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1.2 冷热源设备与系统在线视频

下一节:1.3《建筑冷热源》课程的知识结构

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1.2 冷热源设备与系统课程教案、知识点、字幕

前面 我介绍了建筑的冷热负荷

需求冷热量的多少和品位问题

下面 我将介绍

向建筑提供冷热量的冷热源设备与系统

首先

让我们一起来认识这些建筑 冷热源设备

在建筑中

可以应用的冷源有自然冷源和人工冷源

自然冷源 包括天然冰雪 深井水

蓄存有冷量的地下土壤

还有 适宜温度的室外空气

比如 在建筑内区冬季仍然需要供冷

当我们采用全空气系统时

则用 室外新风作为冷源

来保证内区空间的冷量需求

人工冷源 就是利用物理 化学 生物等方法

制造的冷源

我们常用的人工冷源设备有

电制冷机 吸收式制冷机等

还有干空气能利用设备

如 直接蒸发冷却

间接蒸发冷却冷水机组等

在建筑中的热源设备的种类也非常多

不同的设备 采用不同形式的能源

大致可以分为 以下三类

第一类是 化石燃料直接燃烧转换为热能

制取蒸汽 热水 热风

其设备就是我们常说的 锅炉或暖风机

在我们生活中应用非常广泛

小到家里的燃煤炉 燃气热水器

大到每小时生产100T以上蒸汽的锅炉

锅炉或暖风机所消耗的能源

是燃煤 燃油和燃气

通过燃烧反应

将化石燃料中的化学能转化为热能

对于品位需求很低的建筑用能而言

这种能源应用方式是高质低用

是一种损失

但 这种方式使用方便

可靠性高 简单易行

第二种方式是 电能转换为热能

这里面又包含两种方式

第一是直接转化 就是直接转化为等量的热能

如电暖气 电炉 电热锅炉 电热水器 电热毯等

电是最高品位的能源

如果直接用电“烧”热 取暖

其一次能源效率非常低

这是一种典型的高质低用的能源应用方式

第二种方式是 热泵转化为热能

即通过热泵 将电能转换为热能

根据热力学第二定律

用高品位的电能作为驱动源

从空气或其他的低温介质中提取热能

从而可以获得品位高于低温热源

但热量远大于电能的热能

这种装置的供热效率

随着制取高温和低温热源温度的变化而不同

当高温热源的温度越低

低温热源的温度越高

其供热效率越高

从上面的介绍可以看出

这种装置与水泵类似

是一种 将热量从低温环境转移到高温的装置

我们把它叫做 热泵

第三种是 可再生能源应用

自然界存在大量的太阳能 风能 地热能

和生物质能等可再生能源

还有可以利用

但目前尚未大规模加以利用的工业余热等

所谓的废热

这些能源 往往都能以热能的方式加以利用

这些能源根据其品位高低不同

又有三种应用的方式

(1)对于温度较高的热源

如 高温废热 太阳能

生物质燃烧产生的热量

这些热量的品位较高

可以作为吸收式热泵或制冷机的驱动热源

利用它可以制取冷量

也可以制取数量更多或者品位更高的热量

(2)温度比建筑热源需求温度略高的热源

这些热源不能作为吸收式热泵

或制冷机的驱动热源

但可直接通过传热的方式

直接用于建筑中

为建筑提供供暖和生活热水

(3)温度较低的热源

这些热源虽然不能直接作为建筑热源使用

但却是非常好的热泵的低温热源

通过热泵装置

将这些低温热源的品位提升

作为建筑热源使用

建筑所需的冷热量的数量巨大

但品位较低

因此 我们需要采取措施 节约冷热量的大小需求

同时 还需节约这些冷热量的品位

实现品位对口 梯级利用

前面 我多次提到

制冷和热泵这两个词汇

这是我们这门课程中的关键词

那么 什么是热泵呢

它与制冷又有什么关系呢

下面 我用水泵和热泵进行类比

简要介绍热泵和制冷的基本原理

现有 一道流量为100T/d的瀑布

从海拔100m高的山上

先落到海拔20m的平地上

再流入海拔0m的河道中

如果 我们用这道瀑布来灌溉平地上的良田

其灌溉量只能是100T/d

为了增大灌溉量

我们可以 用这道80m落差的瀑布作为动力

驱动一个水轮机(即水车水泵)

