滤器、油分离器、储液器等。2.1.1.2 压-焓图（p-h图）
如图2-2所示为压-焓图（p-h图）。借助它可以分析、计算制冷循环。p-h图以绝对压力p为纵坐标，焓值h为横坐标。图2-2 压-焓图（p-h图）
图2-2中包含以下内容。
一点：临界点c。
三区：液相区、两相区（湿蒸气区）、气相区。
五态：过冷液状态、饱和液状态、湿蒸气状态、饱和蒸气状态、过热蒸气状态。
八线：等压线p，等焓线h，饱和液线x=0，饱和蒸气线x=1，无数条等干度线x，等熵线s，等比体积线v，等温线t。
为了缩小图面尺寸，纵坐标是用压力的对数值lgp来绘制的，有时还将湿蒸气区中间的、在实际计算中用不到的部分去掉，使图形更为紧凑。
在温度t、压力p、比体积v、比焓h、比熵s、干度x等参数中，只要知道其中任何两个状态参数，就可以在p-h图上确定过热蒸气或过冷液体的状态点，从而在图中读出该状态下的其他参数。对于饱和状态的蒸气和液体，则只需知道一个状态参数，就可根据其干度x=1或x=0的特点，在图中确定其状态点。
本书附录中给出了一些常用制冷剂的饱和液体及蒸气的热力性质表及相应的p-h图。饱和状态的制冷剂热力性质可直接查表获得。
应用p-h图时还应掌握各参数在p-h图上的变化趋势，尤其应该注意：等熵线是一组不平行线，越靠图右侧，等熵线走势越平坦，即数值变化越大；等温线在液相区、两相区和气相区三个区域里走势是变化的。2.1.1.3 单级蒸气压缩式理论制冷循环在压-焓图（lgp-h图）上的表示
熟悉蒸气压缩式制冷循环和制冷剂的lgp-h图后，理论制冷循环在该图上的表示就十分容易了。
在理论制冷循环中，制冷压缩机吸入干饱和蒸气，制冷剂状态点为1（图2-3），吸入压力为p（即蒸发压力），温度为t（压力p下的000饱和温度），吸入蒸气经压缩机绝热压缩（沿等熵线s进行）后压力升至冷凝压力p，由于气体压缩过程在过热区进行，压缩机排出气体k状态为过热蒸气点2，理论排气温度为t。当过热蒸气进入冷凝器2后，受到冷却水或空气的冷却，制冷剂将逐渐放出热量，温度开始降低。当温度由t降至t（压力p下的饱和温度）时，制冷剂将开始冷2kk凝、液化，整个冷凝过程在等压p和等温t下进行，直至制冷剂放出kk全部潜热，冷凝为饱和液体结束（状态点3）。当液体流经膨胀阀时，将产生绝热节流过程，压力由t降至p。由于制冷剂在绝热节流前后k0的焓值不变，因此该过程可假设为沿等焓线进行，膨胀阀出口的制冷剂状态为点4（压力p，温度t）。虽然该状态的制冷剂处于湿蒸气区，00但说明制冷剂在节流过程中已有部分气化，成为气液两相共存的湿蒸气状态，当这些湿蒸气进入蒸发器后，其中的液态制冷剂便在蒸发器中等压p下蒸发、吸热，从而达到制冷目的。当蒸发器中的液态制冷0剂全部蒸发结束，又回复到干饱和蒸气状态点1时，再次被压缩机吸入而进行循环。根据以上介绍可以知道，蒸气压缩式理论制冷循环实际上由四个过程组成：即绝热压缩过程1-2（压缩机）；等压冷凝过程2-3（冷凝器）；绝热节流过程3-4（膨胀阀）和等压蒸发过程4-1（蒸发器）。这四个过程依靠制冷装置中的四大主件完成。图2-3 理论制冷循环在lgp-h图上的表示2.1.1.4 单级蒸气压缩式理论制冷循环的热力计算
理论制冷循环是在一定假设条件下进行的，并不涉及制冷系统的大小和复杂性。因此，理论循环的性能指标包括：单位制冷量q、单0位理论功w、单位冷凝器负荷q、理论循环制冷系数ε等。理论制冷0k0循环的热力计算就是对这些性能指标的分析和计算，为后面的实际循环的热力计算打基础。
理论制冷循环中，制冷剂的流动过程可认为是稳定流动过程。根据热力学第一定律，稳定流动过程的能量方程可表示为：Q+P=q（h-h） （2-1）moutin式中 Q——单位时间内外界加给系统的热量，kW；
