劳动和社会保障部
热泵热水机组的研究与应用
姜周曙
2007.08.09
现代制冷与空调新技术国家高技能人才骨干师资示范培训班
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报告内容
一、原理与应用 二、研究的热点问题 三、机组的性能测试与控制
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中国与世界人均能源资源量
10 8 6 4 2 0 煤
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世界平均 中国
石油 能源资源总和 现代制冷与空调新技术国家高技能人才骨干师资示范培训班
能源利用效率
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
（中国 30%左右，日本 52%）
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日本 中国
我 国 建 筑 能 耗 现 状
z
生活照 明能耗 14% 热水供 应能耗 15%
生活饮 食能耗 6%
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采暖空 调能耗 65%
建筑物耗能约占社会总能耗30％ z单位建筑面积能耗为气候相近发达国家的2～3倍 z国内空调能耗约为一般住宅能耗的6～7倍
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热量可以自动传递
高温 物体 热力学 第二定律
热量不能自动传递
低温 物体
机械能 电能 热能 ……
必须消耗能量
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高温 热源
制冷机
低温 热源
Qa
向高温热源的 排热量
（制热量）
=
W
制冷机的 消耗功
+
Q0
由低温热源的 吸热量
（制冷量）
制冷时: 能效比(EER) = Q0 / W 制热时: 性能系数(COP) = Qa / W = (Q0+W) / W = Q0 / W+ 1
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热泵原理 热泵原理—— ——逆卡诺循环 逆卡诺循环
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热力学四个过程
lg p (kgf/cm2)
过冷区 3 to t过冷 tk t排气
1. 压缩机作绝热等熵压缩过程； 2. 冷凝器作等压散热过程； 3. 节流阀作等焓减压过程； 4. 蒸发器作等压吸热过程。
Pk
●
3 '●
饱和区
2 ● '
●
2
过热区
tk t排气 Po 4●
1 '
●● 1
to t过
冷
h3 h4
制冷循环压焓图
h1
h2
h (kcal/kg)
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空气源 空气源( (能 能) )热泵 热泵
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水源热泵 水源热泵
? ? 水的热容大，传热性能 水的热容大，传热性能 好，换热器和装置尺寸小。 好，换热器和装置尺寸小。 ? ? 节约能源，在过渡季节和 节约能源，在过渡季节和 冬季更明显 冬季更明显 ? ? 调节灵活，机组在任何时 调节灵活，机组在任何时 间都可选择制冷或制热 间都可选择制冷或制热 ? ? 可用辅助热源，电能、燃 可用辅助热源，电能、燃 油、燃气或太阳能 油、燃气或太阳能
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地源热泵
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热泵热水器类型 热泵热水器类型
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各种热水器的能耗比较 各种热水器的能耗比较
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各种热水器能耗比较 各种热水器能耗比较
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传统热水器特点
?电热水器
耗电量大，有触电、干烧等安全隐患
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?燃气热水器
燃烧、爆炸、煤气中毒等安全隐患
?太阳能热水器
初投资高、水资源浪费、管路腐蚀、气候影响较大
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热泵热水机组的优点
?电能消耗少
从空气、水和土壤中吸热而产生热水
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?能效比高
1份电能可吸收3份空气(水)能，制取4份热能的热水
?使用年限长 ?消除漏电、干烧及燃气安全隐患
热泵——未来的主流供热产品
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商用热泵热水机组 商用热泵热水机组
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热泵热水机组
