2024年3月28日发(作者：归文惠)
一、计算题
1：若向室内供热10kw，采用两种用供热方案，求所需电能的消耗量，并对比作
出结论。
（1）采用电阻式加热器，直接加热室内空气。
（2）用电能拖动热泵供热。假设利用炼钢厂废热，供热温度为10℃，向室内供
热温度为40 ℃，热泵采用逆卡诺循环。
解
（1）采用电阻式加热器，直接加热室内空气，则需要供给的电能为10kw
（2）用电能拖动热泵供热。假设利用炼钢厂废热，供热温度为10℃，向室内供
热温度为40 ℃，热泵采用逆卡诺循环，则需消耗电能
εh=T2/（T2-T1）=（273+40）/（40-10）=10.4
W=Q/εh=10/10.4=0.96 kw
从上面的分析求解过程可以看到采用废热利用的热泵供热，非常节约能源。
2 作业题,画出压焓图，标注，确定4个参数求解9项指标
一水/水热泵制热时，工作条件为：冷凝器工作压力为1MPa，蒸发器工作压力
为0.3Mpa，空调用供热水进出口温度分别为10℃、18℃，取传热温差为5℃，
冷凝器中过冷度为4℃，压缩机进气温度为11℃、出气温度为40℃，理论输气量
为Vh=0.012m3/s，压缩机的输气系数为0.83，指示效率为0.9，机械效率为0.86，
热泵工质为R407C。要求画出压焓图，在图上标注7点，求解如下9项指标：
(1)单位质量吸热量
(2)单位理论压缩功
(3)单位实际压缩功
(4)单位理论制热量
(5)单位实际制热量
(6)工质循环流量
(7)单位理论热泵制热量
(8)压缩机的轴功率
(9)热泵实际制热系数
解：单级蒸气压缩式热泵循环的热力计算（重点）
4个状态参数（压焓图上1、2、5、6点）
9个指标
冷凝温度tc=（10+18）/2+5=19℃
过冷温度 t5=tc-4=19-4=15℃
已知t1=11℃，P1=0.3Mpa，查表得h1=424kJ/kg，v1=0.091m3/kg
已知t2=40℃，P2=1Mpa， 查表得h2=440kJ/kg
由t5==15℃，P5=1Mpa， 查表得h5=228.1kJ/kg
得h6 = h5=228.1kJ/kg
(1)单位质量吸热量 qe=h1-h6 =424-228.1=195.9 kJ/kg
(2)单位理论压缩功 wo=h2-h1 =440-428=12 kJ/kg
(3)单位实际压缩功 we=wo/(0.9*0.86) =12/(0.9*0.86)=15.5 kJ/kg
(4)单位理论制热量 qho=h2-h5 =440-228.1=211.5 kJ/kg
(5)单位实际制热量 qh=qe+we =195.9+15.5=211.4 kJ/kg
(6)工质循环流量 G=Vh*0.83/v1 =0.012*0.83/0.091=0.11kg/s
(7)热泵制热量 Qh= qh*G =211.4*0.11=23.3kw
(8)压缩机的实际功率 Pe=we*G =15.5*0.11=1.7kw
(9)热泵实际制热系数 COPh=qh/we =211.4/15.5=13.6
二、简答题
1 高品位能和低品位能各指什么及区别
答：高品位能是理论上可以完全转化为功的能量（机械能，电能，化学能，高位
的水力和风力）。低品位能是不能全部而只能部分的转化为功的能量（内能，低
温物质）。
2压缩式热泵由哪些基本设备组成，画出简单示意图并标明热泵制热时热量流向。
答：由压缩机、冷凝器、蒸发器 膨胀阀基本设备组成。
3 为什么空气源热泵在结霜工况下热泵系统性能系数迅速衰减？
霜层厚度不断增加使得霜层热阻增加，使蒸发器的换热量大大减少导致蒸发温度
下降，蒸发温度下降使得结霜加剧，结霜加剧又导致霜层热阻进一步加剧，形成
恶性循环。
4土壤作为低位热源特点：
优点：（1）全年地温波动小，热泵的制热性能系数较高。（2）埋地盘管不需
除霜。（3）在采暖季节，土壤温度并不是最低，热泵供热能力不会降到最低。（4）
埋地盘管冬季从土壤中取出的热量在夏季可通过热传导由地面补充，能起到蓄能
的作用。
缺点（1）土壤的导热系数小，所以工质与土壤之间的热交换强度小，需要增
加换热面积，因而金属耗量大。（2）土壤对金属有腐蚀作用，故对埋地盘管应进
行防腐处理。（3）在运行过程中，因采热而引起地温发生变化，地温的变化又造
成土壤源热泵蒸发温度的变化，使运行工况不稳定。
5 “热泵总是节能的”这句话是否正确？为什么？为什么说合理使用高位能是非
常重要的？
不正确，热泵节约了高位能。因为实际的能量利用过程具有两个特性：量的
守恒性和质的贬值性。任何用能过实质上也可以说成能的量与质的利用过程。要
使热能得到合理利用，必须合理使用高位能，必须做到按质用能。
6热泵是什么？与制冷机组区别何在？