P——单位时间内外界加给系统的功率，kW；
q——质量流量，表示单位时间内循环的制冷剂质量，kg/s；m
h，h——1kg制冷剂在系统出、进口处的比焓，kJ/kg。outin
式（2-1）所示的能量方程既可用于整个系统，也可单独用于制冷系统中的每一个设备。因此，根据式（2-1）、理论制冷循环的假设条件以及图2-3，对理论制冷循环进行热力计算，如下所示。（1）蒸发器 蒸发过程等压吸热，从外界吸收热量Q，与外界0没有功量交换，p=0。因此可得：Q=q（h-h）=qq （2-2）0m14m0式中 Q——制冷量，表示单位时间内循环的制冷剂在蒸发器中从0被冷却对象吸取的热量，kW；
q——单位质量制冷量，表示1kg制冷剂在蒸发器中的制冷量，0kJ/kg。q0=h-h （2-3）14（2）压缩机 压缩过程等熵，与外界无热量交换，Q=0。
因此可得：P=q（h-h）=qw （2-4）0m21m0式中 P——理论功率，表示单位时间内，压缩机按等熵过程压缩0循环中的制冷剂蒸气所消耗的功，kW；
w——理论比功，表示压缩机每压缩输送1kg制冷剂蒸气所消耗0的功，kJ/kg。w=h-h （2-5）021（3）冷凝器 冷凝过程等压放热，向外界放出热量Q，与外界k没有功量交换，P=0。
因此可得：Q=q（h-h）=qq （2-6）km32mk式中 Q——冷凝热负荷，单位时间内循环的制冷剂在冷凝器中放k出的热量，kW；
q——单位冷凝器负荷，表示1kg制冷剂蒸气在冷凝器中的放出k的热量，kJ/kg。q=h-h （2-7）k32（4）节流装置 节流过程绝热等焓，与外界没有热交换，也不做功，因此：P=0Q=0h=h（节流前后焓值不变）34（5）理论制冷循环的能量转换 根据热力学第一定律有：Q+P=Q （2-8）00k（6）理论循环制冷系数ε理论制冷循环中，制取的冷量与所消耗0的功率之比称为制冷系数，用ε表示，即理论制冷循环的效果和代价0之比。
制冷系数ε是分析理论制冷循环的一个重要性能指标。制冷系数0越大，制冷循环经济性越好，投入少、产出多；反之则投入多、产出少。【例2-1】 单级蒸气压缩式制冷的理论循环工作条件如下：蒸发温度t为-10℃，冷凝温度t为35℃，制冷剂为R22，循环的制冷量Q0k0为55kW，试对该循环进行热力计算。
解：首先根据制冷循环的工作温度，在工质R22的p-h图上找出理论制冷循环的各状态点，从而绘出整个循环过程，如图2-4所示。图2-4 理论循环系统原理图和p-h图
在p-h图上，根据蒸发温度t=-10℃，冷凝温度t=35℃，作等0k压、等温线分别交x=1饱和蒸气线和x=0饱和液线于点1和点3。点1为压缩机吸气点，点3为冷凝器冷凝后的饱和液点。由点1作等熵线交等压线p于点2，由点3作等焓线交等压线p于点4。1-2-3-4-1构成一k0个封闭的循环，即为此例的理论制冷循环。
点1和点3为饱和状态点，故其状态参数可直接由热力性质表（附表5）查出，查R22热力性质表有：p=0.35MPa h=401.555kJ/kg01p=1.35MPa h=h=243.114kJ/kgk34
由图2-4可以看出，点2在过热蒸气区，故其状态参数需查p-h图，查R22的p-h图得：h=435.2kJ/kg2
热力计算如下。
①单位质量制冷量q0q=h-h=（401.555-243.114）kJ/kg=158.441kJ/kg014
②制冷剂的质量流量qm
③理论比功w0w=h-h=（435.2-401.555）kJ/kg=33.645kJ/kg021
④压缩机消耗的理论功率P0P=qw=0.347×33.645kW=11.68kW0m0
