热泵技术与应用（第3版）内容简介

本书主要阐述热泵的基本原理和主要设备,以及热泵空调系统的设计方法和技术措施。其内容包括热泵机组的工作原理、空气源热泵系统设计、水源热泵系统设计、土壤源热泵系统设计,并介绍了大型公共建筑热泵空调工程的成功应用实例。本书注重知识的系统性,内容全面详实,反映了热泵领域*新的科学研究成果和工程应用进展。

第 3 版前言

第 2 版前言

第 1 版前言

第 1 章 概论 1

1. 1 热泵的节能与环境效益 1

1. 1. 1 热泵的定义 1

1. 1. 2 热泵的节能效益 1

1. 1. 3 热泵的环境效益 2

1. 2 热泵循环的热力学原理 2

1. 2. 1 逆卡诺循环 2

1. 2. 2 洛伦兹循环 3

1. 2. 3 热泵的热力经济性指标 3

1. 3 热泵的低位热源 4

1. 3. 1 空气 4

1. 3. 2 水 5

1. 3. 3 土壤 8

1. 3. 4 太阳能 8

1. 4 热泵的驱动能源和驱动装置 9

1. 4. 1 热泵的驱动能源和能源利用系数 9

1. 4. 2 热泵的驱动装置 10

1. 5 热泵的分类 11

1. 5. 1 热泵的分类方法 11

1. 5. 2 按热泵机组换热器所接触的

载热介质分类 11

1. 5. 3 按低位热源分类 13

1. 6 热泵发展的历史与现状 15

思考题 19

第 2 章 蒸气压缩式热泵的工作原理 20

2. 1 蒸气压缩式热泵循环 20

2. 1. 1 单级蒸气压缩式热泵的工作过程 20

2. 1. 2 单级蒸气压缩式热泵循环在

压焓图上的表示 20

2. 1. 3 单级蒸气压缩式热泵的实际循环 22

2. 2 蒸气压缩式热泵的工质 26

2. 2. 1 热泵工质的发展历程 26

2. 2. 2 热泵工质与环境保护 27

2. 2. 3 对热泵工质的要求 29

2. 2. 4 常用的热泵工质 31

2. 2. 5 热泵工质的热力性质计算原理 33

2. 3 蒸气压缩式热泵的压缩机 35

2. 3. 1 热泵用压缩机的特点和要求 35

2. 3. 2 活塞式压缩机 36

2. 3. 3 涡旋式压缩机 39

2. 3. 4 螺杆式压缩机 40

2. 3. 5 离心式压缩机 44

2. 4 蒸气压缩式热泵机组 47

2. 4. 1 空气 - 空气热泵机组 47

2. 4. 2 空气 - 水热泵机组 48

2. 4. 3 水 - 水热泵机组 51

2. 4. 4 水 - 空气热泵机组 51

2. 5 蒸气压缩式热泵的故障分析与处理 52

2. 5. 1 无制热或制冷效果 52

2. 5. 2 热量或冷量不足 53

2. 5. 3 压缩机的吸气温度不正常 55

2. 5. 4 压缩机的排气压力和温度不正常 55

思考题 56

第 3 章 吸收式热泵的工作原理 57

3. 1 吸收式热泵概述 57

3. 1. 1 吸收式热泵的工作过程 57

3. 1. 2 吸收式热泵的分类 57

3. 1. 3 吸收式热泵的热力系数 59

3. 2 吸收式热泵的工质对 60

3. 2. 1 工质对的选择 60

3. 2. 2 溴化锂水溶液的性质 61

3. 3 吸收式热泵的循环及其计算 67目 录 Ⅶ

3. 3. 1 吸收式热泵的循环 67

3. 3. 2 单效溴化锂吸收式热泵的循环及其计算 68

3. 3. 3 双效溴化锂吸收式热泵的循环及其计算 71

3. 4 溴化锂吸收式热泵机组 74

3. 4. 1 单效溴化锂吸收式热泵机组的结构 74

3. 4. 2 双效溴化锂吸收式热泵机组的结构 76

3. 5 溴化锂吸收式热泵的安装调试与维护 78

3. 5. 1 溴化锂吸收式热泵的安装 78

3. 5. 2 溴化锂吸收式热泵的调试 79

3. 5. 3 溴化锂吸收式热泵的维护 81

思考题 83

第 4 章 空气源热泵系统设计 84

