高温热泵供热系统的最佳供热温差

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1、第25卷第3期太阳能学报Vol.25,No.32004年6月ACTAENERGIAESOLARISSINICAJuly,2004文章编号:0254-0096(2004)03-0394-05高温热泵供热系统的最佳供热温差周湘江1,2，连之伟1，姚哗1(1.上海交通大学制冷及低温工程研究所，上海200030;2.南华大学热能与空调利用研究所，衡阳421001)摘要:通过对高温热泵系统高低位热源温度特性和热泵循环特性的分析，构造出一个理想的热泵循环。并以此理想循环为基础，以供热系统总能耗最小为目标函数导出跨临界

2、热泵、多级压缩热泵等新型热泵系统的最佳供热温差，为这些热泵在供热系统中的应用提供参数选择的理论基础。关健词:高温热泵，供热系统，最佳温差中圈分类号:TK512+.4文献标识码:A水、太阳能、土地或各种余废热，其中大部分热源0前言是恒温的，要求其载热质在蒸发器中的温度变化较随着人们对能源和环境的日益重视，热泵技术小时才能获得较高的热泵系数。新的热泵循环很多作为一种节能技术其应用的范围越来越大，在各种都是根据高低位热源的这种特点构造的〔‘]，如多级供热系统中都开始有应用。这些系统原来大多使用压缩冷凝循环[2-

3、4AJ、()C)2跨临界循环[[5)、各种非共沸各种燃料锅炉为热源，因燃料的燃烧温度都很高，工质蒸气压级循环[[6)等，在有些条件下，这些实际为了减小系统的输送耗功和设备成本，在设计中选循环的热力系数甚至高于以最高温度和最低温度作取尽可能高的供热温度和供回水温差。而在以热泵为高低位热源的逆卡诺循环。为了正确评价这些新作为热源的供热系统中，情况显然发生了变化，因型热泵系统的能量效率和计算工况变化对热泵耗功较高的供热温度和温差会导致热泵系数减少，从而的影响，本文构造出一种特殊的劳伦兹循环作为热增加热泵的耗功。

4、因此必然存在一个最佳的供热温泵的理想循环，用以研究和评价高温部分变温而低度和供回水温差。本文通过对热泵循环的热力学第温部分温度变化很小的蒸气压缩式热泵循环系统。二定律和供热系统的能量分析导出高温热泵供热系此理想循环由一个等温吸热过程、一个等嫡压统最佳供热温差的计算方法。缩过程、一个降温放热过程和一个等嫡膨胀过程组1理想热泵循环成，如图1所示。当载热流体为水时，其比热随温度的变化很小，可认为是常数，则T1和几的平均逆卡诺循环作为制冷和热泵的理想循环在制冷TI一T2及热泵系统的热力学研究和评价上发挥了很大的作

5、温度为对数平均温度:T二由于T1和用。随着热泵技术的发展，各种新的热泵循环不断出现，仅依靠逆卡诺循环作为热泵循环的最大效率T2均为绝对温度，AT=T,一T:与T1或T2的值已不能完全满足系统分析和评价的需要。在热泵的相差较大，为简化计算，可取平均温度为T1和T2应用领域上，尤其是高温热泵供热系统，绝大部分的算术平均值，即:(Ti+T2)。计算表使用了热水作为热介质进行热量的传输，出于对减少系统成本和热水泵功的需要，系统往往采用较大明，当△T为50℃时，对数平均温度和算术平均的供回水温差，以便使用较少的热水

6、流量传输所需温度在常温及较高温度下的相对误差不超过要的热量。这就使得在热泵冷凝器中的加热过程是0.3%。因此在T-S图上可取T1至T2的放热过明显变温的，而热泵的低位热源一般为环境空气、程为线性。图中T1为载热流体的出口温度;几为收稿日期:2002-10-30甚金项目:高等学校博士点基金资助项目(2003024855)万方数据3期周湘江等:高温热泵供热系统的最佳供热温差载热流体的进口温度;T。为低位热源温度。则理由于其可按高温水温度变化而保持一定的传热温想循环的热泵系数为:差，故使用逆卡诺循环作为其理想循

7、环并不适合，T1+T2本文将以新理想循环为基础来推导此类热泵的热泵ei=T1+几一2T,供热系统的热力学最佳供热进出水温差。对一给定热泵供热系统，作如下假设:①热泵效率不变，②水泵总效率不变，③供热水系统的总阻力系数不变，④热水回水温度T2不变，⑤热泵不循环的理想循环为本文所述的新理想循环循环。则几系统热泵耗功为:子﹃QTt+T2一2T,,w，=—=一一一下下共.一了，言丁下尸一几J1-EiPl11+12)式中Q—系统供热量;it—热泵效率。一EEi，其它符号同前。图1理想热泵循环的T-S图G,,,AP.

8、Fig.1T-Scurveoftheideaheatpumpcycle输送此热量水泵的耗功为:w-=Ib此理想循环可作为CO}跨临界热泵循环、多级式中G.—供热热水的体积流量，MI/s.压缩和冷凝热泵循环等在相同高低位热源条件下的G.=p.C.(T，一T2)理想循环，用于评价和研究这些循环的效率和热力tjb—水泵总效率;,OwlCw—分别为热水学第二定律损失。即可定义。一EEi为实际循环的热比重和比热;AP.一热水系统的总阻力