⑤理论循环制冷系数ε0
⑥单位冷凝器热负荷qkq=h-h=（243.114-435.2）kJ/kg=-192.086kJ/kgk32
⑦冷凝热负荷QkQ=qq=0.347×（-192.086）kW=-66.65kWkmk
负号代表是放热过程，与前面分析的理论制冷循环相吻合。2.1.2 单级蒸气压缩式制冷实际循环
在实际运行中，空调所进行的实际循环与上述理论循环有不少的差别，如制冷剂在蒸发器与冷凝器中与冷却介质进行热交换，流动时有流动阻力，传热时有传热温差，制冷剂气体在压缩机内被压缩时与气缸壁间有传热，因而压缩过程不可能是等熵压缩。除了上述实际因素外，制冷剂在冷凝器和蒸发器出口也不正好是饱和状态。（1）液体过冷和蒸气过热对循环性能的影响 应该指出，在制冷循环过程中，膨胀阀前的液态制冷剂温度通常低于它的冷凝温度t，k即液态制冷剂处于过冷状态。制冷剂的冷凝温度t与过冷温度t之差k0称为液体的过冷度。制冷剂的过冷可通过增大冷凝器传热面积或者用增设过冷器的方法获得。膨胀阀前液态制冷剂过冷不但能降低进入蒸发器的制冷剂焓值h，增加单位质量制冷量Δq，而且能防止阀前出30现闪发气体，如图2-5所示。图2-5 具有液态过冷和吸气过热的理论循环
另外，压缩机吸入的制冷剂通常为过热蒸气，而不是干饱和蒸气，因为干饱和蒸气接近湿蒸气状态，如果制冷装置运行工况稍有变化，压缩机就可能吸入湿蒸气，湿蒸气中的液滴将使压缩机气缸产生液击（即冲缸），损坏阀片。特别是对于往复式压缩机，尤应重视。压缩机吸入过热蒸气温度t与蒸发温度t之差称为吸气过热度，压缩机在lk实际运行时的吸气过热度与制冷装置的工况和所用制冷剂种类有关，对于氟里昂制冷剂约为10℃，对于氨制冷剂约为5℃。（2）回热循环对性能的影响 单级蒸气压缩式制冷回热循环系统如图2-6所示。在制冷循环系统中增加了一个气液热交换器——回热器。经冷凝器冷凝后的饱和制冷剂液体，用状态点3表示，先通过回热器再去节流阀；蒸发器吸热气化后的饱和制冷剂蒸气，用状态点1表示，先通过回热器再去制冷压缩机。从而使节流阀前常温下的饱和制冷剂液体与制冷压缩机吸入口前低温的饱和制冷剂蒸气进行热交换，达到节流前的制冷剂液体过冷、制冷压缩机吸气过热的目的。3-3′为液体过冷过程，1-1′为吸气过热过程。如图2-7所示为理论循环与回热循环的p-h图。图2-6 单级蒸气压缩式制冷回热循环系统图图2-7 理论循环与回热循环的p-h图
在实际应用中，氟里昂制冷循环适合使用回热器。因为氟制冷系统一般采用直接膨胀供液方式给蒸发器供液。直接膨胀供液是指靠压力差给蒸发器供液，即利用节流阀前、后的高低压差（p-p）给制k0冷剂液体提供动力，向蒸发器供液。回热循环的过冷可使节流降压后的闪发性气体减少，从而使节流机构工作稳定、蒸发器的供液均匀。同时回热循环的过热又可使制冷压缩机避免“湿冲程”，保护制冷压缩机。（3）压缩机效率对循环性能的影响 压缩机效率与压缩机的形式有很大的关系。在空调的制冷范围内，适用压缩机的主要形式有：活塞式压缩机、滚动转子式压缩机和涡旋式压缩机，其中活塞式压缩机由于气流经过进、排气阀时的压力损失以及活塞与气缸壁间的摩擦损失等因素，压缩机效率较转子式和涡旋式压缩机低。（4）蒸发器与冷凝器管道阻力对循环性能的影响 蒸发器与吸气管道的阻力直接影响到压缩机的吸气状态。压缩机吸气压力减小后，其吸气比体积增大，单位体积制冷量减小，单位压缩功增加，使循环制冷系数减小。一般吸气管内制冷剂流速应设计在8～15m/s，吸气管内允许压降为7～20kPa。