4. 1 空气源热泵机组的技术参数 84

4. 1. 1 空气源热泵机组的特点 84

4. 1. 2 空气源热泵机组的参数及相关标准 84

4. 2 空气源热泵机组的变工况特性 87

4. 2. 1 热源温度变化对机组供热能力的影响 87

4. 2. 2 热源温度变化对机组制冷能力的影响 88

4. 3 空气源热泵空调机组冬季除霜控制 89

4. 3. 1 结霜过程及其影响因素 89

4. 3. 2 除霜过程及其控制方法 91

4. 3. 3 空气源热泵除霜的研究方向 93

4. 4 空气源热泵系统的平衡点 94

4. 4. 1 热泵供热量与建筑物耗热量的供需矛盾 94

4. 4. 2 最佳平衡点温度 95

4. 4. 3 辅助加热 96

4. 4. 4 空气源热泵机组的能量调节 97

4. 5 空气源热泵系统设计要点 98

4. 5. 1 空调负荷的计算 98

4. 5. 2 空气源热泵系统方案选择 99

4. 5. 3 设备容量确定 102

4. 5. 4 水系统设计 102

4. 5. 5 新风处理 103

4. 5. 6 设备的布置设计 104

思考题 105

第 5 章 水源热泵系统设计 106

5. 1 水源热泵空调系统的特点和分类 106

5. 1. 1 水源热泵系统的特点 106

5. 1. 2 水源热泵机组的种类 106

5. 1. 3 水源热泵系统的分类 107

5. 2 水源热泵空调系统的运行性能 112

5. 2. 1 水源热泵机组的变工况性能 112

5. 2. 2 影响水源热泵系统运行性能的因素 115

5. 3 热源 ( 热汇) 水的处理方法与措施 117

5. 3. 1 热源 ( 热汇) 循环水系统的水处理方法 117

5. 3. 2 热源 ( 热汇) 循环水系统的水处理措施 118

5. 4 水源热泵空调系统设计要点 119

5. 4. 1 水文地质工程勘查 119

5. 4. 2 地下水回灌设计 120

5. 4. 3 地表水取水设计 121

5. 4. 4 与热源 (热汇) 交换的热量计算 121

5. 4. 5 水源热泵机组的选择 122

5. 4. 6 海水源热泵系统的特殊问题 122

5. 4. 7 污水源热泵系统的特殊问题 123

5. 5 地下水源热泵系统设计 124

5. 5. 1 开式环路地下水系统设计 124

5. 5. 2 闭式环路地下水系统设计 127

5. 5. 3 热源井的结构与设计要点 134

5. 6 地表水源热泵系统设计 138

5. 6. 1 闭式环路地表水热泵系统的设计 138

5. 6. 2 塑料盘管换热器设计 140

5. 6. 3 地表水取水口设计 146

5. 7 海水源热泵系统设计 148

5. 7. 1 海水源热泵系统的工作原理 148

5. 7. 2 海水源热泵系统设计的基本原则 149

5. 7. 3 海水源热泵系统设计方案 149

5. 7. 4 海水取水构筑物 149

5. 8 污水源热泵系统设计 152

5. 8. 1 污水源热泵系统设计方案 152

5. 8. 2 污水源热泵系统防堵､ 防腐､防垢措施 152

5. 8. 3 城市原生污水源取水设计 153

5. 8. 4 污水源热泵中心能源站设计的几个问题 154

5. 9 水环热泵系统设计 155

5. 9. 1 水环热泵系统的分区设计 155Ⅷ 热泵技术与应用 第 3 版

5. 9. 2 水环热泵系统的水系统设计 156

思考题 156

第 6 章 土壤源热泵系统设计 157

6. 1 土壤源热泵系统的特点､ 形式和结构 157

6. 1. 1 土壤源热泵系统的特点 157

6. 1. 2 土壤源热泵系统的形式与结构 158

6. 2 土壤换热器的传热分析 160

6. 2. 1 土壤换热器传热分析模型 160

6. 2. 2 土壤换热器传热过程分析 161

6. 2. 3 土壤换热器传热计算方法 161