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热泵在我国应用与发展 1、早期热泵的应用与发展阶段（1949年~1966年） 相对世界热泵的发展，我国热泵的研究工作起步约晚20~30年左右。但从中国情况来看，众所周知，旧中国的工业十分落后，根本谈不上热泵技术的应用与发展。新中国成立后，随着工业建设新高潮的到来，热泵技术也开始引入中国。早在20世纪50年代初，天津大学的一些学者已经开始从事热泵的研究工作，1956年吕灿仁教授的“热泵及其在我国应用的前途”一文是我国热泵研究现存的最早文献，为我国热泵研究开了个好头。20世纪60年代，我国开始在暖通空调中应用热泵。1960年同济大学吴沈钇教授发表了“简介热泵供暖并建议济南市试用热泵供暖”；1963年原华东建筑设计院与上海冷气机厂开始研制热泵式空调器；1965年上海冰箱厂研制成功了我国第一台制热量为3720W的CKT—3A热泵型窗式空调器；1965年天津大学与天津冷气机厂研制成国内第一台水源热泵空调机组；1966年又与铁道部四方车辆研究所共同合作，进行干线客车的空气/空气热泵试验；1965年，由原哈尔滨建筑工程学院徐邦裕教授、吴元炜教授领导的科研小组，根据热泵理论首次提出应用辅助冷凝器作为恒温恒湿空调机组的二次加热器的新流程，这是世界首创的新流程；1966年与哈尔滨空调机厂共同开始研制利用制冷系统的冷凝废热作为空调二次加热的新型立柜式恒温恒湿热泵式空调机。 我国早期热泵经历了17年的发展历程，渡过一段漫长的起步发展阶段。其特点可归纳为：第一，对新中国而言，起步较早，起点高，某些研究具有世界先进水平。第二，由于受当时工业基础薄弱，能源结构与价格的特殊性等因素的影响，热泵空调在我国的应用与发展始终很缓慢。第三，在学习外国基础上走创新之路，为我国今后的热泵研究工作的开展指明了方向。 2、热泵应用与发展的断裂期（1966年~1977年） 1966年，随着史无前例的“文化大革命”的爆发，科技工作同全国各个领域一样遭受了空前的灾难。在此期间热泵的应用与发展基本处于停滞状态。如： 1966年~1977年间没有一篇有关热泵方面的学术论文报导与正式出版过有关热泵的译作、著作等。 1966年~1977年间国内没有举办过一次有关热泵的学术研讨会，也没有参加过任何一次国际热泵学术会议，与世隔绝十余年。 1966年~1977年间，全国高校一律停课闹“革命”，根本谈不上搞热泵科研。但是原哈尔滨建筑工程学院徐邦裕、吴元炜领导科研小组在1966~1969年期间在“抓革命、促生产”的指示下，坚持了LHR20热泵机组的研制收尾工作，于1969年通过技术鉴定，这是在“文化大革命”时期全国唯一的一项热泵科研工作。而后，哈尔滨空调机厂开始小批量生产，首台机组安装在黑龙江省安达市总机修厂精加工车间，现场实测的运行效果完全达到20±1℃，60±10%的恒温恒湿的要求，这是我国第一例以热泵机组实现的恒温恒湿工程。 鉴于上述事实，将热泵在这个时期的应用与发展的整个过程，定为热泵应用与发展的断裂期，是名副其实的，完全符合历史事实。 3、热泵应用与发展的全面复苏期（1978年~1988年） 改革开放政策使中国的国民经济重新走向发展之路，经济的发展为暖通空调提供了广阔的市场，也为热泵在中国的发展提供了很好的契机。因此，热泵的发展在经历了断裂期之后于1978年开始进入一个新的发展阶段。从文献统计看，1988年又出现一个文献数量变化的转折点，故将1978年~1988年间定为我国热泵应用与发展的全面复苏期。 3.1 中国暖通空调制冷界开始了解国外热泵发展动态 与世隔绝十余年后，中国的热泵发展又迎来了新时期，遇到的第一个问题就是要了解世界各国热泵
我国热泵发展当今的状况以及未来的展望 来源：中国建筑科学研究院空调所作者：李先瑞郎四维 1 热泵发展的现状 近几年来，我国热泵发展很快，主要表现在如下几个方面： （1）据统计，1996年我国空调设备（指电动冷热水机组、吸收式冷热水机组、房间空调器以及单元空调机组，但不包括进口机组）的总制冷能力约为2000万kW，其中热泵型机组的制冷能力约占60%。在全部热泵型机组中，电驱动热泵容量约为1070kW，占90%；吸收式热泵容量约为130万kW,占10%。 （2）近几年来，我国的吸收式制冷装置发展迅速。据统计，1996年销售的溴化锂吸收式制冷机约3000多台，其中直燃机1115台。 （3）热泵在工业中的应用已见端倪，木材、食品（茶和水果）、陶瓷、造纸、印刷、石油和化工等工业生产过程已采用了蒸汽喷射式热泵、吸收式热泵和电驱动热泵。例如，目前大约有400台热泵式木材干燥机正在运行，年处理能力约为200千立方米。 2 热泵发展的背景 2.1 能源政策 我国一次能源年保有总量（不包括生物质能和新能源）为14亿吨标准煤，其中原煤14.6亿吨，原油1.7亿吨，天然气300亿立方米，水电2400亿kWh，核电250kWh，进口石油4～6 亿吨，火电电力装机容量2.9～3亿kW（平均每年增加装机容量1500kW）。据1997年统计，我国电厂热效率为32.95%，电厂供热效率为83.68%，能源转换总效率为38.07%。采用热电冷三联供系统或称总能系统（TES——Total Energy System)，燃气热泵（GEHP）后，通过热力学第一定律的热效率分析和热力学第二定律的效用率分析说明：由于利用废热，GEHP的综合利用可达到80%～85%；若通过轴动力传动热泵，利用了低位热能，故综合热效率可达到150%～170%。对于TES方式，实现热电冷三联供后，其综合利用率可达到65%～80%。《中华人民共和国节约能源法》第三十九条将热电冷联产技术列入国家鼓励发展的通用技术，促进了热泵事业的发展。 2.2 环境保护政策 采用热驱动热泵，CO2 排放量亦明显降低。通过改善热泵性能，降低工质泄漏与使用新工质，热泵将在环境保护上发挥更大的作用。 2.3 建筑节能法 实施《民用建筑节能设计标准》后，提高了建筑隔热保温性能，降低了建筑采暖能耗，结果是大幅度地降低了热泵采暖方式的年运行费用，增加了热泵与集中供热采暖方式的竞争能力。
热水系统设计一、热泵做方案需了解的信息 用水标准有特殊要求的请说明，否则按规范计算用水定额。
二、热泵选型参考数据 1、冷水计算温度表（表1） 2、广西省各类建筑物的热水定额表（表2）
3、广西2008年电费一览表（表3） 中央热水选型案例 一、工程概述 该建筑使用场所为酒店，共153间为标准客房，需要24小时提供生活55℃热水。 二、热负荷计算及机组选型 1、机组选型： 日用水量：30600 L/天
