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空氣能熱泵熱水裝置的原理知識(shí)

作者:admin      來源:本站原創(chuàng)      發(fā)布時(shí)間: 2015/4/16 8:58:43     瀏覽:
在口常生活中“泵”隨處可見,人們對(duì)此并不陌生,例如常見的水泵、油泵和氣泵等。它們都有一個(gè)共同特點(diǎn),即可以將流體介質(zhì)泵送到勢(shì)能更高或位能更高的地方,從本質(zhì)上講,它是一種提高介質(zhì)位置或壓力的機(jī)械裝置。

  在口常生活中“泵”隨處可見,人們對(duì)此并不陌生,例如常見的水泵、油泵和氣泵等。它們都有一個(gè)共同特點(diǎn),即可以將流體介質(zhì)泵送到勢(shì)能更高或位能更高的地方,從本質(zhì)上講,它是一種提高介質(zhì)位置或壓力的機(jī)械裝置。正如古話所說“人往高處走,水往低處流”,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,能量總是從高處轉(zhuǎn)移到低處,比如水總是從高處流往低處,熱量總是從高溫物體傳到低溫物體。但通過“泵”可以將此過程逆轉(zhuǎn),人們可以通過水泵將低處的水泵送到高處,而且也能通過熱泵將熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體中?!盁岜谩鳖櫭剂x,是一種輸送熱量的泵,但是熱量不是像水一樣的流體,它沒有體積和質(zhì)量,輸送熱量必須依靠“載體”,這種載體我們稱之為“冷媒”。所以熱泵從溫度較低的周圍環(huán)境中吸取熱量,并把它傳遞給溫度較高的被加熱的對(duì)象,實(shí)際上是一種熱量提升裝置。

  熱泵制熱技術(shù)的歷史相當(dāng)久遠(yuǎn),1824年,法國(guó)的青年工程師卡諾發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象:增加氣體的壓力時(shí)能夠提高其溫度,反之,減小氣體的壓力會(huì)降低其溫度。他由此指出:利用這一現(xiàn)象可以實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移。同年他還提出了“卡諾循環(huán)”,這一循環(huán)在理論上效率最高,但由于當(dāng)時(shí)的機(jī)械制造技術(shù)水平有限,卡諾本人并沒有提出可以具體實(shí)現(xiàn)的熱泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)的卡諾循環(huán)針對(duì)的是熱動(dòng)力機(jī),而卡諾循環(huán)的反向循環(huán),即為熱泵循環(huán)。熱泵機(jī)組工作時(shí),蒸發(fā)器一段總是吸收熱量,而冷凝器一端總是釋放熱量,且兩個(gè)過程是同時(shí)運(yùn)行的。在理想狀態(tài)下,冷凝器一端釋放的熱量要大于蒸發(fā)器一端吸收的熱量。開爾文注意到一個(gè)現(xiàn)象:與電熱絲發(fā)熱相比,消耗同樣的電量,熱泵獲取的熱量要多很多倍,熱泵能流圖如圖2.1所示,當(dāng)時(shí)他把這樣的裝置稱為“能量倍增器”

  

  熱泵熱水裝置原理如2.2圖所示,熱泵只需要消耗少量電能,就能從環(huán)境中的低溫?zé)嵩粗形沾罅棵赓M(fèi)熱能,輸送到水中用于加熱熱水。以某熱泵熱水裝置的典型運(yùn)行參數(shù)為例,當(dāng)環(huán)境空氣溫度為100攝氏度、所制取的熱水溫度為450 攝氏度時(shí),熱泵僅需消耗掉1份電能Wc,即可從環(huán)境中吸收3.5份的低溫?zé)崮躋l,最終共同生成4.5份450 C的熱能Qh來制取熱水。

  

  根據(jù)熱泵熱水裝置原理,并參照熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律,圖中的三個(gè)參數(shù)滿足:

  Qh=Ql+Wc (2.1)

  式中Qh——熱泵的制熱量,即用來加熱熱水的熱量;

  Ql——熱泵從低溫?zé)嵩粗形盏臒崃?

  Wc——熱泵消耗的電能。

  熱泵熱水裝置的性能系數(shù),也稱為制熱系數(shù),是熱泵熱水裝置的熱效率或能源效率指標(biāo),計(jì)算方式為熱水獲得的熱能與壓縮機(jī)消耗的電能之比,通常用

  

  由式(2.3)可知,熱泵的性能系數(shù)COP值恒大于1,所以熱泵熱水裝置的熱效率必然大于100%,實(shí)際上熱泵的COP值通常為3.08.0,即熱泵熱水裝置的熱效率通常為300%到800%。而燃?xì)鉄崴骱碗姛崴鞯男室话阈∮?00%,太陽能熱水器的折合效率為300%,故使用熱泵熱水裝置能夠節(jié)約大量電能。