6. 2. 4 土壤换热器传热的主要影响因素 164

6. 3 土壤换热器设计计算 168

6. 3. 1 土壤换热器的计算特点 168

6. 3. 2 土壤换热器的设计步骤 168

6. 3. 3 土壤换热器的换热负荷计算 169

6. 3. 4 土壤热物性测试 170

6. 3. 5 土壤换热器容量计算 173

6. 3. 6 土壤换热器系统水力计算 174

6. 4 复合式土壤源热泵系统设计 177

6. 4. 1 复合式土壤源热泵系统 177

6. 4. 2 辅助冷热源设计 178

6. 4. 3 复合式土壤源热泵

系统运行控制 178

6. 5 土壤换热器管材与循环介质 179

6. 5. 1 土壤换热器管材 179

6. 5. 2 管材规格和压力级别 179

6. 5. 3 土壤换热器循环介质 180

6. 6 土壤换热器的施工 182

6. 6. 1 施工前的准备工作 182

6. 6. 2 土壤换热器管道连接 183

6. 6. 3 水平埋管土壤换热器埋管安装 184

6. 6. 4 垂直式 U 形管土壤换热器施工 185

6. 6. 5 土壤换热器的检验与水压试验 186

6. 7 土壤源热泵运行管理与能效评价 186

6. 7. 1 运行管理 186

6. 7. 2 能效评价 187

思考题 188

第 7 章 热泵空调系统工程实例 189

7. 1 空气源热泵系统的工程实例 189

7. 1. 1 武汉图书馆空气源热泵空调系统设计 189

7. 1. 2 武汉正信大厦空气源热泵空调系统设计 192

7. 1. 3 武汉楚源大厦空气源热泵空调系统设计 196

7. 1. 4 武汉 × × 花园空气源热泵空调系统设计 200

7. 2 水源热泵系统的工程实例 205

7. 2. 1 武汉 × × × 花园水源热泵空调系统设计 205

7. 2. 2 武汉塔子湖全民健身大楼水源热泵空调系统设计 210

7. 2. 3 湖北大学图书馆水源热泵空调系统设计 214

7. 2. 4 连云港职业技术学院水源热泵空调系统设计 217

7. 3 土壤源热泵系统的工程实例 220

7. 3. 1 湖北省图书馆新馆土壤源热泵系统设计 220

7. 3. 2 武汉华中智谷园区土壤源热泵空调系统设计 225

7. 3. 3 神农架某接待中心土壤源热泵空调系统设计 229

7. 3. 4 武汉鑫龙湾小区土壤源热泵空调系统设计 233

7. 3. 5 中铁大桥局总部大楼土壤源热泵空调系统设计 238

第 8 章 热泵在其他领域的应用 243

8. 1 热泵在物料干燥中的应用 243

8. 1. 1 热泵干燥的原理 243

8. 1. 2 热泵干燥的应用 244

8. 2 热泵在工业和民用项目中的应用 248

8. 2. 1 热泵在工业余热回收中的应用意义 248

8. 2. 2 热泵在冶金企业中的应用实例 248

8. 2. 3 热泵在民用项目中的应用实例 249

8. 3 热泵在制药及化工中的应用 250

8. 3. 1 热泵在蒸发浓缩和蒸馏中的应用 250

8. 3. 2 热泵蒸发浓缩和蒸馏的工程实例 251

思考题 252

附录 253

附录 A 制冷空调工程常用单位换算 253

附录 B 湿空气主要热物理参数 254

附录 C 工质的热力学性质和压焓图 256

参考文献 270

第2版前言

第1版前言

第1章概论

1.1热泵的节能与环境效益

1.1.1热泵定义

1.1.2热泵的节能效益

1.1.3热泵的环境效益

1.2热泵循环的热力学原理

1.2.1逆卡诺(Carnot)循环

1.2.2洛伦兹(Lorenz)循环

1.2.3热泵的热力经济性指标

1.3热泵的低位热源

1.3.1空气

1.3.2水

1.3.3土壤

1.3.4太阳能

1.4热泵的驱动能源和驱动装置

1.4.1热泵的驱动能源和能源利用