热量需求：Q=CM△T=1kcal/kg·℃×30600L/天×(55℃-15℃)=1224000Kcal (C=水的比热，M=用水量, △T=供应热水与自来水的温度差，冷水初始水温按冬季温度15℃考虑，热水出水水温为55℃) 在冬季环境温度10℃时，机组能满足系统负荷要求，加热时间一般为12~16小时。则供水所需的总制热功率为： P总= Q d÷860kcal/kw =1224000KcalKcal÷860kcal/kw =1423kw 设定每天加热时间13小时，则 机组的制热功率为P 时= P 总 /T=1423kw /13＝109kw 选择格力空气源热水热泵机组KFRS-36SM/AS（制热量36kw）3台即可满足要求.机组实际每天工作时间: 1423÷（36kw×3）=13.2小时 2、水箱选型： 配置2个8吨和1个5吨不锈钢保温水箱(按高峰期70%的用水量),内胆选用SUS304-2B不锈钢；50㎜聚氨脂发泡保温；外用彩钢板保温，可满足用水需求。 3、方案说明 水箱分为1个5吨加热水箱和2个8吨保温。机组也分为加热机组和保温机组，2台用于加热，1台用于保温。 开始，加热水箱内补充进自来水，水满后机组启动开始加热。当加热水箱内热水温度达到设定温度且保温水箱不再高水位时，放水电磁阀打开，热水流入储水箱。之后，副水箱补充进自来水，重新开始加热。这个过程，直至主水箱的热水到达预定水位，同时副水箱内热水温度到达设定温度为止，机组停机。当储水箱的温度低于设定温度时，保温机组启动，加热至设定温度停机。 主机采用微电脑自动控制，可自动检测水箱温度，水箱温度达到设定值后自动停机，以最大限度节约能源。 机组配有完善的保护功能，适应各种恶劣的工作环境，无须专人值守，为业主节省人工费用。
热泵技术在中国市场的发展前景分析中国泵业网热泵在我国起步较早。50年代，天津大学的一些学者已开始从事热泵的研究工作。60年代开始在我国暖通空调中应用热泵。 例如，从1963年起原华东建筑设计院与上海冷气机厂就开始研制热泵式空调器；1965年上海冰箱厂研制成我国第一台制热量为3720kw的CKT-3A热泵型窗式空调器。1965年天津大学与天津冷气机厂研制成国内第一台水冷式热泵空调机。1966年又与铁道部四方车辆研究所共同合作进行干线客车的空气-空气式热泵试验。1966年原哈尔滨建筑工程学院与哈尔滨空调机厂研制成功LHR-20恒温恒湿热泵式空调机，首次提出冷凝废热用作恒温恒湿空调机的二次加热的新流程。但是，由于我国能源价格的特殊性，以及一些其他因素的影响，热泵空调在我国的应用与发展始终很缓慢。 直至70年代末期，才又为热泵空调的发展与应用提供了机遇。 80年代初至90年代末在我国暖通空调领域掀起一股热泵热。热泵空调在我国的应用日益广泛，发展速度很快、主要表现在以下几点。
1、热泵空调的学术交流活动十分活跃 1978年至2001年，中国制冷学会第二专业委员会主办过9届“全国余热制冷与热泵技术学术会议”，今年十月将在杭州举办底10届“全国余热制冷与热泵技术学术会议”。1988年中国科学院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”。自90年代起，中国建筑学会暖通空调委员会、中国制冷学会第五专业委员会主办的各届“全国暖通空调制冷学术年会”上专门增设“热泵专题”交流。每届热泵学术会上都广泛地交流了大量的学术论文，这充分反映了我国热泵技术的发展和进步。 2、积极开展热泵空调技术的研究工作 （1）热泵空调技术在我国运用的可行性研究 1986年北京公用事业科学研究所开展了“燃气吸收式热泵供热制
几种热泵的应用发展及技术特点分析 （家电英才网) 热泵作为提供热量的主要设备之一，以其对环境友善及节约能源等特点，在许多领域得到了广泛的应用。在本文中。作用首先回顾了热泵的发展历史，介绍了热泵的种类、特点、使用场合及条件，对几种主要热泵在应用过程中存在的问题进行了讨论，分析了热泵技术的研究进展、应用现状及相关新技术。 1热泵与制冷机 热泵是一种以冷凝器放出的热量对被调节环境进行供热的一种制冷系统。就热泵系统的热物理过程而言，从工作原理或热力学的角度看，它是制冷机的一种特殊使用型式。它与一般制冷机的主要区别在于： ①使用的目的不同。热泵的目的在于制热，研究的着眼点是工质在系统高压侧通过换热器与外界环境之间的热量交换；制冷机的目的在于制冷或低温，研究的着眼点是工质在系统低压侧通过换热器与外界之间的换热； ②系统工作的温度区域不同。热泵是将环境温度作为低温热源，将被调节对象作为高温热源；制冷机则是将环境温度作为高温热源，将被调节对象作为低温热源。因而，当环境条件相当时，热泵系统的工作温度高于制冷系统的工作温度。 2热泵的由来及主要应用型式 2.1热泵的由来 随着工业革命的发展，19世纪初，人们对能否将热量从温度较低的介质“泵”送到温度较高的介质中这一问题发生了浓厚的兴趣。英国物理学家J.P.Joule提出了“通过改变可压缩流体的压力就能够使其温度发生变化”的原理。1854年，W.Thomson教授（即大家熟知的LordKelvin勋爵）发表论文，提出了热量倍增器（Heat Multiplier）的概念，首次描述了热泵的设想。 当时，热泵供暖的对象主要是民用，供暖需求总量小，特别是对由于采暖方式及其对环境的影响尚没有足够的意识。人们采暖的方式主要是燃煤和木材，因而，热泵的发展长期明显滞后于制冷机的发展。 上世纪30年代，随着氟利昂制冷机的发展，热泵有了较快的发展。特别是二战以后，
