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科普:一目了然的空气源热泵原理

宇众环境科技 2019-05-14 15:53:40

一、什么是热泵?

 

  热泵不是水泵,甚至不是泵,而是成套装置。热泵的英文名称heatpump,它有2个定义:

 

  定义1:从低温热源吸热送往高温热源的循环设备。

 

  定义2:以消耗一部分高品位能源(机械能、电能或高温热能)为补偿,使热能从低温热源向高温热源传递的装置。

 

  让我们来回忆一下物理知识:

 

  热力学第一定律:能量守恒定律。

 

  热力学第二定律:热量可以自发地从温度高的物体传递到温度低的物体,但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体。

 

  那热泵是不是违反热力学定律的怪物?热泵是不是永动机?

 

  我们来看一下热泵的工作原理:

 

 


 


  高压锅:大于1个大气压,水的沸点会超过100℃,

 

  换言之,在高压下,水蒸气会在超过100℃的情况下冷凝成液体!

 

  在2个大气压下,水的沸点是121℃!

 

  低压锅:小于1个大气压下,水的沸点会低于100℃,

 

  换言之,在低压下,水会在低于100℃情况下蒸发成气体!

 

  在0.12个大气压下,水的沸点是50℃!

 

  通过压缩机做功,使工质产生物理变相(气态--液态--气态),利用这一往复循环相变过程不断通过低压锅(蒸发器)吸热和高压锅(冷凝器)放热,由吸热装置吸取免费的热量,经过热交换器使冷水升温,制取的热水通过水循环系统送至用户。

 


 

 


  蒸汽机开启了第一次工业革命,世界进入到利用能源的新时代,其原理是卡诺循环,是利用热能转化为机械能的方式,能效永远低于1。

 



 

  热泵则开启了节约能源的新时代。其原理是逆卡诺循环,利用机械能将低温热能转换为高温热能的方式,能效永远大于1,热泵是节约能源的最佳方式。

 

  各种能源形式的密度最高的是电力。

 

 

  能源的最佳利用方式:

 

 

  二、空气源热泵的优势

 

  空气源有很多优势,最基本的就是安全,高效,无污染,方便坊间有专家称,要称热泵为可再生能源,那么热泵的全年平均能效比就要大于2.7?

 

  我们论证一下这句话对不对,目前中国的电力70%来自煤,从这点来讲,专家是对的,但是下面两个原因的热泵应用是非常值得推荐的:

 

  1,如果电力是来自水电,风电,太阳能风电等清洁能源,这时热泵的应用是非常环保的;

 

  2,如果采用的电力是电网中富余的电力,这个电力不用,相当于浪费,这时热泵应用这部分电力,可以起到很好的削峰平谷的作用。除上述日照时间很长的地区(如西藏,云南),在中国大多数地区热泵都比光热式太阳能更有优势,热泵是主角,同时投资热泵和太阳能没有经济性。

 

  凡事皆有2面,热泵也不例外,那么热泵的缺点是什么呢?

 

  三、空气源热泵的缺点

 

  1,低温性能下降

 

  2,结霜导致性能下降

 

  有缺点不可怕,方法总比问题多,那么针对这2个缺点也有相应的应对措施。

 

  四、如何克服空气源热泵的缺点?

 

  针对低温性能下降的应对措施有5点:

 

  1,更大的换热面积;

 

  2,变频技术;

 

  3,双级压缩技术;

 

  4,复叠压缩技术;

 

  5,喷气增焓焓技术。

 

 

  针对第二个问题——结霜性能下降,则有4个解决方法:

 

  1,更大的换热面积-延缓结霜;

 

  2,合理的翅片换热器设计-延缓结霜;

 

  3,有效的化霜方法模式-缩短化霜时间;

 

  4,准确的化霜进入点和退出点-减少热损。

        

        五、空气源热泵的前景


        空气源热泵的应用其实很广泛,可以概括为2点:采暖,生活热水及工业用途


        关于空气源热泵的应用业绩专业人士也一个设想:舒适人居节能解决方案

 

        舒适人居的最基本要求包括:


        热水充分、空气新鲜、饮水安全、冬暖夏凉

 

        舒适人居传统解决方案也存在一些弊端:

 

        传统解决方案的其他弊端还包括能耗大、投资大、占空间:

 

        针对传统方案,我们提出独栋集中设备解决方案

 

        而通过热泵来提供舒适人居节能解决方案,优势相对明显

 


        这就是空气源热泵



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