系数

1.4.2热泵的驱动装置

1.5热泵的分类

1.5.1热泵的分类方法

1.5.2按热泵机组换热器所接触的载热

介质分类

1.5.3按低位热源分类

1.6热泵发展的历史与现状

思考题

第2章蒸气压缩式热泵的工作原理

2.1蒸气压缩式热泵循环

2.1.1单级蒸气压缩式热泵的工作

过程

2.1.2单级蒸气压缩式热泵循环在ph

图上的表示

2.1.3单级蒸气压缩式热泵的实际

循环

2.2蒸气压缩式热泵的工质

2.2.1热泵工质的发展历程

2.2.2热泵工质与环境保护

2.2.3对热泵工质的要求

2.2.4常用的热泵工质

2.2.5热泵工质的热力性质计算原理

2.3蒸气压缩式热泵的压缩机

2.3.1热泵用压缩机的特点和要求

2.3.2活塞式压缩机

2.3.3涡旋式压缩机

2.3.4螺杆式压缩机

2.3.5离心式压缩机

2.4蒸气压缩式热泵机组

2.4.1空气空气热泵机组

2.4.2空气水热泵机组

2.4.3水水热泵机组

2.4.4水空气热泵机组

2.5蒸气压缩式热泵的故障分析与处理

2.5.1无制热或无制冷效果

2.5.2热量或冷量不足

2.5.3压缩机的吸气温度不正常

2.5.4压缩机的排气压力和排气

温度不正常

思考题

第3章吸收式热泵的工作原理

3.1吸收式热泵概述

3.1.1吸收式热泵的工作过程

3.1.2吸收式热泵的分类

3.1.3吸收式热泵的热力系数

3.2吸收式热泵的工质对

3.2.1工质对的选择

3.2.2溴化锂水溶液的性质

3.3吸收式热泵的循环及其计算

3.3.1吸收式热泵循环

3.3.2单效溴化锂吸收式热泵的循环

及其计算

3.3.3双效溴化锂吸收式热泵的循环

及其计算

3.4溴化锂吸收式热泵机组

3.4.1单效溴化锂吸收式热泵机组

的结构

3.4.2双效溴化锂吸收式热泵机组

的结构

3.5溴化锂吸收式热泵的安装调试

与维护

3.5.1溴化锂吸收式热泵的安装

3.5.2溴化锂吸收式热泵的调试

3.5.3溴化锂吸收式热泵的维护

思考题

第4章空气源热泵系统设计

4.1空气源热泵机组技术参数

4.1.1空气源热泵机组的特点

4.1.2空气源热泵机组的参数及

相关标准

4.2空气源热泵机组变工况特性

热泵技术与应用第2版目录4.2.1热源温度变化对机组供热能力

的影响

4.2.2热源温度变化对机组制冷能力

的影响

4.3空气源热泵空调机组冬季除霜控制

4.3.1结霜过程及其影响因素

4.3.2除霜过程及其控制方法

4.3.3空气源热泵除霜的研究方向

4.4空气源热泵系统的平衡点

4.4.1热泵供热量与建筑物耗热量的

供需矛盾

4.4.2最佳平衡点温度

4.4.3辅助加热

4.4.4空气源热泵机组的能量调节

4.5空气源热泵系统设计要点

4.5.1空调负荷的计算

4.5.2空气源热泵系统方案选择

4.5.3设备容量确定

4.5.4水系统设计

4.5.5新风处理

4.5.6设备的布置设计

思考题

第5章水源热泵系统设计

5.1水源热泵空调系统的特点和分类

5.1.1水源热泵系统的特点

5.1.2水源热泵机组的种类

5.1.3水源热泵系统的分类

5.2水源热泵空调系统的运行性能

5.2.1水源热泵机组的变工况性能

5.2.2影响水源热泵系统运行性能

的因素

5.3热源（热汇）水的处理方法

与措施

5.3.1热源（热汇）循环水系统的水

处理方法

5.3.2热源（热汇）循环水系统的水

处理措施

5.4水源热泵空调系统设计要点

5.4.1水文地质工程勘察

5.4.2地下水回灌设计

5.4.3地表水取水设计

5.4.4与热源（热汇）交换的热量

计算

5.4.5水源热泵机组的选择

5.4.6海水源热泵系统的特殊问题

5.4.7污水源热泵系统的特殊问题

5.5地下水源热泵系统设计

5.5.1开式环路地下水系统设计

5.5.2闭式环路地下水系统设计