从海拔0m的河道里抽水 抽100T/d

则可使得灌溉量提高至200T/d

如果 这个瀑布的高度和河流的水位高度越高

则 从河道中抽取的水量则越多

同理 有一个热功率为100kW

温度为100℃的高温热源

用它作为热源向室温为20℃的建筑供暖

该热源通过传热的方式供暖

只能提供100kW的热量

但 如果用该高温热源作为动力

驱动一台高效率的吸收式热泵

让其从0℃环境的空气中取热100kW

此时 则有可能向房间提供200kW

温度为40℃的热量

此时 我们认为付出了1份高品位的热量

产生了两份40℃的低品位热量

我们用COP 表示其供热效率

此时COP=2

如果热源温度和环境温度越高

吸收式热泵制取的热量将越大

COP也越高

当我们采用更高品位的能量

例如电能

则可利用电驱动空气源热泵

从空气中提取300kW的低品位热量

使COP达到4

我们站在供热的立场去看这个问题

我们就将这个热功转换装置叫做 热泵

反过来

如果我们用这个热功转换装置去制取低温介质

获得我们需要的冷量的时候

我们就将这个装置叫做 制冷机

假设环境温度为30℃

我们付出了100kW电能

获得了400 kW的0℃的冷量

我们就认为这台制冷机的制冷能效比COP

就为400kW/100kW=4

那么 制冷和热泵的定义是什么呢

二者之间有何区别和联系呢

制冷 是使自然界的某个物体

或者某个空间达到低于周围环境温度

并维持这个温度

因此 制冷机就是实现制冷效应的设备或装置

热泵 是在某种动力驱动下

通过热力学逆循环

将热量从低温环境

连续地转移到高温环境中

并实现制热或者制冷的设备或装置

低温环境是热量的来源方

故为热泵的热源

我们习惯称为 低温热源

高温环境是热量的汇聚方

是热泵的热汇

我们习惯称它为 高温热源

从上述定义可以看出

热泵 是一个广义的概念

它包含了制冷的含义

因此

制冷机与热泵的工作原理相同

组成结构也相同

但 二者也存在着一定的区别

第一个区别是 使用目的不同

制取热量或制取冷量是它们的目的

例如 我们家里的电冰箱

超市的陈列柜 就是专门为了食品保鲜

防止腐败变质的制冷装置

它的使用目的就是制冷

而 我们在不同地区使用的空调器

就有单冷型和热泵型两类

单冷型空调器 仅仅是为了制冷

常常用在炎热地区或冬季有其他供暖设施的地区

而单独为供热去研发空调器也是可行的

但 由于任何地区都可能有供冷的需求

所以 即使是主要用于供热的空调器

往往也会带上制冷功能

目前 使用最广的空调器是热泵型空调器

它夏季制冷 冬季制热

是我国夏热冬冷地区

住宅建筑主要的冷热源方式

因此 我们平时称为热泵型空调器的

就是这种既有制冷 又有制热功能的空调器

可见

热泵型空调器中包含了单冷型空调器的功能

第二个不同点是 工作温度范围不同

也就是说

制冷机的冷凝和蒸发温度之差比较稳定

变化范围较小

而 热泵的工作温度范围则往往比制冷机更宽

冷凝与蒸发温度之差所覆盖的温度区域更大

所以

很多学校都开设了《制冷与热泵技术》课程

就是要研究

人工冷源或热源产生的原理 设备 装置的科学

我们将在这个基础上

增加一部分关于吸收式制冷与热泵

供热锅炉的内容

就构成了我们这门课 《建筑冷热源》课程

前面 已经介绍了制冷与热泵的关系

其中 制冷技术的发展比热泵技术更早

更为基础

