第1章概述 1

1.1熱泵的熱力學原理 1

1.1.1熱泵的定義 1

1.1.2逆卡諾（Carnot）循環 2

1.1.3洛倫茲（Lorenz）循環 3

1.1.4熱泵的性能指標 3

1.2熱泵的節能和環境效益 5

1.2.1熱泵的節能效益 5

1.2.2熱泵的環境效益 5

1.3熱泵的低位熱源 5

1.3.1空氣 5

1.3.2太陽能 6

1.3.3淺層地熱能 7

1.3.4餘熱能 7

1.4熱泵的驅動能源和驅動裝置 9

1.4.1驅動能源和能源利用繫數 9

1.4.2驅動裝置 10

1.5熱泵的分類 11

1.5.1按工作原理分類 11

1.5.2按載熱（冷）介質分類 14

1.5.3按低位熱源分類 16

1.5.4按熱泵制取熱能的溫度分類 18

1.6熱泵的發展歷程與政策支持 18



第2章蒸氣壓縮式熱泵 22

2.1蒸氣壓縮式熱泵循環 22

2.1.1蒸氣壓縮式熱泵工作過程 22

2.1.2蒸氣壓縮式熱泵的循環 23

2.1.3蒸氣壓縮式熱泵理論循環熱力計算 26

2.2蒸氣壓縮式熱泵工質 31

2.2.1熱泵工質的發展歷程 31

2.2.2熱泵工質的分類及編號 32

2.2.3對熱泵工質的要求 35

2.2.4常用熱泵工質 42

2.3蒸氣壓縮式熱泵的基本部件 43

2.3.1蒸氣壓縮式熱泵壓縮機 43

2.3.2蒸氣壓縮式熱泵換熱器 64

2.3.3蒸氣壓縮式熱泵節流裝置 73

2.4蒸氣壓縮式熱泵的其他部件 75

2.4.1四通換向閥 75

2.4.2過濾器 75

2.4.3氣液分離器 76

2.4.4油分離器 77

2.4.5儲液器 77

2.4.6電磁閥 77



第3章吸收式熱泵 78

3.1吸收式熱泵概述 78

3.1.1吸收式熱泵的基本構成和工作過程 78

3.1.2吸收式熱泵的熱力繫數 79

3.1.3吸收式熱泵的分類 80

3.2吸收式熱泵的工質對 81

3.2.1工質對的選擇 81

3.2.2水-溴化鋰工質對的基本特性 83

3.3吸收式熱泵循環及計算 88

3.3.1吸收式熱泵循環 88

3.3.2單效溴化鋰吸收式熱泵循環及計算 90

3.3.3雙效溴化鋰吸收式熱泵循環及計算 96

3.3.4第二類吸收式熱泵的循環 102

3.4吸收式熱泵的結構和流程 106

3.4.1單效溴化鋰吸收式熱泵的結構和流程 106

3.4.2雙效溴化鋰吸收式熱泵的結構和流程 108

3.5吸收式熱泵的主要部件 110

3.5.1發生器 110

3.5.2吸收器 112

3.5.3冷凝器 113

3.5.4蒸發器 114

3.5.5溶液熱交換器 114

3.5.6工質節流部件 115

3.5.7凝水換熱器 115

3.5.8抽氣裝置 115

3.5.9屏蔽泵 116

3.5.10燃燒裝置 117

3.5.11安全裝置 118



第4章土壤源熱泵繫統設計 120

4.1土壤源熱泵繫統概述 120

4.1.1土壤源熱泵的定義 120

4.1.2土壤源熱泵繫統結構 120

4.1.3地埋管換熱繫統的形式 121

4.1.4土壤源熱泵繫統的特點 127

4.2土壤換熱器管材及換熱介質 128

4.2.1土壤換熱器管材 128

4.2.2管材規格和壓力級別 128

4.2.3土壤換熱器循環介質 130

4.3地埋管換熱繫統設計 131

4.3.1地埋管換熱器負荷計算 131

4.3.2土壤熱物性測試與計算 132

4.3.3土壤換熱器數量計算 141

4.3.4土壤換熱器布置形式 148

4.3.5土壤換熱器阻力損失計算 151

4.4土壤熱平衡問題 157

4.4.1土壤熱平衡概念 157

4.4.2土壤熱失衡的原因 157

4.4.3土壤熱失衡的影響和危害 158

4.4.4解決方案 158

4.5土壤源熱泵-冷卻塔復合式繫統 159

4.5.1復合繫統的形式 159

4.5.2控制策略 160

4.5.3復合繫統的設備選型 161

4.5.4復合繫統的設計優化與關鍵問題 164

4.6土壤源熱泵-太陽能復合繫統 165

4.6.1復合繫統的形式 165

4.6.2太陽能集熱繫統設計 167

4.6.3繫統應用的關鍵問題 169



第5章地下水源熱泵繫統設計 171

5.1地下水資源 171

5.1.1地下水的形成 171

5.1.2地下水的類型 172

5.1.3地下水的性質 172

5.2地下水資源勘察與繫統形式 176

5.2.1地下水資源勘察 176

5.2.2地下水源熱泵繫統的形式 177

5.3地下水換熱繫統設計 178

5.3.1設計基本步驟 178

5.3.2地下水總水量的確定 178

5.3.3板式換熱器的選擇 179

5.4熱源井的設計與施工 180

5.4.1熱源井的形式 180

5.4.2管井的構造 181

5.4.3過濾器的設計要點 182

5.4.4單井流量 185

5.4.5管井的施工 186

5.4.6管井的維護與管理 187

5.5地下水的回灌 188

5.5.1地下水回灌技術 188

