熱泵的工作原理,熱泵的工作原理是什麼?

2021-05-05 20:27:34 字數 4466 閱讀 9467

1樓:傲e俒

水從高處流向低處,熱由高溫物體傳遞到低溫物體,這是自然規律。然而,在現實生活中,為了農業灌溉、生活用水等的需要,人們利用水泵將水從低處送到高處。同樣,在能源日益緊張的今天,為了**通常排到大氣中的低溫熱氣、排到河川中的低溫熱水等中的熱量,熱泵被用來將低溫物體中的熱能傳送高溫物體中,然後高溫物體來加熱水或採暖,使熱量得到充分利用。

熱泵系統的工作原理與製冷系統的工作原理是一致的。要搞清楚熱泵的工作原理,首先要懂得製冷系統的工作原理。製冷系統(壓縮式製冷)一般由四部分組成:

壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器。其工作過程為:低溫低壓的液態製冷劑(例如氟利昂),首先在蒸發器(例如空調室內機)裡從高溫熱源(例如常溫空氣)吸熱並氣化成低壓蒸氣。

然後製冷劑氣體在壓縮機內壓縮成高溫高壓的蒸氣,該高溫高壓氣體在冷凝器內被低溫熱源(例如冷卻水)冷卻凝結成高壓液體。再經節流元件(毛細管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥等)節流成低溫低壓液態製冷劑。如此就完成一個製冷迴圈。

熱泵的效能一般用製冷係數(cop效能係數)來評價。製冷係數的定義為由低溫物體傳 到高溫物體的熱量與所需的動力之比。通常熱泵的製冷係數為3-4左右,也就是說,熱泵能夠將自身所需能量的3到4倍的熱能從低溫物體傳送到高溫物體。

所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置,工作時它本身消耗很少一部分電能,卻能從環境介質(水、空氣、土壤等)中提取4-7倍於電能的裝置,提升溫度進行利用,這也是熱泵節能的原因。歐美日都在競相開發新型的熱泵。據報導新型的熱泵的製冷係數可6到8。

如果這一數值能夠得到普及的話,這意味著能源將得到更有效的利用。熱泵的普及率也將得到驚人的提高。

地源熱泵是熱泵的一種,是以大地或水為冷熱源對建築物進行冬暖夏涼的空調技術,地源熱泵只是在大地和室內之間「轉移」能量。利用極小的電力來維持室內所需要的溫度。在冬天,1千瓦的電力,將土壤或水源中4-5千瓦的熱量送入室內。

在夏天,過程相反,室內的熱量被熱泵轉移到土壤或水中,使室內得到涼爽的空氣。而地下獲得的能量將在冬季得到利用。如此周而復始,將建築空間和大自然聯成一體。

以最小的代價獲取了最舒適的生活環境。 由於熱泵裝置的工作原理與壓縮式製冷是一致的;所以在小型空調器中,為了充分發揮它的效能,在夏季空調降溫或在冬季取暖,都是使用同一套裝置來完成的。在冬季取暖時,將空調器中的蒸發器與冷凝器通過一個換向閥來調換工作,見左圖。

由圖中可看出,在夏季空調降溫時,按製冷工況執行,由壓縮機排出的高壓蒸汽,經換向閥(又稱四通閥)進入冷凝器,製冷劑蒸汽被冷凝成液體,經節流裝置進入蒸發器,並在蒸發器中吸熱,將室內空氣冷卻,蒸發後的製冷劑蒸汽,經換向閥後被壓縮機吸入,這樣周而復始,實現製冷迴圈。

在冬季取暖時,先將換向閥轉向熱泵工作位置,於是由壓縮機排出的高壓製冷劑蒸汽,經換向閥後流入室內蒸發器(作冷凝器用),製冷劑蒸汽冷凝時放出的潛熱,將室內空氣加熱,達到室內取暖目的,冷凝後的液態製冷劑,從反向流過節流裝置進入冷凝器(作蒸發器用),吸收外界熱量而蒸發,蒸發後的蒸汽經過換向閥後被壓縮機吸入,完成制熱迴圈。這樣,將外界空氣(或迴圈水)中的熱量「泵」入溫度較高的室內,故稱為「熱泵」。