5.5.3热源井的结构与设计要点

5.6地表水源热泵系统设计

5.6.1闭式环路地表水热泵系统

的设计

5.6.2塑料盘管换热器设计

5.6.3地表水取水口设计

5.7海水源热泵系统设计

5.7.1海水源热泵系统工作原理

5.7.2海水源热泵系统设计的

基本原则

5.7.3海水源热泵系统设计方案

5.7.4海水取水构筑物

5.8污水源热泵系统设计

5.8.1污水源热泵系统设计方案

5.8.2污水源热泵系统防堵、防腐、防垢

措施

5.8.3城市原生污水源取水设计

5.8.4污水源热泵中心能源站设计的

几个问题

5.9水环热泵系统设计

5.9.1水环热泵系统的分区设计

5.9.2水环热泵系统的水系统设计

思考题

第6章土壤源热泵系统设计

6.1土壤源热泵系统的特点、形式和

结构

6.1.1土壤源热泵系统特点

6.1.2土壤源热泵系统的形式与结构

6.2土壤换热器的传热分析

6.2.1土壤换热器传热分析模型

6.2.2土壤换热器传热过程分析

6.2.3土壤换热器传热计算方法

6.2.4土壤换热器传热的主要影响

因素

6.3土壤换热器设计计算

6.3.1土壤换热器的计算特点

6.3.2土壤换热器设计步骤

6.3.3土壤换热器的换热负荷计算

6.3.4土壤热物性测试

6.3.5土壤换热器容量计算

6.3.6土壤换热器系统水力计算

6.4复合式土壤源热泵系统设计

6.4.1复合式土壤源热泵系统

6.4.2辅助冷热源设计

6.4.3复合式土壤源热泵系统运行

控制

6.5土壤换热器管材与循环介质

6.5.1土壤换热器管材

6.5.2管材规格和压力级别

6.5.3土壤换热器循环介质

6.6土壤换热器的施工

6.6.1施工前准备工作

6.6.2土壤换热器管道连接

6.6.3水平埋管土壤换热器埋管安装

6.6.4垂直式U形土壤换热器施工

6.6.5土壤换热器系统的检验与

水压试验

6.7土壤源热泵运行管理与能效评价

6.7.1运行管理

6.7.2能效评价

思考题

第7章热泵空调系统工程实例

7.1空气源热泵系统的工程实例

7.1.1武汉图书馆空气源热泵空调

系统设计

7.1.2武汉正信大厦空气源热泵空调

系统设计

7.1.3武汉楚源大厦空气源热泵空调

系统设计

7.1.4武汉××花园空气源热泵空调

系统设计

7.2水源热泵系统的工程实例

7.2.1武汉×××花园水源热泵空调

系统设计

7.2.2武汉塔子湖全民健身大楼水源热泵

空调系统设计

7.2.3湖北大学图书馆水源热泵空调

系统设计

7.2.4连云港职业技术学院水源热泵空调

系统设计

7.3土壤源热泵系统的工程实例

7.3.1湖北省图书馆新馆土壤源热泵

系统设计

7.3.2武汉中华奇石馆土壤源热泵空调

系统设计

7.3.3神农架某接待中心土壤源热泵空调

系统设计

7.3.4武汉××湾土壤源热泵空调

系统设计

第8章热泵在其他领域的应用

8.1热泵在物料干燥中的应用

8.1.1热泵干燥原理

8.1.2热泵干燥的应用

8.2热泵在工业和民用项目中的应用

8.2.1热泵在工业余热回收中的

应用意义

8.2.2热泵在冶金企业中的应用实例

8.2.3热泵在民用项目中的应用实例

8.3热泵在制药及化工中的应用

8.3.1热泵技术在蒸发浓缩和蒸馏中

的应用

8.3.2热泵蒸发浓缩和蒸馏的

工程实例

思考题

附录

附录A制冷空调工程常用单位换算

附录B湿空气主要热物理参数

附录C工质的热力学性质表

和压焓图

参考文献2100433B

本书阐述热泵的基本原理和主要设备，以及热泵空调系统的设计方法和技术措施。内容包括热泵机组的工作原理、空气源热泵系统设计、水源热泵系统设计、土壤源热泵系统设计，并介绍了大型公共建筑热泵空调工程的成功应用实例。本书注重知识的系统性，内容全面详实，反映了热泵领域最新的科学研究成果和工程应用进展。

