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空气能热泵热水装置的原理知识

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2015/5/11 11:47:39

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财富中国

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【摘要】热泵制热技术的历史相当久远,1824年,法国的青年工程师卡诺发现了这一现象:增加气体的压力时能够提高其温度,反之,减小气体的压力会降低其温度。他由此指出:利用这一现象可以实现热量的转移。

  在口常生活中“泵”随处可见,人们对此并不陌生,例如常见的水泵、油泵和气泵等。它们都有一个共同特点,即可以将流体介质泵送到势能更高或位能更高的地方,从本质上讲,它是一种提高介质位置或压力的机械装置。正如古话所说“人往高处走,水往低处流”,根据热力学第一定律,能量总是从高处转移到低处,比如水总是从高处流往低处,热量总是从高温物体传到低温物体。但通过“泵”可以将此过程逆转,人们可以通过水泵将低处的水泵送到高处,而且也能通过热泵将热量从低温物体转移到高温物体中。“热泵”顾名思义,是一种输送热量的泵,但是热量不是像水一样的流体,它没有体积和质量,输送热量必须依靠“载体”,这种载体我们称之为“冷媒”。所以热泵从温度较低的周围环境中吸取热量,并把它传递给温度较高的被加热的对象,实际上是一种热量提升装置。

  热泵制热技术的历史相当久远,1824年,法国的青年工程师卡诺发现了这一现象:增加气体的压力时能够提高其温度,反之,减小气体的压力会降低其温度。他由此指出:利用这一现象可以实现热量的转移。同年他还提出了“卡诺循环”,这一循环在理论上效率最高,但由于当时的机械制造技术水平有限,卡诺本人并没有提出可以具体实现的热泵结构设计。当时的卡诺循环针对的是热动力机,而卡诺循环的反向循环,即为热泵循环。热泵机组工作时,蒸发器一段总是吸收热量,而冷凝器一端总是释放热量,且两个过程是同时运行的。在理想状态下,冷凝器一端释放的热量要大于蒸发器一端吸收的热量。开尔文注意到一个现象:与电热丝发热相比,消耗同样的电量,热泵获取的热量要多很多倍,热泵能流图如图2.1所示,当时他把这样的装置称为“能量倍增器”

空气能热泵热水装置的原理知识

  热泵热水装置原理如2.2图所示,热泵只需要消耗少量电能,就能从环境中的低温热源中吸收大量免费热能,输送到水中用于加热热水。以某热泵热水装置的典型运行参数为例,当环境空气温度为100摄氏度、所制取的热水温度为450 摄氏度时,热泵仅需消耗掉1份电能Wc,即可从环境中吸收3.5份的低温热能Ql,最终共同生成4.5份450 C的热能Qh来制取热水。

空气能热泵热水装置的原理知识

  根据热泵热水装置原理,并参照热力学第一定律即能量守恒定律,图中的三个参数满足:

  Qh=Ql+Wc (2.1)

  式中Qh——热泵的制热量,即用来加热热水的热量;

  Ql——热泵从低温热源中吸收的热量;

  Wc——热泵消耗的电能。

  热泵热水装置的性能系数,也称为制热系数,是热泵热水装置的热效率或能源效率指标,计算方式为热水获得的热能与压缩机消耗的电能之比,通常用

空气能热泵热水装置的原理知识

  由式(2.3)可知,热泵的性能系数COP值恒大于1,所以热泵热水装置的热效率必然大于100%,实际上热泵的COP值通常为3.08.0,即热泵热水装置的热效率通常为300%到800%。而燃气热水器和电热水器的效率一般小于100%,太阳能热水器的折合效率为300%,故使用热泵热水装置能够节约大量电能。

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