下面 我简单介绍一下制冷技术的分类

制冷技术 根据制取的温度范围不同分为三类

第一类 普通制冷 简称 普冷

制取–120℃以上低温的技术

主要用在空气调节 食品贮藏

工艺冷却和军事等人工环境领域

第二类 深度制冷 简称 深冷

是制取-120℃~20K(就是-253.15℃)这种低温的技术

主要应用于空气分离 LNG制造

化工过程等工艺中

第三类是 低温和超低温

是制取20K(-253.15℃)以下低温的技术

在超导 宇宙空间模拟等领域应用广泛

建筑环境领域的制冷技术 属于普冷范畴

其实现制冷的方法主要有

相变制冷 气体膨胀制冷

热电制冷 热声制冷

以及磁制冷和弹热制冷等

在各种制冷方式中

液体气化的相变制冷

在我们建筑冷热源领域应用最广

我们在本课程中将重点讲述 蒸气压缩式制冷

和吸收式制冷技术就属于这类

总而言之

任何伴随着吸热的物理 化学现象

原则上都有可能实现制冷

请有兴趣的同学 去查阅相关文献

了解相关技术原理和研究进展

下面 我再简要介绍一下建筑冷热源系统

暖通空调系统 是为建筑提供健康 舒适

以及满足工艺要求的空气环境的系统

在《暖通空调》课程中

我们已经知道了

暖通空调系统 由空气处理系统

冷热源系统

和输送空气和水的能量输配系统

三个子系统构成

这三个子系统有机联系 互相影响

其中

空气处理系统

是处理空气并送入室内

以满足室内的温度 湿度 风速

洁净度等参数要求

第二是 冷热源系统

是服务于暖通空调系统的冷热源设备

以及关联设备 管路等构成的系统的总称

冷水机组 锅炉等设备

是暖通空调系统的冷热源设备

是暖通空调系统中能耗最高的环节

所谓冷热源设备的关联设备

是指冷却塔 冷却水泵 冷热水泵等

特别需要注意的是

大量的冷热源设备 本身就是暖通空调系统

例如 我们家里使用的房间空调器 还有单元式空调机 多联机系统等

第三类系统就是 能量输配系统

包括 水系统和风系统

是连接暖通空调系统

和冷热源设备之间的能量输配系统

其目的是

以水和空气为能量携带介质

向建筑各个房间或区域输配满足需求的冷热量

而不是输配的水和空气本身

建筑冷热源系统根据其设备的集中程度

可以分为集中式系统和分散式系统两类

集中式系统

就是集中制备冷热量

再利用冷媒或热媒系统将之输送到用户末端

常见的集中式冷热源包括

冷冻站 集中锅炉 城市热网

集中锅炉房等等

分散式系统

就是对建筑细分区域

在不同的区域单独设置冷热源设备

将制取的冷热量直接送入用户末端

如 房间空调器 单元机

多联机 壁挂炉等等

任何一个冷热源系统均可划分为

热源采集 热源输配 冷热源设备

冷热量输送 以及冷热量释放5个环节

在具体的系统中

有些环节甚至所有的环节 可以合并为一个环节

从图中可以看出

最上面的这个图

是常用的采用冷水机组的集中式冷热源系统

当冷却塔 冷却水泵和冷水机组的功能

集中在一起时

就相当于与我们常用的空气源热泵冷热水机组

当将空气源热泵冷热水机组和冷冻水泵

室内末端再进一步集成在一起的话

就成为了我们的多联机空调系统

当室内的末端数量进一步减少至一个室内机的时候

就成为了单元式空调机

当这个单元式空调机组的容量更小的时候

也就是我们熟知的房间空调器

可见 从上到下

冷热源设备的集成度逐渐提高

空调器 电暖气等冷热源设备

本身就是最简单的冷热源系统

建筑冷热源课程列表:

第一章 建筑冷热源概述

-1.1 建筑冷热源概述

--1.1 建筑冷热源概述

-1.2 冷热源设备与系统

--1.2 冷热源设备与系统

-1.3 《建筑冷热源》课程的知识结构

--1.3《建筑冷热源》课程的知识结构

-第一章课后习题

-建筑冷热源概述-讨论题1

-建筑冷热源概述-讨论题2

-第一章讲义 建筑冷热源概述

第二章 蒸气压缩式制冷与热泵原理

-2.1 理想循环

--2.1 理想循环

-2.2 理论循环

--2.2 理论循环

-2.3 循环计算

--2.3 循环计算

-2.4 循环改善

--2.4.1.1 提升制冷循环的能效比(1)

--2.4.1.2 提升制冷循环的能效比(2)

--2.4.2 改善制冷循环的低温性能

--2.4.3 改善制冷循环的高温性能

-2.5 实际循环

--2.5 实际循环

-第二章课后习题

-蒸气压缩式制冷与热泵原理-讨论题1

-蒸气压缩式制冷与热泵原理-讨论题2

-第二章讲义 蒸气压缩式制冷与热泵原理

第三章 制冷工质

-3.1 制冷剂

--3.1.1 制冷剂的定义、分类、命名

--3.1.2 制冷系统对制冷剂的要求

--3.1.3 常用制冷剂

--3.1.4 制冷剂的发展历程

-3.2 润滑油

--3.2 润滑油

-3.3 载冷剂

--3.3 载冷剂

-第三章课后习题

-制冷工质-讨论题1

-制冷工质-讨论题2

-第三章讲义 制冷工质

第四章 制冷热泵系统主要设备

-4.1 压缩机

--4.1.1 制冷压缩机的种类与应用领域

--4.1.2 压缩机的工作过程

--4.1.3 (1)容积式压缩机的结构和工作原理-活塞式压缩机

--4.1.3 (2)容积式压缩机的结构和工作原理-转子式压缩机

--4.1.3 (3)容积式压缩机的结构和工作原理-涡旋式压缩机

--4.1.3 (4)容积式压缩机的结构和工作原理-螺杆式压缩机

--4.1.4 离心式压缩机的结构和工作原理

--4.1.5 压缩机的运行工况和性能参数

--4.1.6 压缩机的运行极限

--4.1.7 压缩机小结

--4.1压缩机课后习题

--压缩机-讨论题1

--压缩机-讨论题2

--第四章讲义 压缩机部分

-4.2 换热器

--4.2.1 换热设备在制冷系统中的重要性

--4.2.2.1 制冷系统中的换热设备-冷凝器(1)

--4.2.2.2 制冷系统中的换热设备-冷凝器(2)

--4.2.2.3 制冷系统中的换热设备-蒸发器

--4.2.2.4 制冷系统中的换热设备-其他换热器

--4.2.3 冷却塔

--4.2换热器课后习题

--换热设备-讨论题1

--换热设备-讨论题2

--第四章讲义 换热设备部分

-4.3 节流装置

--4.3.1 节流装置的安装位置与功能

--4.3.2 节流装置的种类

--4.3.3.1 热力膨胀阀(1)

--4.3.3.2 热力膨胀阀(2)

--4.3.4 电子膨胀阀

--4.3节流装置课后习题

--节流装置-讨论题1

--节流装置-讨论题2

--第四章讲义 节流装置部分

-4.4 辅助设备

--4.4.1 辅助设备的类型与安装位置

--4.4.2 典型辅助设备的结构原理

--4.4.3 制冷剂管道

--4.4辅助设备课后习题

--辅助设备-讨论题1

--辅助设备-讨论题2

--第四章讲义 辅助设备部分

第五章 制冷热泵系统及其运行调节

-5.1 蒸气压缩式制冷热泵系统

--5.1.1 蒸气压缩式制冷热泵系统

--5.1.2 氟利昂制冷系统

-5.2 蒸气压缩式制冷热泵系统的工作特性

--5.2.1 蒸气压缩式制冷热泵系统的工作特性(1)

--5.2.2 蒸气压缩式制冷热泵系统的工作特性(2)

-5.3 蒸气压缩式制冷热泵装置的性能调节

--5.3.1 压缩机的容量调节(1)