第四章商用循环型空气能热泵热水机组 一、产品概述 1、产品特点 商用循环型空气能热泵热水机组利用热泵原理，以消耗一部分电能为补偿，通过热力循环，从周围空气中吸取热量，通过压缩机将其输送至冷凝器，将来自水箱内的水循环加热至生活或生产所需要的目标值（30 ～ 58℃可调）。商用循环型空气能热泵热水机组分为单机系列和模块化系列，共有18kW，36kW，65kW 三个基本模块，对于模块化机组，通过组合1 ～ 16 个相同或不同的模块，机组可以形成制热量为18 ～ 1040kW 范围内的系列产品。商用循环型空气能热泵热水机组因其节能，高效，环保而广泛应用于工厂、宾馆、酒楼、医院、美容院、洗衣店、洗浴中心和热水应用量较大的其他场合。 ◆环保节能 机组运行过程中没有任何排放气体，绿色环保。并且运行节能，平均能效达4.5 以上（最高达 5.8）。 ◆安全可靠 完全实现水电分离，消除了传统热水器具有的易燃、易爆、触电、煤气中毒等危险；且先进的微电 脑控制，保护功能齐全，从根本上杜绝了漏电、干烧、超高温等安全隐患。 ◆精心设计 采用名优压缩机, 系统稳定可靠； 电子膨胀阀节流，可调节范围更广更精确； 热水专用套管式冷凝器，适用水质范围广，不易脏堵，机组使用寿命长。 ◆模块化设计，自由组合 格力专利的模块化设计，最多16 台机组自由组合，任意一台机组均可作为主控模块； 组合灵活，拓展性强。 ◆全年全天候制热, 热水温度自由可调 产品环境温度范围为-7 ～ 43℃，满足全年全天候制热，并且热水温度可以根据用户实际使用需求， 从30 ～ 58℃任意可调, 机组运行时温差小, 水温上升平稳，满足不同用户的个性化需求。2、产品命名规则 K F RS - 36 □ S M □ / □ A S 11 10 9 8
空气源热泵技术及其应用 建筑工程学院建筑环境与能源应用工程 B132班游诚 目录 摘要 --------------------------------------------2 关键词 --------------------------------------------2 前言 --------------------------------------------3 1.空气源热泵的简介 ----------------------------------4 1)概念 ----------------------------------------4 2)特点 ----------------------------------------4 3)发展历史 ----------------------------------------5 4)优点 ----------------------------------------6 5)工作原理 ----------------------------------------6 2.空气源热泵的应用 -----------------------------------9 1)空气源热泵在我国的应用 ------------------------9 2)空气源热泵的技术性分析 ------------------------9 3)空气源热泵的经济性分析 ------------------------10 4)空气源热泵的能量利用分析 ------------------------10 5)空气源热泵与能源价格的关系 ----------------------10 参考文献 -------------------------------------------11 word完美格式
国际地源热泵发展历程及我国发展趋势 美国地源热泵发展历史及概况 美国的地源热泵起源于地下水源热泵。由于土壤源热泵的初投资高、计算复杂以及金属管的腐蚀等问题，早期美国的地源热泵中土壤源热泵所占比例较小，主要以地下水源热泵为主。早在20世纪50年代，美国市场上就开始出现以地下水或者河湖水作为热源的地源热泵系统，并利用它来实现采暖，但由于采用的是直接式系统，很多系统在投入使用10年左右的时间由于土壤中化学物质腐蚀等问题就失效了，地下水源热泵系统的可靠性受到了人们的质疑。 上世纪70年代末至80年代初，在能源危机的促使下，人们又开始关注地下水源热泵。通过改进,水源热泵机组扩大了进水温度范围，加之欧洲板式换热器的引进，闭式地下水源热泵逐渐得到广泛应用。 与此同时，人们也开始关注土壤源热泵系统。在美国能源部（DOE）的支 持下，美国橡树山(Oak Ridge National Laborato-ry，ORNL)和布鲁克海文（Brookhaven National Laboratory，BNL）等国家实验室和俄克拉荷马州立大学（Oklahoma StateUniversity，OSU）等研究机构进行了大量的研究。主要研究工作集中在地下换热器的传热特性、土壤的热物性、不同形式埋管换热器性能的比较研究等。为了解决土壤中化学物质腐蚀问题，地埋管也由金属管变成了聚乙烯等塑料管。至此，美国进行了多种形式的地下埋管换热器的研究、安装和测试工作。现在美国安装的土壤源热泵主要是闭式环路系统，根据塑料管安装形式的不同可分水平埋管和垂直埋管，此系统可以被高效地应用于任何地方,也正是土壤源热泵系统的广泛应用推动了近几十年美国地源热泵产业的快速增长。1998年美国能源部要求在具有使用条件的联邦政府机构建筑中推广应用土壤源 热泵系统。为了表示支持这种节能环保的新技术，美国总统布什在他得克萨斯州宅邸中也安装了这种地源热泵系统。进入21世纪，美国地源热泵的使用量随着建筑规模的扩大也逐渐增加。美国地源热泵年平均增长率保持在15%以上。 从2005年到2007年美国地源热泵呈现快速增长趋势，目前地源热泵在美国50 个州都有应用，2007年全年地源热泵系统应用超过了45000套。 美国地源热泵发展中遇到的障碍主要有：1.地源热泵系统相对传统系统以及空气源热泵的一次投资较大；由于初期投资涉及到大量的地下施工，北美地区高昂的劳动力成本使得地源热泵系统的初期投资可超过常规系统100%乃至150%，目前每米环路的费用大约是11.5～55.8美元，平均每米为36美元。初期投资过高从而极大地限制了地源热泵的应用。在目前的应用中，主要还是以公立学校，尤其是中小学为主，其次是联邦的公用设施，包括军用设施。在真正的私人投资的商用建筑中使用比例要低于前两者；2.各种地方法规对地源热泵使用的限制；3.承包商施工不规范；4.水平埋管土壤源热泵系统需要大量土地面积。 为促进地源热泵的发展，美国地方政府也相继出台了很多激励措施，如表 1所示：