热泵是靠高位能拖动，迫使能量从低位热源流向高位热源的装置。
区别：（1）两者的目的不同，如果目的是为了获得高温（制热），也就是着眼
于放热至高温部分，那就是热泵；如果目的是为了获得低温（制冷），也就是着
眼于从低温热源吸热，那就是制冷机。
（2）工作温度不同。
7 水源热泵的特点与制约条件是什么？
水源热泵的特点：（1）属可再生能源利用技术（2）高效节能（3）运行稳定
可靠（4）环境效益显著（5）一机多用，应用范围广（6）自动运行。
制约条件：（1）可利用水源条件限制（2）水层的地理结构限制（3）投资的
经济性。
8 热泵的主要分类有哪四种？
答：1、按工作原理分
2、按驱动方式分
3、按热源与供热介质的组合方式分
4、按低位热源分
9 对蒸气压缩式热泵工质的有哪些要求？
答：1热物理性质
• 临界温度应比冷凝温度高得多
• 单位容积制热量要大
• 饱和压力应适中
• 绝热指数要小，液体比热要小
• 传热性能好
• 流动阻力小
2对环境的友好性
• 大气臭氧层 ODP值
• 温室气体 GWP值
3其他要求
良好的化学稳定性
对人的生命和健康无害
经济性，价廉易得
与水的溶解关系
与润滑油具有亲和性（溶解度大小利弊）
10 判断下列热泵简图的类型，并指出热泵制热时的蒸发器与制冷器。
土壤/水热泵
土壤/空气热泵
三、填空题（每题一分）
1. 常用的热泵工质有_________________等，写出两种自然热泵工质-
_________________。
R22，R134a，R407c， 氨和二氧化碳
2. 压缩式热泵系统中，膨胀阀的作用是________________。
节流降压
3. 热泵的驱动能源有________________。
电驱动、热驱动和发动机驱动
4. 热泵系统常用的热源种类有________________。
空气、水、土壤、太阳能
5 热泵工质R22的替代，用新型工质________不用改换回路只需更换润滑油即
可。
R407c
6 蒸气压缩式热泵常用压缩机的类型有
_____________________________________________________________________
___________________________。
活塞式压缩机、离心式压缩机、涡旋式压缩机、螺杆式压缩机
7 蒸气压缩式热泵机组有
_______________________________________________________
_________________________。
水/水热泵机组、空气/水热泵机组、水/空气热泵机组和空气/空气热泵机组
8热泵用压缩机的特点和要求是
_____________________________________________________________________
___________。
1.热泵用压缩机的工作温度范围更宽，2.热泵用压缩机的抗液击能力更强
9 空气源热泵会出现的典型问题是
_______________________________________。
结霜形成的恶性循环
10对蒸气压缩式热泵工质的热物理性质要求有
_____________________________________________________________________
__________________________________________________。
临界温度应比冷凝温度高得多、单位容积制热量要大、饱和压力应适中、绝
热指数要小、液体比热要小、传热性能好、流动阻力小
11蒸气压缩式热泵常见故障有
_____________________________________________________________________
__________________________________________________。
无制冷或制热效果、热量或冷量不足、压缩机的吸气温度不正常、压缩机的
排气压力和温度不正常
12衡量热泵工质对环境的友好性两个指标是
______________________________________。
ODP值和GWP值
13 土壤源热泵包括的几个主要部分分别是
_____________________________________________________________________
_________________________________。
14 一次能源指_____________________________________。可再生能源包括
_____________________________________。
2024年3月28日发(作者：归文惠)