冷凝器和排气管道内的压力损失将使压缩机的压力比增大，输气系数减小，循环制冷系数降低。排气管内制冷剂气体的流速应设计在10～18m/s，排气管内允许压力降为5～20kPa。（5）蒸发温度和冷凝温度对循环性能的影响 当蒸发温度不变而冷凝温度升高时，将导致单位压缩功增加而单位制冷量不变，使循环制冷系数减小。而当冷凝温度不变，蒸发温度升高时，单位压缩功由于压力比减小而减小，同时单位制冷量反而增加，因而制冷系数增加较快。2.1.3 热泵循环
空调大多要求冷暖兼用，即夏季制冷、冬季供暖。为了满足冬季供暖，大多采用热泵循环。热泵循环和制冷循环在热力学上是相同的，因为它们的工作循环都是逆向循环，区别就在于制冷循环要求获得低温，而热泵循环则要求获得高温。如图2-8所示为蒸气压缩热泵循环的系统图，如图2-9所示为蒸气压缩热泵循环的压焓图。蒸气压缩热泵循环的性能指标如下。图2-8 蒸气压缩热泵循环的系统图1—压缩机；2—膨胀阀；3—冷凝器；4—蒸发器图2-9 蒸气压缩热泵循环的压焓图
①单位制热量q（kJ/kg）。hq=h-h （2-10）h24
②压缩机单位压缩功w（kJ/kg）。0w=h-h （2-11）021
③制热系数或制热性能系数COP
制热系数ε或制热性能系数COP定义为热泵循环的单位制热量qhh与单位压缩功w之比，即：02.2 空调基础
空调是一门通过对空气的处理使某区域范围内空气的温度、相对湿度、气流速度和洁净度达到一定要求的工程技术，空气的温度、相对湿度、气流速度和洁净度简称“四度”。所谓达到一定的要求就是指空气的参数必须稳定在一定的基数上，并且不超过允许的波动范围。2.2.1 湿空气的性质
空调的任务是创造一个生产、科研及人们生活所需要的空气环境。为此，要对空气进行各种处理，如加热、冷却、加湿、减湿等。因而，首先要了解空气的组成及空气的性质。2.2.1.1 湿空气的组成
环绕地球周围的空气层称为大气。大气是由空气和水蒸气两部分组成的。其中，干空气是由氮气、氧气、二氧化碳和其他一些微量气体所组成的混合气体。其主要成分是氮气和氧气，氮气按体积占78％，氧气按体积占21％。空气中除干空气外，还含有水蒸气，所以通常将干空气和水蒸气的混合气体称为湿空气。湿空气中的水蒸气含量很少，它来源于海洋、江河、湖泊表面的水分蒸发。在空气中，水蒸气所占的百分比是不稳定的，常常随着季节、气候、湿源等各种条件的变化而改变。湿空气中水蒸气的含量虽少，但其变化会引起湿空气干、湿程度的改变，进而对人体感觉和产品质量等都有直接的影响。2.2.1.2 湿空气的状态参数（1）湿空气的总压力和分压力 根据道尔顿分压定律，湿空气的总压力p等于干空气分压力p和水蒸气分压力p之和，即：avp=p+p （2-13a）av
式中，下标v代表水蒸气；a代表干空气。
在采暖和空气调节等工程中所处理的湿空气就是大气，因此，湿空气的总压力p即为当地大气压力p，这时有：bp=p+p （2-13b）bav
根据湿空气中水蒸气所处状态（p，t）的不同，可以把湿空气v分为饱和湿空气和未饱和湿空气。
如果湿空气中所含的水蒸气为干饱和蒸汽，则湿空气为饱和湿空气；如果湿空气中所含的水蒸气为过热蒸汽，则湿空气为未饱和湿空气。一定温度时湿空气中水蒸气的分压力p如果等于该温度下水蒸气v的饱和压力p，那么此时的水蒸气为饱和蒸汽，湿空气为饱和湿空气；s如湿空气中水蒸气的分压力p小于同样温度下水蒸气的饱和压力p，vs则此时的水蒸气为过热蒸汽，湿空气为未饱和湿空气。
在p-v图上可以表示湿空气中水蒸气的状态，如图2-10所示。图中A点表示温度为t的水蒸气，其分压力为p，对应于t的饱和水蒸气v的分压力为p，由于p<p，此时的水蒸气为过热蒸汽，湿空气为未svs饱和湿空气。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]