5.5.2回灌井回灌的設計施工要點 191

5.6地下水源熱泵繫統設計需要注意的問題 192



第6章地表水源熱泵繫統設計 194

6.1地表水源熱泵繫統概述 194

6.1.1地表水 194

6.1.2地表水源熱泵應用的形式 195

6.1.3地表水源熱泵的特點 197

6.1.4地表水源熱泵研究與應用中存在的主要問題 197

6.2地表水源熱泵工程勘察 198

6.2.1工程場地及地表水源勘察 198

6.2.2地表水設計水溫的確定 198

6.3開式地表水源熱泵繫統設計 199

6.3.1取水口的位置 199

6.3.2岸邊式取水構築物 200

6.3.3河床式取水構築物 202

6.3.4浮船取水 205

6.3.5滲濾取水 206

6.3.6地表水排水設施 207

6.4閉式地表水源熱泵繫統設計 208

6.4.1閉式地表水源熱泵設計步驟 208

6.4.2盤卷式盤管換熱器設計 209

6.5海水源熱泵繫統設計 217

6.5.1海水源熱泵繫統設計的基本原則 217

6.5.2海水源熱泵繫統的設計方案 217

6.5.3海水取水構築物 218

6.6地表水水質的影響 220

6.6.1結垢問題 220

6.6.2堵塞問題 221

6.6.3腐蝕問題 222

6.6.4水生生物的影響 224



第7章污水源熱泵繫統設計 225

7.1污水源熱泵繫統概述 225

7.1.1污水源熱泵的特點 225

7.1.2污水的特性 226

7.1.3工業污廢水 228

7.1.4繫統形式 228

7.2污水源熱泵應用的關鍵問題 230

7.2.1污染物問題 231

7.2.2污垢問題 232

7.2.3腐蝕問題 234

7.3污水源熱泵繫統設計 235

7.3.1繫統設計的前提條件 235

7.3.2污水水源 235

7.3.3循環繫統設計 235

7.3.4設備的選用 237

7.4污水引退水繫統設計 238

7.4.1城市原生污水引退水 238

7.4.2污水處理廠引退水 241



第8章空氣源熱泵繫統設計 242

8.1空氣源熱泵機組 242

8.2空氣源熱泵機組的除霜 244

8.2.1空氣源熱泵的結霜 244

8.2.2除霜方法 246

8.2.3除霜控制 248

8.3空氣源熱泵在寒冷地區的應用 249

8.3.1空氣源熱泵在低溫工況存在的問題 249

8.3.2改善空氣源熱泵低溫運行特性的技術措施 250

8.4空氣源熱泵繫統設計 255

8.4.1方案選擇中的注意事項 255

8.4.2空氣源熱泵機組的名義工況與變工況特性 258

8.4.3空氣源熱泵機組及輔助熱源的設計選型 262



第9章熱泵冷熱源機房設備選型計算 268

9.1熱泵機組的選擇 268

9.2循環水泵 269

9.2.1循環水泵選型參數 269

9.2.2阻力計算 270

9.3繫統定壓補水 280

9.3.1開式膨脹水箱 280

9.3.2氣壓罐定壓 282

9.3.3變頻補水泵定壓 283

9.4軟化水處理設備 284

9.5其他設備 285

9.5.1冷卻塔 285

9.5.2分/集水器 286

9.5.3旋流除沙器 287



第10章熱泵繫統設計案例 288

10.1土壤源熱泵繫統設計案例 288

10.2地下水源熱泵繫統設計案例 293

10.3地表水源熱泵繫統設計案例 298

10.4污水源熱泵繫統設計案例 303



參考文獻 307

隨著經濟的快速發展以及人民生活水平的提高，能源與環境問題日益突出，節能環保、低碳減排不僅僅是宣傳口號，實際上已經融入了我們的日常生產生活中。熱泵技術通過消耗一定的能量（電、燃氣等）將熱量從低位熱源向高位熱源進行轉移，既可以實現制熱，也可以實現制冷，在制熱方面節能效果尤其顯著，其制熱效率是傳統制熱方式（電熱鍋爐、燃氣鍋爐等）的幾倍，在節約了一次能源的同時降低了對環境的污染。熱泵的低位熱源有很多，比如空氣、太陽能、地熱能以及生產生活中的排熱等，可以看出熱泵也是一種可再生能源和餘熱回收利用技術。目前，熱泵裝置不僅為民用建築、公共建築、工廠廠房提供供暖、空調和熱水，還在一些工業的生產工藝過程中得到了應用。

本書首先對熱泵技術進行了介紹，重點闡述了蒸氣壓縮式熱泵和吸收式熱泵的工作原理與結構部件；然後針對不同類型的低位熱源，闡述了幾種應用比較廣泛的熱泵繫統應用形式、結構組成以及設計方法；後介紹了大中型熱泵空調繫統的工程設計應用案例。本書將熱泵理論與實踐緊密結合，可以作為高等院校新能源科學與工程專業、建築環境與設備工程專業本科生及研究生的教學用書，也可以為工程技術人員在設計、施工和使用過程中提供參考。

本書共分為10章，第1、2章由唐志偉編寫，第3、4、5、10章由張宏宇編寫，第6、7、8章由牛利敏編寫，第9章由劉愛潔編寫。全書由唐志偉統稿。另外，劉靜、陸穎、肖榮暉、王昊等參與了本書的編寫工作，在此表示衷心感謝。

本書引用了許多參考文獻和工程實例，在此向作者一並致謝。

限於編者學術水平及教學經驗，書中難免有不足之處，敬請讀者批評指正。



編著者

2021年6月