--5.3.2 压缩机的容量调节(2)

--5.3.3 压缩机的容量调节(3)

--5.3.4 冷凝压力调节、蒸发压力调节及安全控制

-第五章课后习题

-制冷热泵系统及其运行调节-讨论题1

-制冷热泵系统及其运行调节-讨论题2

-第五章讲义 系统与调节

第六章 吸收式制冷与热泵

-6.1 吸收式制冷技术发展简况

--6.1 吸收式制冷技术发展简况

-6.2 吸收式制冷的基本原理

--6.2.1 吸收式制冷的基本原理(1)

--6.2.2 吸收式制冷的基本原理(2)

-6.3 溴化锂二元溶液的基本性质

--6.3.1 溴化锂二元溶液的基本性质(1)

--6.3.2 溴化锂二元溶液的基本性质(2)

-6.4 溴化锂吸收式制冷机组的结构原理

--6.4.1 单效机组的工作原理

--6.4.2 单效机组的原理分析

--6.4.3 双效吸收式制冷机

--6.4.4 直燃机

-6.5 吸收式热泵机组的类型与工作原理

--6.5 吸收式热泵机组的类型与工作原理

-6.6 吸收式制冷与热泵机组的性能改善

--6.6 吸收式制冷与热泵机组的性能改善

-第六章课后习题

-吸收式制冷与热泵-讨论题1

-吸收式制冷与热泵-讨论题2

-第六章讲义 吸收式制冷与热泵

第七章 供热锅炉

-7.1 锅炉及锅炉房基本知识

--7.1.1 锅炉及其热工知识

--7.1.2 锅炉房设备

-7.2 锅炉的热效率

--7.2.1 燃料及其燃烧反应

--7.2.2 热平衡方程

--7.2.3 锅炉的热效率

-7.3 供热锅炉

--7.3.1 锅炉的类型及典型结构

--7.3.2.1 供热用典型热水锅炉(1)

--7.3.2.2 供热用典型热水锅炉(2)

-第七章课后习题

-供热锅炉-讨论题1

-供热锅炉-讨论题2

-第七章讲义 供热锅炉基础

第八章 建筑冷热源设备与系统

-8.0 引言

--8.0 引言

-8.1 单独热源设备

--8.1 单独热源设备

-8.2 单独冷源设备

--8.2 单独冷源设备

-8.3 冷热同源设备

--8.3.1.1 空气-空气热泵机组(1)

--8.3.1.2 空气-空气热泵机组(2)

--8.3.2 水-水热泵机组

--8.3.3 空气-水热泵与水-空气热泵机组

--8.3.4 同时制冷和制热的机组

-第八章课后习题

-建筑冷热源设备与系统-讨论题1

-建筑冷热源设备与系统-讨论题2

-第八章讲义 建筑冷热源设备与系统

第九章 空调与供暖水系统

-9.1 空调与供暖水系统概述

--9.1 空调与供暖水系统概述

-9.2 冷水/热水系统的类型与特点

--9.2.1 直连/间连系统

--9.2.2 两水管/四水管水系统

--9.2.3 开式/闭式系统

--9.2.4 一级泵系统

--9.2.5 二级泵系统

--9.2.6 水系统的定压方式

--9.2.7 不同的泵与冷水机组连接方式

-9.3 冷却水系统

--9.3 冷却水系统

-9.4 实际工程水系统举例

--9.4 实际工程水系统举例

-第九章课后习题

-空调与供暖水系统-讨论题2

-空调与供暖水系统-讨论题1

-第九章讲义 空调与供暖水系统

第十章 课程总结

-10.1 课程总结

--10.1 课程总结

-10.2 问题探讨

--10.2.1 建筑中的冷和热

--10.2.2 建筑节能的技术路线

--10.2.3 产品设计与工程应用

-10.3 结束语

--10.3 结束语

-第十章课后习题

-课程总结-讨论题1

-课程总结-讨论题2

-课程教学评估

-第十章讲义 课程总结

1.2 冷热源设备与系统笔记与讨论

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