本书第2版自2008年问世至今已经走过6个年头，承蒙很多高校材料力学教学第一线的老师和同学以及业余读者的关爱和支持，已经连续印刷了10次。 2012年获得清华大学优秀教材特等奖；同年，相应的教学成果获得北京市高等学校优秀教学成果一等奖。2012年本书第3版被列入 “十二五”普通高等教育本科国家级规划教材；2013年被批准为清华大学“985”三期名优教材建设项目立项。

最近的6年里，著者秉承不断提高课程重量、着力培养学生创新思维能力的教育与教学理念，先后在清华大学、南京航空航天大学、北京工业大学以及北京邮电大学从事“材料力学”研究型教学的研究与实践，坚持全过程讲授这门课程，授课对象每年约200名。在同事和同学们的支持与帮助下，对于教育和教学改革又有了一些新的体会和收获。材料力学（第3版）将着重反映6年来我们在研究型教学方面所取得的成果。主要有: 怎样在基于普遍提高教学质量的基础上，培养学生的创新思维能力；怎样提高课程的吸引力，增强课程教学的学术性；怎样挖掘基本教学内容的深度；怎样对传统内容中的某些概念、理论和方法加以改革和更新，突出挑战性。基于此，本书第3版修订的主要内容有以下几方面。

第一，调整了部分章节，将材料的力学性能从“第2章 轴向载荷作用下杆件的材料力学问题”中独立出来，形成“第3章 常温静载下材料的力学性能”； 重写了“剪力图与弯矩图”作为第6章；将原来的第6章分为3章: “第7章 平面弯曲正应力分析与强度设计”和“第8章 弯曲剪应力分析与弯曲中心的概念”以及“第9章 斜弯曲、弯曲与拉伸或压缩同时作用时的应力计算与强度设计”；将原来的第8章分为: “ 应力状态与应变状态分析”和“一般应力状态下的强度设计准则及其工程应用”，分别列为第11章和12章；将原来的12章也分为两章: “动载荷与动应力概述”和“疲劳强度与构件寿命估算概述”，分别列为第16章和第17章。

第二，增加了部分教学内容，主要有: 部分非金属材料的力学性能；梁的位移叠加法中的逐段刚化法；应变分析；细长压杆实验结果；线性累积损伤与疲劳寿命估算等。

第三，将力系简化的方法引入横截面的内力分析，改革传统剪力图与弯矩图的画法。

第四，正确处理变形与位移概念的联系与区别，将确定梁的转角和挠度的章节名改为“梁的位移分析与刚度设计”。

第五，在部分章节引入“反问题”: 相对于正问题，反问题的解答不是唯一的，通过对于反问题的思考，一方面可以加深对于正问题的理解；另一方面可以激励创新思维。

第六，在部分章节设计了“开放式思维案例”作为学生课外学习和研究的资源。最近几年的教学实践表明，这对于刺激思维鼓励创新是一种有效的措施。材料力学（第3版）第七，增加了若干工程案例以及灾难性工程事故的力学解析。

第八，增加和改变了部分例题和习题。

随着课程研究型教学在更多高校开展、深入和发展，材料力学的课程教学以及教材建设还会遇到一些新问题，我们将一如既往地坚持“在教学中研究，在研究中教学”，以不断提高人才培养质量为己任，在教学实践的基础上，不断提高材料力学教材的质量。

这一版的初稿于2012年下半年—2013年上半年在国内完成；2013年7—8月在加拿大多伦多定稿。定稿期间，得到旅加的赵渊先生和范心明女士的大力支持和协助，在本书出版之际，著者谨表诚挚谢意。

诚挚地感谢广大读者对本书的关爱，希望大家对本书的缺点和不足提出宝贵意见。

范钦珊2014.1.11