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空气能行业知识点主编: 刘万青杨刚山周辉第一章热泵基础知识一、什么是热泵,热泵为什么会比其它制热产品节能热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术。人们所熟悉的“泵”是一种可以提高位能的机械设备, 比如水泵主要是将水从低处抽到高处, 从一处输送到另一处。而“热泵”是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能, 经过电力做功, 提供可被人们所用的高品位热能的装置。他们最大的特点是消耗的能量并不是用来直接转换成使用的能源, 它只是作为一个工具起到输送传递的作用。举例来说, 人靠消耗自身的能量来搬运货物, 最好的大力士也只能搬运 200-300 公斤的东西, 电热器是依靠消耗电能转换成热能, 得到的热能永远不可能大于原来本身所带的热能。可当我们使用汽车等等运输工具时, 我们只需要很少的一点点汽油便可以将几千公斤, 几万公斤的货物从一个地方搬运到另一个地方, 同样热泵只需要消耗 1KW 的电能, 便可以从空气、土壤搬运出 4KW 、 5KW 甚至 6KW 的热能到水中供我们使用。二、热泵的工作原理作为自然界的现象,正如水由高处流向低处那样,热量也总是从高温区流向低温区。但人们可以创造机器, 如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样, 采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置, 热泵的作用是从周围环境中吸取热量, 并把它传递给被加热的对象( 温度较高的物体),其工作原理与制冷机相同, 都是按照逆卡诺循环工作的,所不同的只是工作温度范围不一样。热泵在工作时, 它本身消耗一部分能量, 把环境介质中贮存的能量加以挖掘, 通过传热工质循环系统提高温度进行利用,而整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中的一小部分,因此,采用热泵技术可以节约大量高品位能源。在工作运行中, 蒸发器从周围环境中吸取热量, 蒸发传热工质, 工质蒸汽经热泵压缩后温度和压力上升, 高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时, 释放出的热量传递给了储水箱中的水。冷凝后的传热工质通过膨胀阀减压, 工质温度和压力下降, 返回到蒸发器, 然后吸热再次被蒸发,如此循环往复将环境中的热量源源不断的输送到使用的介质中(如水) 。三、为什么说余热利用的强力工具是热泵水从高处流向低处, 热由高温物全传递到低温物体, 这是自然规律。然而, 在现实生活中, 为了农业灌溉、生活用水等的需要, 人们利用水泵将水从低处送到高处。同样, 在能源日益紧张的今天, 为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等中的热量, 热泵被用来将低温物体中的热能传送高温物体中, 然后高温物体来加热水或采暖, 使热量得到充分利用。热泵的工作原理和家用空调、电冰箱等的工作原理基本相同,通过流动媒体在蒸发器、热泵, 冷凝器和膨胀阀等部品中的气相变化( 沸腾和凝结) 的循环来将低温物体的热量传递到高温物体中去。具体工作过程如下:①过热液体媒体在蒸发器内吸收低温物体的热量, 蒸发成气体媒体。②蒸发器出来的气体媒体液热泵的压缩, 变为高温高压的气体媒体。③高温高压的气体媒体在冷凝器中将热能释放给给高温物体、同时自身变为高压液体媒体。④高压液体媒体在膨胀阀中减压,再变为过热液体媒体,进入蒸发器,循环最初的过程。热泵的性能一般用成绩系数(COP) 来评价。成绩系数的定义为由低温物体传到高温牧体的热量与所需的动力之比。通常热泵的成绩系数为 3-4 左右, 也就是说, 热泵能够将自身所需能量的3到4 倍的热能从低温物体传送到高温物体。现在欧美日都在竞相开发新型的热泵。据报导新型的热泵的成绩系数可 6到8。如果这一数值能够得到普及的话, 这意味着能源将得到更有效的利用。热泵的普及率也将得到惊人的提高。目前热泵的最高出力温度为 110 度左右。超过这个温度将有可能出现使媒体分解的危险。热泵制热水使用温度在 50-60 ℃能效比最佳。四、热泵热水系统组成热泵热水系统包括热泵主机和换热储水箱两部分。热泵主机部分包括风冷式蒸发器、热泵及膨胀阀; 换热储水箱为内置冷凝盘管的储热水箱。冷媒( 工质) 在蒸发管内吸收环境空气中的热量,通过热泵循环由冷凝盘管在水箱内释放热量,加热水箱中的水。要搞清楚热泵的工作原理,首先要懂得制冷系统的工作原理。制冷系统(压缩式制冷) 一般由四部分组成: 热泵、冷凝器、节流阀、蒸发器。其工作过程为: 低温低压的液态制冷剂( 例如氟利昂), 首先在蒸发器里从低温热源( 例如冷冻水) 吸热并气化。然后热泵抽取蒸发器里气化后的制冷剂气体并压缩到冷凝器内, 此时制冷剂气体变成高温高压气体。该高温高压气体在冷凝器内被高温热源( 例如冷却水) 冷却凝结成液体, 变成高温高压液体制冷剂。再经节流阀截流成低温低压液态制冷剂。如此就完成一个制冷循环。对于一台分体式热泵冷暖空调来说, 夏天制冷时就是把冷凝器放在室外, 而