對於一臺分體式熱泵空調來說,夏天製冷時就是以室外機為冷凝器、室內機為蒸發器,執行時就把室內的熱量輸送到了室外。而冬季則以室內機為冷凝器、室外機為蒸發器,這樣就把室外的熱量輸送到了室內,通常這些是通過四通換向閥來實現的。

熱泵空調裡面有一個四通換向閥。在製冷工況下,室內熱交換器就是蒸發器,室外熱交換器(夏天往外呼撥出熱風的那個東西)就是冷凝器。冬季供熱的時候,四通換向閥切換,改變冷媒的流向,此時,室內熱交換器就是冷凝器,室外熱交換器(冬天往外呼撥出冷風的那個東西)就是蒸發器。

由於冬季往外出冷風,換熱器要結霜,所以等結霜到一定程度時,四通換向閥再切換,空調變成夏季製冷工況,室外熱交換器得到熱量,化霜,化霜完畢後,四通閥再切換到制熱狀態。除霜時,為了防止向室內吹冷風,故室內機的風機停止運轉。(當然這種逆向除霜對舒適性有一定影響,所以又有了熱氣旁通除霜、蓄熱除霜等不需要切換工況的方式)

能量分析

在上圖的熱泵迴圈中,從低溫熱源(室外空氣或迴圈水,其溫度均高於蒸發溫度t0)中取得q0 kcal/h的熱量,消耗了機械功alkcal/h,而向高溫熱源(室內取暖系統)**了q1 kcal/h的熱量,這些熱量之間的關係是符合熱力學第一定律的,即q1=q0+al kcal/h

如果不用熱泵裝置,而用機械功所轉變成的熱量(或用電能直接加熱高溫熱源,則所得的熱量為alkcal/h,而用熱泵裝置後,高溫熱源(取暖系統)多獲得了熱量:q1-al=q0 kcal/h。這一熱量是從低溫熱源取得的,如果不用熱泵裝置,就無法取得這一熱量。

故用熱泵裝置既可節省燃料,又可利用餘熱。

熱泵的工作迴圈與熱機的工作迴圈正好相反,熱機是利用高溫熱源的能量來產生機械功的,而熱泵是靠消耗機械功將低溫熱源的熱量轉移到高溫物體中去。

熱泵具有兩個相同的熱源溫度,則它們之間的關係為:φ=q1╱al=(q0+al)╱al=ε+1,ε 是製冷機的製冷係數。由此可看出,熱量轉換系數的最小值是φ=1,在此極限情況下ε=0,q0=0,即沒有從低溫熱源吸取熱量。

作為自然界的現象,正如水由高處流向低處那樣,熱量也總是從高溫區流向低溫區。但人們可以創造機器,如同把水從低處提升到高處而採用水泵那樣,採用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置,熱泵的作用是從周圍環境中吸取熱量,並把它傳遞給被加熱的物件(溫度較高的物體),其工作原理與製冷機相同,都是按照逆卡諾迴圈工作的,所不同的只是工作溫度範圍不一樣。

熱泵在工作時,它本身消耗一部分能量,把環境介質中貯存的能量加以挖掘,通過傳熱工質迴圈系統提高溫度進行利用,而整個熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分,因此,採用熱泵技術可以節約大量高品位能源。

在執行中,蒸發器從周圍環境中吸取熱量以蒸發傳熱工質,工質蒸汽經壓縮機壓縮後溫度和壓力上升,高溫蒸氣通過冷凝器冷凝成液體時,釋放出的熱量傳遞給了儲水箱中的水。冷凝後的傳熱工質通過膨脹閥返回到蒸發器,後再被蒸發,如此迴圈往復。 熱泵工作工質以前一般為氟利昂,但由於氟利昂對地球大氣臭氧有破壞作用,為了保護地球的生態環境,除了提高熱泵的製冷係數,有效利用能源以外,各國科學還致力於新型工質的開發,已有替代氟利昂的工質得到應用。

