热电制冷器的原理及应用技术
1.0 热电制冷的介绍
1.1 热电制冷器，也被称为珀尔帖制冷器，是一种以半导体材料为基础，可以用作小型热泵的电子元件。
通过在热电制冷器的两端加载一个较低的直流电压，热量就会从元件的一端流到另一端。此时，制冷器的
一端温度就会降低，而另一端的温度就会同时上升。值得注意的是，只要改变电流方向，就可以改变热流
的方向，将热量输送到另一端。所以，在一个热电制冷器上就可以同时实现制冷和加热两种功能。因此，
热电制冷器还可以用于精确的温度控制。
1.1.1为了给新用户提供一个热电制冷器制冷量的大致概念，我们首先以一个典型的单级热电制冷器为例。
将这个单级热电制冷器放置在散热器上，使其保持在室温。然后将其连接在一个适当的电池上或者直流电
源上，制冷器的冷端温度会降低到大约-40 ℃。此时，制冷器上将达到相对热平衡状态，而且制冷器两端
将达到最大的温差(DTmax)。如果向冷端不断输入热量，冷端温度会逐渐增加，直到与热端温度相同。这一
时刻，制冷器会达到最大制冷量(Qmax）。
1.2热电制冷器与传统的机械式制冷器都遵循相同的热力学法则，并且，尽管两者的组成形式有很大不同，
但是其工作原理却是相同的。
在机械式制冷单元中，首先使用压缩机增加液体的压力，使制冷剂在体系中循环流动。然后，制冷剂在冷
冻区固化，在随后的升华过程中吸收热量使冷冻区温度降低。而在冷冻区被吸收的热量被运输到压缩机，
并通过制冷剂压缩这个过程将热量传递给环境。相对的，在热电制冷系统中，掺杂的半导体材料就充当了
液态制冷剂的作用，而冷凝器被散热器所取代，压缩机被直流电源所取代。通过在热电制冷器上加载直流
电源，使半导体中的电子发生运动。在半导体材料的冷端，热量被电子运动所吸收，这些电子运动到材料
的另外一端，即热端。由于材料的热端连接在散热器上，热量也就从材料体内传到散热器上，然后再被输
送到环境中。
1.3尽管商业化的热电制冷器在1960年前后才有所发展，但是热电制冷器的物理理论可以追溯到19世纪
1 第8章 热泵技术及应用
热泵是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统，是近三十年来迅猛发展的一种高效的节能装置。由于热泵花费少量的驱动能源，就可以从周围环境中提取低品位热量转化为有用的热量，被广泛应用于建筑空气调节、石油化工供能、农副产品加工、化工原料处理、中草药材干燥、轻工产品生产等领域中。热泵还可以采用各种新能源和可再生能源作为驱动能源，合理匹配利用能源，在节约能源的同时实现了社会的可持续发展。正是因为热泵同时兼顾节约能源、环境保护和持续发展而倍受人们关注。
8.1 热泵的基本知识
8.1.1 热泵的发展与现状
热泵的理论最早可追溯到1824年法国物理学家卡诺(S. Carnot)发表的逆卡诺循环。世界上第一个提出热泵装置的人是英国的著名科学家开尔文(L. Kelvin)，开尔文早在1852年就描述了他的热量倍增器的设想。如图8—1所示，该装置由两个气缸和一个储气筒组成，气缸活塞由蒸汽机驱动，储气筒起换热器的作用。室外环境的空气被吸入气缸，膨胀降温后排至室外的储气筒，在储气筒中吸收环境热量温度回升，然后进入排出气缸被压缩至大气压力排出。显然排出空气的温度高于环境温度，被送入需要供暖的建筑物。遗憾的是，限于当时的工业技术水平，开尔文没有制造出他的热泵装置。 2
图8-1 卡尔文的“热泵”设想简图
历史上，同样是制冷系统的制冷机的发展远远领先于热泵，主要的原因是人类获得冷的方式比较少，而获得热的方式有很多。如化石燃料直接取暖、锅炉采暖、电加热取暖等。
世界上第一台热泵装置是1927年在英国安装试验的一台家用热泵，它是用氨作为工质，外界空气作为热源，用来采暖和加热水。当时人们已经认识到在热泵装置中，通过简单的切换循环的方向来实现冬季供热、夏季供冷的可能性，以及合理匹配废热、驱动能源、供热和制冷等综合利用的问题。
随后，美国、瑞士、德国和日本等国家也开始研究和使用热泵装置。1931年，美国洛杉矶一间办公大楼将制冷设备用于供热，供热量达1050
地源热泵系统工程
技术方案
一、 项目介绍 1、 工程概况
本工程为 。总用地15322.46㎡。
本项目总建筑面积约为 ，包括 ，旧楼 。空调系统需满足建筑物冷、热负荷要求。
2、 设计依据
2.1 参考资料
《建筑给水排水设计规范》GB 50015-2003（2009）
《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019-2003
《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045-95（2005年版）
《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005
《公共建筑节能设计标准》DB13(J)81-2009
2.2 设计参数
采用负荷指标法估算建筑物的冷、热负荷：
夏季冷指标为94.5w/㎡，冷负荷为3130.82kw；
冬季热指标为81.7 w/㎡，热负荷为2706.75kw。
二、 设计方案描述
1、 设计思路
本项目埋孔面积有限，土壤换热器的数量仅能满足部分建筑物冷热需求，所以空调系统采用地源热泵+户式空调的组合方式，新增建筑的七层以下（含七层）及原有培训楼（旧楼）采用地源热泵系统，新增建筑的八层以上（含八层）采用户式空调。地源热泵系统采用集中温控系统实现自动控制。
2、 热泵主机配置描述
本方案配置2台美国美意公司生产的MWH2800CC型地水源热泵机组。
MWH2800CC型地水源热泵机组是以地能即地下水(井水、地埋管或其他地表水)为主要能源辅以电能，通过先进的设备将地下取之不竭但不易利用的低品位再生能源开发利用，使其变为高品位能源。 MWH2800CC型地水源热泵机组的性能参数如下：
机组制冷参数 制冷量 KW 883
制冷输入功率 KW 196
蒸发器负载水水流量 m³/h 152
蒸发器水压下降 KPa 66
冷凝器源水水量 m³/h 186
冷凝器水压降 KPa 53
机组制热参数 制热量 KW 1288
精选文档 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，
其主要分为：
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。本次收集的空气源热泵方面论文有55篇，主要有：
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，如发生多余的除霜动作，或需要除霜时而不发出信号等弊病存在。有关文献提出的最佳除霜时间控制及最大平均供热量控制除霜等方法，从理论上讲很有新意，但实现起来比较困难。本人认为：采用自调整模糊除霜控制的思路及系统的基本结构，确定室内外大气温度、相对湿度之差及翅片温度的变化率等作为输入论域，经对输入量的模糊化和模糊推理方法，在高位机上实现模糊除霜控制的仿真，采用这种方法除霜经与实验数据对比，