一、计算题
1：若向室内供热10kw，采用两种用供热方案，求所需电能的消耗量，并对比作
出结论。
（1）采用电阻式加热器，直接加热室内空气。
（2）用电能拖动热泵供热。假设利用炼钢厂废热，供热温度为10℃，向室内供
热温度为40 ℃，热泵采用逆卡诺循环。
解
（1）采用电阻式加热器，直接加热室内空气，则需要供给的电能为10kw
（2）用电能拖动热泵供热。假设利用炼钢厂废热，供热温度为10℃，向室内供
热温度为40 ℃，热泵采用逆卡诺循环，则需消耗电能
εh=T2/（T2-T1）=（273+40）/（40-10）=10.4
W=Q/εh=10/10.4=0.96 kw
从上面的分析求解过程可以看到采用废热利用的热泵供热，非常节约能源。
2 作业题,画出压焓图，标注，确定4个参数求解9项指标
一水/水热泵制热时，工作条件为：冷凝器工作压力为1MPa，蒸发器工作压力
为0.3Mpa，空调用供热水进出口温度分别为10℃、18℃，取传热温差为5℃，
冷凝器中过冷度为4℃，压缩机进气温度为11℃、出气温度为40℃，理论输气量
为Vh=0.012m3/s，压缩机的输气系数为0.83，指示效率为0.9，机械效率为0.86，
热泵工质为R407C。要求画出压焓图，在图上标注7点，求解如下9项指标：
(1)单位质量吸热量
(2)单位理论压缩功
(3)单位实际压缩功
(4)单位理论制热量
(5)单位实际制热量
(6)工质循环流量
(7)单位理论热泵制热量
(8)压缩机的轴功率
(9)热泵实际制热系数
解：单级蒸气压缩式热泵循环的热力计算（重点）
4个状态参数（压焓图上1、2、5、6点）
9个指标
冷凝温度tc=（10+18）/2+5=19℃
过冷温度 t5=tc-4=19-4=15℃
已知t1=11℃，P1=0.3Mpa，查表得h1=424kJ/kg，v1=0.091m3/kg
已知t2=40℃，P2=1Mpa， 查表得h2=440kJ/kg
由t5==15℃，P5=1Mpa， 查表得h5=228.1kJ/kg
得h6 = h5=228.1kJ/kg
(1)单位质量吸热量 qe=h1-h6 =424-228.1=195.9 kJ/kg
(2)单位理论压缩功 wo=h2-h1 =440-428=12 kJ/kg
(3)单位实际压缩功 we=wo/(0.9*0.86) =12/(0.9*0.86)=15.5 kJ/kg
(4)单位理论制热量 qho=h2-h5 =440-228.1=211.5 kJ/kg
(5)单位实际制热量 qh=qe+we =195.9+15.5=211.4 kJ/kg
(6)工质循环流量 G=Vh*0.83/v1 =0.012*0.83/0.091=0.11kg/s
(7)热泵制热量 Qh= qh*G =211.4*0.11=23.3kw
(8)压缩机的实际功率 Pe=we*G =15.5*0.11=1.7kw
(9)热泵实际制热系数 COPh=qh/we =211.4/15.5=13.6
二、简答题
1 高品位能和低品位能各指什么及区别
答：高品位能是理论上可以完全转化为功的能量（机械能，电能，化学能，高位
的水力和风力）。低品位能是不能全部而只能部分的转化为功的能量（内能，低
温物质）。
2压缩式热泵由哪些基本设备组成，画出简单示意图并标明热泵制热时热量流向。
答：由压缩机、冷凝器、蒸发器 膨胀阀基本设备组成。
3 为什么空气源热泵在结霜工况下热泵系统性能系数迅速衰减？
霜层厚度不断增加使得霜层热阻增加，使蒸发器的换热量大大减少导致蒸发温度
下降，蒸发温度下降使得结霜加剧，结霜加剧又导致霜层热阻进一步加剧，形成
恶性循环。
4土壤作为低位热源特点：
优点：（1）全年地温波动小，热泵的制热性能系数较高。（2）埋地盘管不需
除霜。（3）在采暖季节，土壤温度并不是最低，热泵供热能力不会降到最低。（4）
埋地盘管冬季从土壤中取出的热量在夏季可通过热传导由地面补充，能起到蓄能
的作用。
缺点（1）土壤的导热系数小，所以工质与土壤之间的热交换强度小，需要增
加换热面积，因而金属耗量大。（2）土壤对金属有腐蚀作用，故对埋地盘管应进
行防腐处理。（3）在运行过程中，因采热而引起地温发生变化，地温的变化又造
成土壤源热泵蒸发温度的变化，使运行工况不稳定。
5 “热泵总是节能的”这句话是否正确？为什么？为什么说合理使用高位能是非
常重要的？
不正确，热泵节约了高位能。因为实际的能量利用过程具有两个特性：量的
守恒性和质的贬值性。任何用能过实质上也可以说成能的量与质的利用过程。要
使热能得到合理利用，必须合理使用高位能，必须做到按质用能。
6热泵是什么？与制冷机组区别何在？