但是,今天中國大部分廠家所採用的工質還是r22,採用環保工質r417a、134a的時代還未到來。而日本等一些國家已率先採用co2作為工質,從而不對臭氧層造成破壞。(所以在安裝時,銅管務必要連線緊密,防止r22漏出。

)此外,以上所述的r22、r417a、134a、co2皆對人體不造成傷害的,即使有漏出,整套裝置仍然都是安全的。

2樓:淵釋寒汐之吾念

熱泵」是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能,經過電力做功,提供可被人們所用的高品位熱能的裝置。

熱泵實質上是一種熱量提升裝置,熱泵的作用是從周圍環境中吸取熱量,並把它傳遞給被加熱的物件(溫度較高的物體),其工作原理與製冷機相同,都是按照逆卡諾迴圈工作的,所不同的只是工作溫度範圍不一樣。

熱泵在工作時,它本身消耗一部分能量,把環境介質中貯存的能量加以挖掘,通過傳熱工質迴圈系統提高溫度進行利用,而整個熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分,因此,採用熱泵技術可以節約大量高品位能源。

熱泵是以冷凝器放出的熱量來供熱的製冷系統,它被形象的稱為「熱量倍增器」。目前在市場上廣泛出現的家用冷暖空調器上,就已經廣泛地應用了熱泵制熱,其制熱係數已高達3以上。

熱泵的工作原理是什麼?

3樓:匿名使用者

作為自然界的現象,正如水由高處流向低處那樣,熱量也總是從高溫流向低溫。但人們可以創造機器,如同把水從低處提升到高處而採用水泵那樣,採用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置,它本身消耗一部分能量,把環境介質中貯存的能量加以挖掘,提高溫位進行利用,而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低,這也是熱泵的節能特點。

熱泵是一種充分利用低品位熱能的高效節能裝置。熱量可以自發的從高溫物體傳遞到低溫物體中去,但不能自發地沿相反方向進行。熱泵的工作原理就是以逆迴圈方式迫使熱量從低溫物體流向高溫物體的機械裝置,它僅消耗少量的逆迴圈淨功,就可以得到較大的供熱量,可以有效地把難以應用的低品位熱能利用起來達到節能目的。

由於熱泵裝置的工作原理與壓縮式製冷是一致的;所以在小型空調器中,為了充分發揮它的效能,在夏季空調降溫或在冬季取暖,都是使用同一套裝置來完成的。在冬季取暖時,將空調器中的蒸發器與冷凝器通過一個換向閥來調換工作。

4樓:我是大角度

它主要是由壓縮機、熱交換器、軸流風扇、保溫水箱、水泵、儲液罐、過濾器、電子膨脹閥和電子自動控制器等組成。

接通電源後,軸流風扇開始運轉,室外空氣通過蒸發器進行熱交換,溫度降低後的空氣被風扇排出系統,同時,蒸發器內部的工質吸熱汽化被吸入壓縮機,壓縮機將這種低壓工質氣體壓縮成高溫、高壓氣體送入冷凝器,被水泵強制迴圈的水也通過冷凝器,被工質加熱後送去供使用者使用。

而工質被冷卻成液體,該液體經膨脹閥節流降溫後再次流入蒸發器,如此反覆迴圈工作,空氣中的熱能被不斷「泵」送到水中,使保溫水箱裡的水溫逐漸升高,最後達到55℃左右,正好適合人們洗浴,這就是空氣源熱泵熱水器的基本工作原理。

熱泵(heat pump)是一種將低溫熱源的熱能轉移到高溫熱源的裝置。來實現製冷和供暖。

通常用於熱泵裝置的低溫熱源是我們周圍的介質空氣、河水、海水,城市汙水,地表水,地下水,中水,消防水池,或者是從工業生產裝置中排出的工質,這些工質常與周圍介質具有相接近的溫度。

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