万方数据
万方数据
万方数据
热泵技术的发展及存在问题 作者：乔凤杰， 徐砚， QIAO Feng-jie， XU Yan 作者单位：哈尔滨电力职业技术学院,哈尔滨,150030 刊名： 信息技术 英文刊名：INFORMATION TECHNOLOGY 年，卷(期)：2011(2) 被引用次数：1次 参考文献(8条) 1.徐伟地源热泵技术发展策略和工程应用分析[期刊论文]-工程建设与设计 2008(01) 2.李元哲空气源热泵在建筑节能中的应用[期刊论文]-建设科技 2010(04) 3.李景善空气源热泵蒸发器表面霜层生长特性试验研究[期刊论文]-制冷学报 2010(01) 4.GB 50366-200 5.地源热泵系统工程技术规范 2005 5.温玮地埋管地源热泵系统的设计概述[期刊论文]-福建建筑 2010(02) 6.刘慧海水热泵对海水温度影响分析[期刊论文]-环境科学与管理 2010(01) 7.毛大庆城市循环经济建设中的污水热能资源开发与水资源再生一体化研究[期刊论文]-生态经济 2006(08) 8.郭敬红大庆地区应用污水源热泵的可行性分析[期刊论文]-制冷与空调 2008(06) 本文读者也读过(10条) 1.张原.ZHANG Yuan热泵技术发展趋势探讨[期刊论文]-科技情报开发与经济2009,19(23) 2.胡连营.HU Lian-ying热泵技术与可再生能源的开发利用[期刊论文]-可再生能源2007,25(1) 3.蔡泽宇热泵技术的可持续发展与节能环保道路[期刊论文]-辽宁建材2008(6) 4.刘学飞.LIU Xue-fei热泵技术在火电厂节能中应用的探讨[期刊论文]-冶金动力2010(6) 5.刘恩海.何媛热泵技术及其发展与应用[期刊论文]-内江科技2009,30(2) 6.吕太.刘玲玲.LV Tai.LIU Ling-ling热泵技术回收电厂冷凝热供热方案研究[期刊论文]-东北电力大学学报2011,31(1) 7.杨蕾.汪南.朱冬生热泵技术及其在工农业生产中的应用[会议论文]-2008 8.于海泉热泵技术在萨南油田的应用[期刊论文]-油气田地面工程2006,25(3) 9.范亚云.夏朝凤.李军凯.韦小岿.宋洪川热泵技术在太阳能利用中的实验研究[期刊论文]-太阳能学报 2002,23(5) 10.李彬.张莉.曾立春.LI Bin.ZHANG Li.ZENG Li-chun现代空调中热泵技术的应用与发展[期刊论文]-包钢科技2009,35(2) 引证文献(1条) 1.刘凤丽海水源热泵项目排水对海域生态环境的影响[期刊论文]-现代农业科技 2012(12) 本文链接：https://www.doczj.com/doc/a513434639.html,/Periodical_xxjs201102035.aspx
空气源热泵热水机组工作原理图 冷水水源直接进入热水机组入水口，热水机组按设定的温度进行加热，加热后的热水进贮水保温水箱，然后通过循环泵从保温水箱抽水送入系统中。它是吸收空气中的热能，利用电能驱动压缩机工作，把空气中的低品位热能吸收并提升，再传输到热水中。它是以电能来驱动工作，而非电能来制热。燃油锅炉由于燃油的价格高，产生的效能并不高。电资源虽丰富，但用电直接制热的方式不但耗电量大，运行成本高，而且电热管容易损坏。 热泵是通过消耗一部分高品质的能量从低温热源（空气）转移到高温热源（热水）中的一种装置。转移到高温热泵（热水）中的热量QH包括消耗掉的高品质电能W和从低温热源（空气）中吸收的热量QL，根据能量守恒原理及热力学第一定律，有QH=W+QL (1)
（1）式两边同除以W则QH=1+QL ……（2）式中QH为机组所获得的能量，储存于热水中；W为机组所消耗的电能；QL为来自空气中的热量，这部分能量来自于大自然的馈赠，不论环境温度如何变化，它总是以热焓的形式寄存于空气之中，所以热泵是一种高效节能的制热装置。定义能效比（COP）为热泵机组产出的热量与投入的电能之比，即产出投入比COP=QH代入（2）式，即WCOP=1+QL …… （3）WCOP是与低温热源的热力参数相关的函数，对空气源热泵而言，其值随空气的温度、湿度等参数的改变而变化，但无论如何变化，由（3）式可知：显然COP值恒大于1，即热泵的热效率突破了传统加热设备的热效率极限100%，这就是热泵节能的热力学依据。 热泵不是热能的转换而是热量的搬运设备，热泵制热的效率，不受能量的转换效率（100%为其极限）的制约，而是受到逆向卡诺循环效率的制约，其理论上的最高效率为（工作温度+273.15）/高低温差。只要有效降低工作温差就可以提高制热效率。
热泵技术与热声制冷技术 摘要本文主要通过介绍热泵技术与热声制冷技术的概念，原理，主要技术，研究热点及应用，热泵技术还介绍了各个技术的优缺点，应用及应用限制，目前存在的问题及对应的解决方案，并对两种技术的今后发展进行了展望。 1.热泵技术 热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功，输出能用的高品位热能的设备。现在我国主要利用三种热泵技术，分别是水源泵，地缘热泵，以及空气源热泵。 1.1热泵新技术主要为热泵系统节能新技术，热泵变频节能技术，同时供冷供热的热泵系统，高湿地区空气源热泵除霜技术，污水冷热源热泵技术应用等[1]。 1.2技术上存在方面问题风冷热泵型机组存在体型较大，噪声较高，除霜技术尚不完善等问题。主要应用风冷热泵的地区是长江流域，由于其气候原因，要求热泵必须适应0℃以下低温高湿气候环境；吸收式溴化锂制冷机组效率偏低；房间空调器存在噪声污染、热污染（大量电机功率转化的热量排入住宅）和制冷剂污染，特别是（分体式空调机安装和使用时的泄漏）。 1.3技术发展总趋势主要发展高效率的供热、供冷热泵和超级热泵系统。机械压缩式热泵的发展:（1）制冷剂侧的热泵控制（2）压缩机能量控制（3）压缩机设计（4）新工质技术；吸收式热泵和吸收式热变换器压缩-吸收式热泵；高温热泵[2]。 1.4水源热泵 1.4.1水源热泵技术的工作原理通过输入少量高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。水体分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在夏季将建筑物中的热量“取”出来，释放到水体中去，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，以达到夏季给建筑物室内制冷的目的；而冬季，则是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，送到建筑物中采暖。 1.4.2优点高效节能、属可再生能源利用技术，节水省地，环保效益显著，水源热泵系统可供暖、制冷、还可供生活热水，一机多用，水体波动小、运行稳定可靠，装置结构简单、维护方便等。
