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热泵技术原理

来源:  |  发布时间:2013-2-26 17:13:42  |  浏览次数:

在建筑给排水工程设计中,集中热水供应系统的加热设备是专业技术人员设计的内容之一。工程设计上对各种加热设备的选择的基本原则是:安全性、高效性、经济性、环保性及维修方便。但每种选择都可能有它的利弊存在。

太阳能应用于热水供应系统已带给用户实际经济效益。它的环保、安全及节能的优势使太阳能加热器得到广泛应用。由于它是完全利用阳光的照射吸取收热能,经常受天气因素的局限影响了使用效果。为解决阴雨天太阳能不足的问题,太阳能热水供应系统必须配备辅助加热器。辅助加热器通常采用燃油、燃气、电加热。由于能源短缺,上述问题的出现引发了科学家们对新技术的研究,经过近50年的努力,现已研制出更环保、节能的水加热设备——空气源热泵热水器。

自然界的物质一般都有三种存在状态:气态、液态、固态。当物质的状态发生变化时,一般会伴有能量的传递。当物质从液态变为气态,要吸收能量;而从气态变为液态,要释放能量;正如:在夏季,当皮肤上擦一些水时,水挥发为气体,从皮肤上带走热量,皮肤会感到凉爽。

当我们发明一种设备能使一种物质不但能从气态变为液态,同时又能从液态变为气态,并循环往复,就能够实现连续制热。这种循环的物质就叫做工质。热泵热水器系列产品正是利用这种能量转换方式来制取热水的设备。它由压缩机、风换热器、水换热器、膨胀阀四个基本部件组成。

热泵热水器是一种高效集热并转移热量的装置,它可以把消耗的电能转化成3倍以上的热能,实现低温热能向高温热能的搬运。它运用逆卡诺循环原理,通过压缩机做功,使工质产生相变:气态——液态——气态,利用这一往复循环相变过程不断地吸热与放热,实现热量从空气侧向水侧的转移。具体情况如图所示:液态工质在风换热器中气化,低温低压的气态工质经压缩机压缩后变为高温高压气体送至水换热器。由于此时工质温度高于水温,工质从气态变为液态,液态工质经膨胀阀节流后压力进入风换热器,低压液态工质再次气化,完成一次循环。在这个循环过程中,随着制冷剂状态的变化,实现热量的搬运。

传热介质常压下其沸点为零下41℃,凝固点为零下100℃,即零下41℃以后是液体,因此很容易吸热蒸发成气体。实际运行中,压缩机将传热介质的压力和温度升高,在绝对压力0.25Mpa下,热泵中传热介质的蒸发温度为零下20℃左右,因此仍可吸收低温度环境中的热量。基于此原理,空气源热泵热水器一年四季均可运行,能够昼夜高效地生产热水。



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