热泵是靠高位能拖动，迫使能量从低位热源流向高位热源的装置。
区别：（1）两者的目的不同，如果目的是为了获得高温（制热），也就是着眼
于放热至高温部分，那就是热泵；如果目的是为了获得低温（制冷），也就是着
眼于从低温热源吸热，那就是制冷机。
（2）工作温度不同。
7 水源热泵的特点与制约条件是什么？
水源热泵的特点：（1）属可再生能源利用技术（2）高效节能（3）运行稳定
可靠（4）环境效益显著（5）一机多用，应用范围广（6）自动运行。
制约条件：（1）可利用水源条件限制（2）水层的地理结构限制（3）投资的
经济性。
8 热泵的主要分类有哪四种？
答：1、按工作原理分
2、按驱动方式分
3、按热源与供热介质的组合方式分
4、按低位热源分
9 对蒸气压缩式热泵工质的有哪些要求？
答：1热物理性质
• 临界温度应比冷凝温度高得多
• 单位容积制热量要大
• 饱和压力应适中
• 绝热指数要小，液体比热要小
• 传热性能好
• 流动阻力小
2对环境的友好性
• 大气臭氧层 ODP值
• 温室气体 GWP值
3其他要求
良好的化学稳定性
对人的生命和健康无害
经济性，价廉易得
与水的溶解关系
与润滑油具有亲和性（溶解度大小利弊）
10 判断下列热泵简图的类型，并指出热泵制热时的蒸发器与制冷器。
土壤/水热泵
土壤/空气热泵
三、填空题（每题一分）
1. 常用的热泵工质有_________________等，写出两种自然热泵工质-
_________________。
R22，R134a，R407c， 氨和二氧化碳
2. 压缩式热泵系统中，膨胀阀的作用是________________。
节流降压
3. 热泵的驱动能源有________________。
电驱动、热驱动和发动机驱动
4. 热泵系统常用的热源种类有________________。
空气、水、土壤、太阳能
5 热泵工质R22的替代，用新型工质________不用改换回路只需更换润滑油即
可。
R407c
6 蒸气压缩式热泵常用压缩机的类型有
_____________________________________________________________________
___________________________。
活塞式压缩机、离心式压缩机、涡旋式压缩机、螺杆式压缩机
7 蒸气压缩式热泵机组有
_______________________________________________________
_________________________。
水/水热泵机组、空气/水热泵机组、水/空气热泵机组和空气/空气热泵机组
8热泵用压缩机的特点和要求是
_____________________________________________________________________
___________。
1.热泵用压缩机的工作温度范围更宽，2.热泵用压缩机的抗液击能力更强
9 空气源热泵会出现的典型问题是
_______________________________________。
结霜形成的恶性循环
10对蒸气压缩式热泵工质的热物理性质要求有
_____________________________________________________________________
__________________________________________________。
临界温度应比冷凝温度高得多、单位容积制热量要大、饱和压力应适中、绝
热指数要小、液体比热要小、传热性能好、流动阻力小
11蒸气压缩式热泵常见故障有
_____________________________________________________________________
__________________________________________________。
无制冷或制热效果、热量或冷量不足、压缩机的吸气温度不正常、压缩机的
排气压力和温度不正常
12衡量热泵工质对环境的友好性两个指标是
______________________________________。
ODP值和GWP值
13 土壤源热泵包括的几个主要部分分别是
_____________________________________________________________________
_________________________________。
14 一次能源指_____________________________________。可再生能源包括
_____________________________________。