空气能热泵热水系统的设计选型 随着人们生活水平的提高，热水器在各个场所使用越来越广泛。而选择中央热水工程方案首要考虑安全，同时要求管理方便、节能和环保。空气源热泵热水机组没有燃烧，没有排放，没有易燃易爆触电等隐患，比各种锅炉、电热水器都安全。又不像太阳能怕阴雨天和黑夜，能够全天侯工作。机组自动运行可无人值守。不仅初投资小，而且运行费用非常低，因此近年来空气能热水系统迅速发展。 空气源热泵热水设备是新一代的节能环保产品，符合当前建设节能社会的国 策。该系统采用热泵逆卡诺原理，从空气中的到大量免费热能，不但环保、安全、管理简单(全自动控制)，而且不受天气影响全天候运行，是目前所有热水系统中综合经济性能最好的一种,可以节省可观的运行费用。 下面根据设计手册，和09版给排水技术措施对空气源热泵机组的设计选型做了单独整理。 一、热泵热水机组选用要求 空气能热水机组热源是空气，其性能受环境影响较大，根据现有资料： 1.环境温度低于-15℃时，大部分热水机阻不能正常启动。这就要求热水机组使用区域要求适用地区 冬季环境温度最低温度高于-15℃。 2.环境温度低于10℃时，热水机组制COP值开始衰减。这意味着要满足用户要求，系统需要辅助热 源。这就加大了热水系统的能耗。热水用水不经济。 由此可知空气源热泵热水机组适用于夏热冬暖地区。根据我国气候条件，推荐在长江以南地区选用空气源热泵机组。
二、热水供水系统设计 （一）计算参数 1.热水用水定额
2.冷水温度 在计算热水系统的耗热量时，冷水温度应以当地最冷月平均水温资料确定。无水温资料时，可按表6.2.1确定。 3.用水水温 采用集中热水供应系统的住宅，配水点的水温不应低于45℃。盥洗用、沐浴用和洗涤用的热水水温参见表6.2.3 注意：集中热水供应系统中，在水加热设备和热水管道保温条件下，加热设备出口处与配水点的热水温度差，一般不大于10℃。
热泵技术方案 摘要：介绍了蒸汽压缩式热泵和吸收式热泵的原理、基本构成、工作过程及计算方法，结合工程应用进行了经济效益分析。通过热泵回收低温余热是一项重要的节能措施，技术上可行，经济上合理。 1、背景 在石油、化工、电力、冶金、纺织、制药等行业的工艺生产过程中，往往会产生大量30~60℃的废热水，这些的低品位热源若不加以利用，不仅造成环境污染，而且还会浪费大量能源。如果这些行业有工艺或采暖用热需求，可以配备热泵，回收利用工艺产生的废热，达到节能、减排、降耗的目的。 2、热泵原理 热泵技术是根据逆卡诺循环原理，将低温热源（如城市污水、各种废水、地下水等）中的低品位热能进行回收，转换为高品位热能的一种节能与环保性技术，利用这项技术的逆过程同时还可以达到制冷的目的。目前使用的热泵主要有蒸汽压缩式热泵和吸收式热泵两种。 2.1蒸汽压缩式热泵 （1）基本构成 蒸汽压缩式热泵主机主要有以下四大部分：压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器，同时还有过滤器、储水箱等辅助部件。 压缩式热泵采用电能驱动，通过制冷剂经压缩后状态的变化，把自然界的空气热能吸收，对冷水进行加热。 （2）工作过程 蒸汽压缩式热泵机组系统工作过程如下： ●处于低压液态循环工质（如氟利昂R22及R134a）经过蒸发器，在蒸发器中工质从低温热源吸收热量变成低温、低压蒸汽进入压缩机。 ●蒸汽工质经过压缩机压缩、升温后，变成高温、高压的蒸汽排出压缩机。 ●蒸汽进入冷凝器，在冷凝器中将从蒸发器中吸取的热量及压缩机做工所产生的那部分热量传递给冷水，使其温度提高。工质经过冷凝器放热后变成液态。 ●高压液体经过膨胀阀节流降压后，变成低压液体，低压液态工质再次进入蒸发器，由此不断循环工作。 整个过程就象是热量搬运一样将低温热源中的热量连续不断的搬运至高温热源（水）中去。
机组的选型与计算 本计算过程仅针对学生宿舍1、2、9栋热泵热水系统，其他系统计算过程相同。 1、日用水量：84960L/d （学生宿舍1栋18800L/d ，学生宿舍2栋17200L/d ，学生宿舍9栋48960L/d ）； 2、冷水温度：10~15℃，机组出水温度：55℃；△t=45℃； 3、娄底市气象参数：全年平均气温16.5～17.5℃，年极端最高气温40.1℃，年极端最低气温－12.1℃； 4、机组的选型和计算 4.1、最高日耗热量，按下公式（1）计算： )360024/()(?-=L r r r d t t C Q Q ρ · ······························· 式（1） 式中：Q d ——最高日平均秒耗热量（KW ）； Q r ——最高日热水量（m 3/d ）；取84.960 m 3/d ； C ——水的比热，C=4187（kJ/kg ·℃）； ρr ——热水密度（kg/L ）；取0.9857; t r ——热水设计温度（℃）,取50℃； t L ——冷水设计温度（℃）,取10℃。 代入式（1），Q d =84.960×4187×0.9857×(50-10)/(24×3600)=162.33(KW) 4.2、热泵机组制热量，按下式（2）计算，设热泵机组在最不利工况下的运行时间为每 天T l =18h,则： 11/24T Q k Q d g ?= · ··················································· 式（2） 式中：Q g ——热泵机组设计小时平均秒供热量（KW ）； T 1——热泵机组设计工作时间（h ）。T 1应根据用水规律、低温热源和系统经济 性等因素综合考虑确定。全日供水时，建议取12～20（h ）；定时供水时， T 1由设计人定； k 1——安全系数，可取K1=1.05～1.10； 代入式（2），Q g =24×1.05×162.33/18＝227.267(KW) 4.3、机组选型配比，考虑温度及结霜的影响取综合影响系数为0.7。则机组的名义制热 量为： Q=227.267/0.7=284.08（kW ）
