浙江大唐乌沙山发电有限责任公司 浙江 315722
摘 要
本课题重点是围绕热泵技术在的目前国内新能源下消纳问题下所展开，本课题以空气热源泵为例，空气源热泵是可以将统周围低位热能转化为可利高位热能，以减少部分高位能的消耗。其特点是消耗电能少、对环境污染小以及效率高等。 但不足之处在于，在低温条件下空气源热泵能量转换效率较低、所以本次设计重点在找到提高空气源热泵在低温下影响其效率的主要因素。
关键词 热泵技术
卡诺循环可以想象为是工作于两个恒温热源之间的准静态过程，其高温热源的温度为T1，低温热源的温度为T2。
图1.1 卡诺机工作原理图 图1.2 卡诺循环 P-V图 T-S图
图中a-b过程为等温膨胀过程，温度恒定，在这个过程中系统从外界吸收热量，吸热量：
7 （1-1）
图中b-c过程为绝热膨胀过程，过程等熵，在这个过程中系统对外做功，体积变化量：
1 （1-2）
图中c-d过程为等温压缩过程，温度恒定，在这个过程中系统对外界释放能量，放热量Q：
1 （1-3）
图中c-d过程为绝热压缩过程，过程等熵，在这个过程中系统对外界做负功，体积变化量：
（1-4）
1 （1-5）
正卡诺循环的热经济指标用卡诺循环热效率ηt表示，
1 （1-6）
上式中: Q —— 吸收或放出的热量，单位KJ；
R —— 理想气体的气体常数；
m —— 气体的质量，单位KJ；
M —— 气体的摩尔质量，单位Kg/mol；
V —— 气体的体积，单位m3；
T —— 气体的温度，单位K；
P —— 气体的压力，单位kp。
卡诺循环的工作物质可以是气体（理想气体或实际气体）、液体，也可以是固体。理想气体只是一种理想模型，并不真实存在。为了更具有普适性，我们就以实际气体为工作
物质，来讨论卡诺循环。
我们假设此时实际气体的质量为m，摩尔质量M。那么气体物质的摩尔量
，所以此气体的实际气体方程为：
（1-7）
上式中前半部分为气体的内部的压强，已经对分子间的引力进行了修正。
是对分
子本身体积引起的修正。后半部分整体表示气体的体积，单位m³。
实际气体的内能：
（1-8）
上式中
表示分子具有的动能，
表示分子间是势能。
我们知道以下两个公式可以导出实际气体内能的公式（1-11）：
（1-9）
（1-10）
（1-11）
根据热力学第一定律可得：
,气体在绝热过程中无热量的转换
,
则有
（1-12）
根据（1-11）（1-12）可得
=0 （1-13）
图1.3卡诺循环 P-V图
A-B为等温膨胀过程：
实际气体与温度为
的较高温度的热源进行接触，但是
。根据(1-11)和热力学第一定律 ，得：
（1-14）
两边同时进行积分得：
（1-15）
Q大于0说明过程吸热
A-C为绝热膨胀过程：
在这一过程当中实际气体与外界没有接触，所以吸热量为0。
A-D为等温压缩过程：
实际气体与温度为
的较低温度的热源进行接触，但是 。根据(1-11)和热力学第一定律 ，得：
（1-16）
两边同时进行积分得：
（1-17）
Q小于0说明过程放热
A为绝热压缩过程：
在这一过程当中实际气体与外界没有接触，所以放热量为0。
在执行了这四个过程之后，气体完成了卡诺循环的一整个循环，并且气体返回到其原始状态。内部能量的变化量。根据热力学第一定律，我们知道气体在整个过程中所完成的净功以及气体在整个循环中所吸收的净热量：
（1-18）
由于有在卡诺循环的四个过程中两个准静态过程，可以根据(1-17)得：
（1-19）
（1-20）
由以上两式得：
（1-21）
将上式代入（1-18）得：
W
(1-22)
综上所得，可计算以实际气体卡诺循环热泵做功的转换效率为：
（1-23）
通过对实际气体热泵卡诺循环四个过程的推导，最后求出热泵做功得转换效率与实际气体卡诺循环的工作效率一致。
逆向卡诺循环表现为两种循环：制冷循环和供热循环，两种热力循环的特性相同，只是二者的工作温度范围有差别。制冷循环以环境大气作为高温热源，向其放热，所以制冷系数小于1，而热泵循环通常以大气作为低温热源，从中吸热，所以供热系数大于1。
赵昱程，男，汉族，辽宁省辽阳市，1997.12.21，大学本科，工作单位：浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，主要研究方向或从事工作：电力行业，邮编：315722
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