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圖 1. 什么是熱泵,?
熱泵是一種將空氣或液體中的熱量從低溫區(qū)域轉(zhuǎn)移到高溫區(qū)域的技術(shù),。如今,它們被用于空調(diào),、冰箱,、EcoCute 和其他日常生活必需品。
消耗電力來傳遞熱量,,但由于產(chǎn)生的熱能多于消耗的量,因此預(yù)計具有顯著的節(jié)能效果,。此外,,該技術(shù)作為一種環(huán)保技術(shù)而受到關(guān)注,因為與燃燒天然氣或石油的方法相比,,它可以顯著減少二氧化碳排放量,。
熱泵曾經(jīng)主要用于冰箱和空調(diào),用于冷卻物品,。然而,,隨著技術(shù)的進步,應(yīng)用范圍從低溫擴展到高溫,并應(yīng)用于空間供暖和熱水供應(yīng)等多種領(lǐng)域,。
在家里,,它們被用于冰箱、空調(diào),、洗衣機/烘干機等日常生活必需的家用電器,,也被用于高節(jié)能的EcoCute和地暖系統(tǒng)等設(shè)備。它還用于辦公室和醫(yī)院等用戶數(shù)量較多的設(shè)施中的商用空調(diào)和熱水器,,預(yù)計將顯著降低公用事業(yè)成本,。
圖2 熱泵原理
當(dāng)氣體被壓縮時,其溫度升高,;當(dāng)氣體膨脹時,,其溫度降低。熱泵利用這一特性來傳遞熱量,。碳氟化合物等具有傳熱作用的制冷劑,,在接近室溫的溫度下通過壓縮、膨脹反復(fù)液化,、汽化,,可以有效地傳熱。
熱泵的結(jié)構(gòu)由壓縮機,、膨脹閥,、蒸發(fā)器、被稱為冷凝器的兩個熱交換器以及連接它們的配管構(gòu)成,,低沸點制冷劑在配管內(nèi)循環(huán),。
制冷劑是傳遞熱能的介質(zhì)。主要使用氟利昂氣體,,根據(jù)壓力和溫度的不同,,反復(fù)蒸發(fā)和冷凝,變成氣體或液體,。
膨脹閥是一種使高溫高壓氟里昂氣體迅速膨脹,,使其達到低溫低壓狀態(tài),重新變成液體的裝置,。
壓縮機是將碳氟化合物氣體壓縮至高溫高壓的設(shè)備,。有離心式壓縮機和往復(fù)式壓縮機。
熱交換器根據(jù)其作用可分為蒸發(fā)器和冷凝器,。蒸發(fā)器的作用是吸收外界的熱量,,將碳氟化合物氣體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w,冷凝器的作用是將氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w,,并將熱量釋放到外界,。
制冷劑在蒸發(fā)器中吸收熱量,,變成氣體,并被壓縮機吸收,。壓縮至高溫高壓的氣體被送往冷凝器,,在冷凝器中變成液體,經(jīng)膨脹閥降至低溫低壓,,然后返回蒸發(fā)器,。熱泵通過重復(fù)這些循環(huán)將空氣中的熱量從低溫區(qū)域轉(zhuǎn)移到高溫區(qū)域。
熱泵根據(jù)傳熱原理分類如下,。
蒸汽壓縮式熱泵,、吸收式熱泵和吸附式熱泵利用制冷劑蒸發(fā)時產(chǎn)生的汽化和冷凝熱。利用氨汽化熱的熱泵主要用于冰箱和冰柜,。
這是一種利用地?zé)?、水源熱和太陽能熱的熱泵?/span>無論哪種情況,熱源都必須在附近,,但熱量的傳播效率比空氣熱更有效,。
使用半導(dǎo)體的熱泵。通過使電流通過熱電元件,,元件中產(chǎn)生晶格運動,。通過這種晶格運動傳遞熱量,可以實現(xiàn)精細的溫度控制,。因此主要應(yīng)用于需要精確控溫的醫(yī)療儀器和實驗設(shè)備,。然而,性能越高,,熱泵的成本就越高,。
最近,開始出現(xiàn)同時利用熱傳導(dǎo)和汽化熱的熱泵,。正如您所看到的,,每年都在開發(fā)新的熱泵技術(shù),使得更有效地捕獲和儲存熱量成為可能,。
熱泵的性能用它能產(chǎn)生的制冷或制熱能力(kW)與消耗的功率(kW)之比來表示,這稱為能耗效率COP(性能系數(shù)),。該值越高,,越能期待節(jié)能效果,特別是在空調(diào)中,,以制冷COP和制熱COP作為表示空調(diào)節(jié)能能力的指標。
然而,,COP表示恒溫環(huán)境下的能耗效率,,實際使用空調(diào)時,,性能會根據(jù)室內(nèi)和室外溫度而變化。因此,,全年能耗效率APF(Annual Performance Factor)是目前主流的節(jié)能標準,。APF是2006年9月修訂的節(jié)能法中取代COP的節(jié)能指標而設(shè)立的,與COP不同,,它表示運行一年內(nèi)的運行效率,。因此,可以說APF表現(xiàn)出更接近實際駕駛的運行效率,。
我們將介紹熱泵的優(yōu)點和缺點,這是一種有效地從外部收集熱量并將其用作大型熱源的技術(shù),。
優(yōu)點
通過從外部收集節(jié)能
熱量,,無需產(chǎn)生新的熱量,因此配備熱泵的電子設(shè)備的電費相對較低,。
安全性高
發(fā)熱時不發(fā)生燃燒,,安全性高。
預(yù)計減少二氧化碳排放
由于沒有燃燒過程,,二氧化碳排放量相對較低,。
過失
容易受外部環(huán)境影響
熱泵從外部收集熱量,因此當(dāng)外部溫度較低時,,其效率實際上會降低,。
圖 3. 熱泵溫差
熱泵在節(jié)省能源和成本方面表現(xiàn)出色,因為它們可以產(chǎn)生超過功耗的制冷和制熱能力,,但其缺點是容易受到外部環(huán)境的影響,。然而,熱泵可以從微小的溫差中提取大量的能量,。通過更有效地利用它,,預(yù)計可以進一步節(jié)省能源。
熱泵利用熱傳遞來加熱一側(cè)并冷卻另一側(cè),。通常情況下,,會使用其中一種,但如果您構(gòu)建一個可以同時使用加熱和冷卻的系統(tǒng),,則可能會產(chǎn)生更大的節(jié)能效果,。
使用熱泵的另一種有效方法是使用地下熱量作為熱源。與外界空氣相比,,地下熱量的溫度全年變化較小,,因此地下和地下水的溫度夏季寒冷,冬季溫暖,。通過這樣做,,可以有效地利用地下未使用的熱量,,并可以大大減少二氧化碳的排放。
此外,,熱泵的最大特點是可以最大限度地利用工廠廢氣熱能,、溫泉水排放等難以直接利用的熱能。
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