熱泵原理

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  一，什么是熱泵？

         簡單的說就是運用逆卡諾原理，通過壓縮機對介質(zhì)的壓縮，使其在運動中發(fā)生物理形態(tài)變化，從而將空氣中大量的低溫熱能吸收進來，聚集成高溫熱能，并傳輸至水中將水加熱。

     熱泵熱水機組遵循能量守恒定律和熱力學第2定律，運用熱泵的原理，只需要消耗一小部分的機械功（電能），將處于低溫環(huán)境（大氣或地下水等）下的熱量轉(zhuǎn)移到高溫環(huán)境下的熱水器中，去加熱制取高溫的熱水。熱泵可以與水泵相比擬，水是不能自發(fā)地從低處流向高處，要將低處的水輸送到高處，必須用一臺水泵，消耗一部分電力，才能將水送到高處的水箱中。同樣，根據(jù)熱力學第二定律，熱量也是不能自發(fā)地從低溫環(huán)境向高溫環(huán)境中轉(zhuǎn)移（傳送），而要實現(xiàn)這個目的，必須要有一臺機器，消耗一部分機械功（例如電能），才能將低溫環(huán)境中的熱量傳送到高溫環(huán)境中去。這樣的機器就稱之為“熱泵”。熱泵的作用是將空氣中或低溫水中的熱量取出，連同本身所用的電能轉(zhuǎn)變成的熱能，一起送到高溫環(huán)境中去應(yīng)用。

      要搞清楚熱泵的工作原理，首先要懂得制冷系統(tǒng)的工作原理。制冷系統(tǒng)（壓縮式制冷）一般由四部分組成：壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器。其工作過程為：低溫低壓的液態(tài)制冷劑（例如氟利昂），首先在蒸發(fā)器（例如空調(diào)室內(nèi)機）里從高溫熱源（例如常溫空氣）吸熱并氣化成低壓蒸氣。然后制冷劑氣體在壓縮機內(nèi)壓縮成高溫高壓的蒸氣，該高溫高壓氣體在冷凝器內(nèi)被低溫熱源（例如冷卻水）冷卻凝結(jié)成高壓液體。再經(jīng)節(jié)流元件（毛細管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥等）節(jié)流成低溫低壓液態(tài)制冷劑。如此就完成一個制冷循環(huán)。

對于一臺分體式熱泵空調(diào)來說，夏天制冷時就是以室外機為冷凝器、室內(nèi)機為蒸發(fā)器，運行時就把室內(nèi)的熱輸送到了室外。而冬季則以室內(nèi)機為冷凝器、室外機為蒸發(fā)器，這樣就把室外的熱量輸送到了室內(nèi)，通常這些是通過四通換向閥來實現(xiàn)的。熱泵空調(diào)里面有一個四通換向閥。在制冷工況下，室內(nèi)熱交換器就是蒸發(fā)器，室外熱交換器（夏天往外呼呼出熱風的那個東西）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(nèi)熱交換器就是冷凝器，室外熱交換器（冬天往外呼呼出冷風的那個東西）就是蒸發(fā)器。

  二，熱泵的發(fā)展史

      薩迪•卡諾

也許很多人都不認得這個人，但對于卡諾原理以及逆卡諾原理卻再熟悉不過卡諾原理就是以薩迪•卡諾SadiCarnot的名字來命名的。1824年,這位法國青年工程師卡諾研究并發(fā)現(xiàn)了“卡諾循壞”，它是一種理想熱機的效率,這種熱機的循環(huán)過程叫做“卡諾循環(huán)”。不幸的是，卡諾1832年病逝，享年36歲，而他的理論直到45年后才被真正應(yīng)用。

 

 卡爾•馮•林德

         

    威利斯·哈維蘭·開利

      

       Willis HavilandCarrier威利斯·哈維蘭·開利，這個名字，已經(jīng)如雷貫耳了。很多人也稱他為開利博士或“空調(diào)之父”。 1915年，開利博士與6 個朋友集資32萬美元，成立開利公司；1902年，開利博士發(fā)明了第一套、也是空調(diào)史上具有里程碑地位的產(chǎn)品一一離心式空調(diào)機。

 

    E·J科伯蘭德 

         

      E·J科伯蘭德是美國的卡爾·維納特KE-LVZNATOR公司的工程師，他發(fā)于1918年設(shè)計發(fā)明了世界上第一臺相對成熟的電冰箱。這也是人類歷史上的一個重大創(chuàng)舉。