热泵技术及其应用的综述 热泵机组由于其具有节能、环保及冷暖联供等优点，目前在国内广泛应用。本次收集了在全国各类报刊杂志、年会资料集及论文集有关热泵技术及应用这方面的论文共207篇。在此作为一个专题研讨，供在座的各位教员和同学们参考。有关问题综述如下： 一、空气源热泵 空气源（风冷）热泵目前的产品主要是家用热泵空调器、商用单元式热泵空调机组和热泵冷热水机组。热泵空调器已占到家用空调器销量的40~50%，年产量为400余万台。热泵冷热水机组自90年代初开始，在夏热冬冷地区得到了广泛应用，据不完全统计，该地区部分城市中央空调冷热源采用热泵冷热水机组的已占到 20~30%，而且应用范围继续扩大并有向此移动的趋势。 1、关于空气源热泵能耗评价问题 为了评价和比较热泵机组与其它冷暖设备的能耗，大约有30篇论文涉及此问题。介绍了适用于热泵机组能耗分析的理论与软件，根据空调冷负荷、室外干球温度、热泵出水温度等参数，采用温频数法，求解热泵供冷全年能耗。在求解热泵冬季能耗时，除考虑空调
热负荷、热泵出水温度、室外干球温度外，还把室外相对湿度（即温湿频数）考虑到热泵供热性能中，软件经工程实例计算，与实际耗能量有较好的吻合，为能耗评价提供了一种方法。 2、风冷热泵机组的选用 目前设计选用风冷热泵冷热水机组，常根据计算得到的冷热负荷，考虑同时使用系数及冷（热）量损耗系数后，按机组铭牌标定值选择机组台数。由于空气源热泵机组的产冷（热）量随室外参数的改变而变化，这种选择方法可能造成机组选得过大，造成浪费；或者选得过小，使供冷（热）量不足，达不到使用要求。为此建议采用空调的逐时冷热负荷和热泵机组的供热供冷能力的逐时变化曲线对照选择，会得到比较满意的结果。 3、热泵机组冬季除霜 空气源热泵冬季供热运行时，最大的一个问题就是当室外气温较低时，室外侧换热器翅片表面会结霜，（需要采取除霜措施）。根据有关文献摘录，经二年的现场跟踪测试，其结果是除霜损失约占热泵总能耗损失的10.2%，而由于除霜控制方法问题，大约27%的除霜功能是在翅片表面结霜不严重，不需要除霜的情况下进入除霜循环的。目前常用的一些方法，或多或少都存在一些问题，如发生多
4 主要设备选型计算 4.1冷源设备的选择 1）冷源形式：本项目冷源采用空气源热泵机组。 2）设备容量计算与配置 根据项目的设备布置条件，选用5台机组，其中3台布置在201号楼5楼，2台布置在181号楼7楼。项目计算冷负荷为2574kW，181号楼预留冷负荷1096kW，总冷负荷3670kW。选用单台制冷量为735kW的空气源热泵机组5台。 4.2热源设备的选择 1）热源形式：本项目冷源采用空气源热泵机组。 2）设备容量计算与配置 项目计算热负荷为1411kW，181号楼预留热负荷768kW，总热负荷2179kW。 项目空气源热泵容量根据夏季制冷工况选择，按冬季-2.2℃工况修正校核。 根据设备厂家资料，温度修正K1=0.72；融霜修正K2=0.9；机组单台制热量为Q=735*0.72*0.9=475kW。 机组制热量可以满足冬季制热需求。 4.3水泵选型计算 1）水泵流量计算 2）水泵扬程计算 a)最不利环路水系统简图 b)扬程计算汇总表 （注4.3-2） 3）水系统水力平衡 空调水系统各管道环路，通过设置平衡阀和调节阀使各并联环路之间的压力损失相对差额不大于15%。（注4.3-3） 4）水系统输送能效比计算
（注4.3-4） 5通风系统计算 5.1 通风系统风量计算（注5.1） 5.2通风系统水力计算与风机单位风量耗功率计算1）通风系统水力计算简图 2）通风系统水力计算表（注5.2-1） 3）通风系统风机单位风量耗功率计算（注5.2-2）
6空调系统计算 6.1 空调系统焓湿图计算 （注6.1） 6.2空调系统水力计算与风机单位风量耗功率计算 1）空调风系统水力计算简图 2）空调风系统水力计算表（注6.2-1） 3）空调风系统风机单位风量耗功率计算（注6.2-2） 7节能措施 7.1本工程夏季计算冷负荷XX kW，冬季计算热负荷XX kW。建筑面积为XX m2，单位面积冷负荷指标为XX W/m2， 单位面积热负荷指标为XX W/m2。 7.2主要冷（热）源设备及能效比 （注7.2） 7.3空调水系统输送能效比详4.3，均满足相关节能规范要求。 7.4普通通风系统风机单位风量耗功率详5.2，均满足相关节能规范要求。
国际地源热泵发展历程及我国发展趋势 ——中国建筑科学研究院徐伟 美国地源热泵发展历史及概况 美国的地源热泵起源于地下水源热泵。由于土壤源热泵的初投资高、计算复杂以及金属管的腐蚀等问题，早期美国的地源热泵中土壤源热泵所占比例较小，主要以地下水源热泵为主。早在20世纪50年代，美国市场上就开始出现以地下水或者河湖水作为热源的地源热泵系统，并利用它来实现采暖，但由于采用的是直接式系统，很多系统在投入使用10年左右的时间由于土壤中化学物质腐蚀等问题就失效了，地下水源热泵系统的可靠性受到了人们的质疑。 上世纪70年代末至80年代初，在能源危机的促使下，人们又开始关注地下水源热泵。通过改进,水源热泵机组扩大了进水温度范围，加之欧洲板式换热器的引进，闭式地下水源热泵逐渐得到广泛应用。 与此同时，人们也开始关注土壤源热泵系统。在美国能源部（DOE）的支 持下，美国橡树山(Oak Ridge National Laborato-ry，ORNL)和布鲁克海文（Brookhaven National Laboratory，BNL）等国家实验室和俄克拉荷马州立大学（Oklahoma StateUniversity，OSU）等研究机构进行了大量的研究。