      我們知道空調(diào)機組是由四部分組成：壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器以及其他配件組成的，我們平日常見的分體，中央空調(diào)都是氟空調(diào)。而空氣能熱泵空調(diào)就是多了一個交換器，我們稱之為板換，將機器制造的能量轉(zhuǎn)換到水里去，將水加熱或冷卻，所以我們現(xiàn)在看到的所有在空氣中交換能量的家用空調(diào)，冰箱都是空氣能熱泵，為了區(qū)別氟系統(tǒng)冷暖機組與水冷暖機組而將水冷暖機組筒稱為熱泵系統(tǒng)，也可以將其稱之為氟水空調(diào)。

四，空氣源，地源熱泵的區(qū)別？

        空氣源熱泵是將空氣中大量的低溫熱能通過壓縮機的·壓縮而變?yōu)楦邷責崃�，我們稱之為空氣源熱泵。地源熱泵是將土壤中的大量低溫熱源通過壓縮機的壓縮而變?yōu)楦邷責崃课覀兎Q之為地源熱泵。所以空氣源熱泵與地源熱泵沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是換熱的地點不同罷了。

五，熱泵水冷暖方式的優(yōu)勢與缺點：

       由于熱泵系統(tǒng)是水冷暖方式舒適性，安全性是非常明顯的，主要有以下幾大方面的優(yōu)勢：

       1，節(jié)能：熱泵系統(tǒng)本身是不發(fā)熱的·，只是用少量的電能將自然界的熱能吸收進來，（大自熱熱量的搬運工）所以費用只是電熱水器的1/4，燃氣熱水器的1/3，電輔加熱太陽能熱水器的2/3。

2，安全：首先熱泵的制熱不是電器元件在水中加熱的方式，而是介質(zhì)在流動中的形態(tài)變化將熱量從大自然中搬進來，從而避免電加熱可能的漏電風險，其次如果是大型的中央空調(diào)，如果只用介質(zhì)（氟利昂）作為整個末端的換熱載體的話，其二介質(zhì)的數(shù)量很大，如果在一個較小的密閉房間泄漏的話，將對人造成傷害。其三也沒有燃氣熱水器可能的燃氣泄漏或中毒之類的危險。       

3， 舒適：空氣能水冷暖系統(tǒng)的舒適性是與氟冷暖空調(diào)相比較得出的結(jié)論。在制冷的狀態(tài)下氟機出風口的溫度一般在7-10度，并且是不可以調(diào)節(jié)的，這樣的溫度吹到人的身體上是很不舒服的，特別是年齡較大的人容易引起身體的不適，而且這樣的出風溫度會將室內(nèi)的水分抽干，使得空氣太干燥，所謂“空調(diào)病”就是這么產(chǎn)生的。末端是水冷暖方式就不同了，由于水溫度是可以調(diào)節(jié)的，可以根據(jù)人體和房間的需要調(diào)節(jié)出水溫度，使之更加舒適。另外冬天空調(diào)有一個化霜過程，化霜時不是給室內(nèi)供熱，而是給室外機供熱，所以在氣候很潮濕的冬天，氟空調(diào)的制熱效果大大下降，而水冷暖系統(tǒng)的水在主機化霜時一直是循環(huán)供熱的，如果在加一個緩沖水箱，水的儲能功能加強，可在機器化霜時繼續(xù)供熱，以有效的保持房間的溫度不變。

       4，靈活：由于空氣源熱泵是制熱水或冷水調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，所以就能與太陽能板，燃氣鍋爐等組成多熱源的供熱系統(tǒng)，以滿足不同用戶的需求。冷暖末端也可以采用頂側(cè)出風，頂，地，墻輻射等多種散熱方式，從而達到最舒適的效果。

       5，缺點：由于水系統(tǒng)空調(diào)是在氟空調(diào)的基礎(chǔ)上加了氟水換熱裝置，所以機器的結(jié)構(gòu)復雜了，由于多了水路，在安裝中增加了許多外圍水配件，如水泵，壓差旁通閥，水流開關(guān)，膨脹管，緩沖水箱，以及自動化配電設(shè)備，更增加了安裝的難度，對安裝工程的要求比較高，而氟中央空調(diào)是完全不同的，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，加上沒有任何其他品牌的外圍配件，故障率相對比較低。所以選擇水系統(tǒng)空調(diào)必須選擇一個好的品牌和技術(shù)全面的水系統(tǒng)專業(yè)安裝公司是非常重要的。
 
          由于水冷暖系統(tǒng)相比氟機更加符合人體的健康需求，所以被歐美發(fā)達國家廣泛運用。氟機盛產(chǎn)于日本，因其體積小價格便宜，并且對于面積空間，制冷，制熱快而在中國乃至亞洲地區(qū)，隨著生活水平的提高，日本國內(nèi)早已摒棄使用氟機空調(diào)，隨著社會的發(fā)展，中國消費者的觀念也將發(fā)生改變，水系統(tǒng)冷暖方式正在逐步走向人們的生活。