主要研究工作集中在地下换热器的传热特性、土壤的热物性、不同形式埋管换热器性能的比较研究等。为了解决土壤中化学物质腐蚀问题，地埋管也由金属管变成了聚乙烯等塑料管。至此，美国进行了多种形式的地下埋管换热器的研究、安装和测试工作。现在美国安装的土壤源热泵主要是闭式环路系统，根据塑料管安装形式的不同可分水平埋管和垂直埋管，此系统可以被高效地应用于任何地方,也正是土壤源热泵系统的广泛应用推动了近几十年美国地源热泵产业的快速增长。1998年美国能源部要求在具有使用条件的联邦政府机构建筑中推广应用土壤源 热泵系统。为了表示支持这种节能环保的新技术，美国总统布什在他得克萨斯州宅邸中也安装了这种地源热泵系统。进入21世纪，美国地源热泵的使用量随着建筑规模的扩大也逐渐增加。美国地源热泵年平均增长率保持在15%以上。 从2005年到2007年美国地源热泵呈现快速增长趋势，目前地源热泵在美国50 个州都有应用，2007年全年地源热泵系统应用超过了45000套。 美国地源热泵发展中遇到的障碍主要有：1.地源热泵系统相对传统系统以及空气源热泵的一次投资较大；由于初期投资涉及到大量的地下施工，北美地区高昂的劳动力成本使得地源热泵系统的初期投资可超过常规系统100%乃至150%，目前每米环路的费用大约是11.5～55.8美元，平均每米为36美元。初期投资过高从而极大地限制了地源热泵的应用。在目前的应用中，主要还是以公立学校，尤其是中小学为主，其次是联邦的公用设施，包括军用设施。在真正的私人投资的商用建筑中使用比例要低于前两者；2.各种地方法规对地源热泵使用的限制；3.承包商施工不规范；4.水平埋管土壤源热泵系统需要大量土地面积。
芬尼克兹（PHNIX）直热式空气源热泵热水机组的应用 芬尼克兹（PHNIX）直热式空气源热泵热水机组是目前世界上最先、能效比最高的热水设备之一。它是根据逆卡诺循环原理，采用电能驱动，通过制冷剂把自然界的空气、水等其他难以利用的低品位热能吸收，提升为可用的高品位热能对水进行加热的一种设备。 芬尼克兹（PHNIX）直热式空气源热泵热水机具备的特点如下： ●采用最先进的水路自控系统，保证出水温度恒定在60℃左右； ●降低了系统压力，使压缩机运转更轻松，更节能，延长压缩机的寿命； ●直接使用自来水压力，省去了循环水泵，减少投资，降低能耗； ●直接补热水到水箱，防止大量用水导致水箱温度下降。可减小保温水箱的容积，从而降低了初投资。 ●考虑到冬季气象条件的复杂性及空气源热泵正常的维护保养，为保障热水的正常供应不受影响，设备配置相应型号的电辅加热器，即使在环境温度为5℃以下都能确保有足够的热水输出。 适用范围广：芬尼克兹（PHNIX）直热式空气源热泵热水机组高效节能、安全可靠、绿色环保、经久耐用、方便舒适、使用可靠、安装方便；适用于环境温度为-7℃～43℃，可全天候工作；应用于宾馆、酒店、工厂、住宅小区、别墅、发廊、沐足、桑拿、学校等需要热水的场合。 一、芬尼克兹（PHNIX）直热式空气源热泵热水机的工程案例与经济性分析 一、工程概述：本工程为广东南海某宿舍楼，根据相关要求：为该宿舍楼提供300人的生活用热水。现设计选用芬尼克兹直热式空气源热泵热水机组为其提供热水。 二、设计依据及范围： 设计依据： A．本工程依据业主提供的要求； B．芬尼克兹空气源热泵热水机性能特点； C．根据国家规定的供热水标准设计规范进行设计； D．国家现行的其他相关规范及措施。 三、设计参数： 1、宿舍楼共300人，每人50升生活用热水； 2、沐浴：冬季最低环境温度条件下，从10℃自来水加热到60℃热水。 四、设计选型过程： 整个系统由空气源热泵热水机、水箱、水管、循环泵、电磁阀、智能控制器及一些检测控制元件组成：热泵热水机通过高效压缩机做功，把从蒸发器吸收的热量通过冷媒传到高温水冷凝器中释放给被加热的水， １
年热泵考试题（精选）2018-2019河南城建学院能源学院一、选择题 第一章 1.下列（ C ）是低品位能源。 A机械能 B电能 C内能 D化学能 2.下列选项中哪一个是空气源热泵（ A ）。 A空气-空气热泵 B水-空气热泵 C土壤-水热泵 D土壤-空气热泵 3.下列哪一个热源是热泵常用的热源（ B ）。 A机械能 B太阳能 C化学能 D电能 4.利用水作为热泵的低位热源时，应考虑（ D ）。 A补充热源的问题 B噪音问题 C除霜问题 D设备和管路的腐蚀问题5.水环热泵空调系统的特点（ C ）。 A以蒸汽为热源 B吸收太阳辐射能 C回收建筑物内部的余热 D从土壤中吸收热量 6.将多台小型水-空气热泵机组并联在一起的水源热泵系统称为（ D ）。 A空气源热泵系统 B土壤源热泵系统 C太阳能热泵系统 D水环热泵空调系统7.水-空气源热泵流经室内换热器的介质为（ A ）。 A空气 B冷却水 C内部蒸汽 D内部热水 8.热泵在（ A ）与（）温度区间工作。 A环境温度Ta、被加热物体温度Th B被冷却物体温度Te、环境温度Ta C被冷却物体温度Te、被加热物体温度Th D环境温度Ta、冷凝温度Tc 9.（ C ）是由两个等熵过程和两个工质与热源之间无温差的传热过程组成。 A卡诺循环 B逆卡诺循环 C洛伦兹循环 D回热循环 10.冬季工况空气源热泵机组可提供（ B）热水，夏季工况空气源热泵机组可提供（）冷冻水。 A 45~55、14 B 45~55、7 C 55~60、14 D 55~60、7 第二章 1.下列（ C ）不是单级蒸气压缩式热泵组件的是： A压缩机 B冷凝器 C吸收器 D蒸发器 2.热泵工质在系统内没有经过下列哪种过程（ D ） A压缩 B节流 C冷凝 D膨胀 3.被称为整个热泵系统心脏的是（ C ） A冷凝器 B节流阀 C压缩机 D蒸发器 4..压焓图上等干度线在湿度蒸气区域内大小从左至右( B ) A逐渐减小 B逐渐增大 C保持不变 D不能确定 5.在实际压缩过程中压缩终了阶段蒸气温度（ A ）缸壁的温度 A高于 B低于 C等于 D无法确定 6.压缩机输送每千克工质所消耗的理论动称为（ B ）