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                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)

                時間:?2021-11-23 09:59:20 ??來源:?投稿 ??作者:?dxm ??點擊: ?

                課程大綱

                完成本單元后,您將

                • 了解什么是熱泵

                • 了解熱泵的工作原理

                • 了解如何計算熱泵的效率

                • 了解熱泵的制冷循環

                • 了解各種熱源

                • 了解熱泵的各種應用和市場

                1熱泵的概念

                1)、熱泵是一種利用機械能將熱量從一個地點轉移到另一個地 點的設備。

                2)、 熱泵通過逆制冷循環工作。

                3)、熱泵可以用于供暖或制冷,具體視構造而定

                4)、在制冷模式下,熱泵作為制冷系統而工作。

                5)、制冷回路中有一個四通閥,用于在供暖模式和制冷模式之間 切換。

                6)、熱泵可以用于空間(房間)取暖器或熱水器。

                7)、熱源可以在自然環境中找到(土壤、空氣、地下水等)。

                熱泵的工作原理:

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)

                2熱泵的效率

                性能系數(COP)

                • 可以將熱泵的性能系數定義為熱量輸出與電力輸入的比率。

                • 例如,若 COP 為 4,表示 1 kW 電能加上 3 kW 熱能,產生 4 kW 熱能輸出。

                取得 EHPA 標簽所需的 COP:

                • 鹽水/水熱泵:4.3

                • 空氣/水熱泵:3.1

                • 水/水熱泵:5.1

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)

                季節能效比(SPF)

                • SPF 是指在為期一年的比較期內,熱泵消耗的能量與提供的 能量的平均比率。

                • 例如,若 SPF 為 4:1,表示每年消耗 8,000 kWh 電力,產生32,000 kWh 熱能。.

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)

                為何熱泵的效率高于傳統供暖設備?

                • 土壤和空氣中的熱能是完全免費的。

                • 它天然存在于土壤中,經常從風、陽光和降雨中得到補充。

                • 在熱泵每年為空間供暖和家用熱水提供的能量中,有四分之 三來自于陽光,儲存于土壤或空氣中。

                • 在地球接收的太陽能中,有 44% 最終儲存于土壤中。

                • 這種太陽能是地球上人類能源需求總量的 480 倍。

                • 熱泵的核心是可再生的太陽能,因此有助于營造更清潔的環 境。

                • 熱泵搭配高效率的供暖系統,再由值得信賴的供應商進行安 裝,可以將供暖成本降低 50% 以上。

                • 如圖所示,與燃油鍋爐相比,典型的熱泵系統在環境財務方 面具有極大的優勢。

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)

                3熱泵的系統原理圖

                制冷循環 - 供暖系統

                • 動畫顯示了熱泵如何利用逆制冷循環來工作。

                • 熱泵的基本元件包括一臺壓縮機、一個冷凝器、一個膨脹 裝置和一個蒸發器。

                • 在蒸發器中,空氣中的熱能轉移到制冷劑,氣態制冷劑被 輸送到壓縮機。

                • 液態制冷劑從壓縮機流向冷凝器,熱量在此轉移到需要加 熱的空間或水

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)

                制冷循環 - 制冷和供暖系統(可逆)

                熱泵可以用于供暖,也可以用于制冷。制冷回路中有一個四通閥,用于在供暖模式和制冷模式之間切換。點擊按鈕,查看如何將 制冷循環同時用于供暖和制冷。

                冬季制熱運行系統原理圖:

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)

                夏季制冷運行系統原理圖:

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)

                控制系統原理圖:

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)

                4熱泵的分類

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)

                按照熱源,可以分為五大類:

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)0

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)1

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)2

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)3

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)4

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)5

                5地源熱泵

                • 地源熱泵采集地下存儲的太陽能。

                • 熱量采集方法多種多樣。

                • 使用水平管路。

                • 使用垂直管路。

                • 使用開放式回路抽取地下水。

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)6

                地源熱泵—水平管路

                • 適用于水/水系統和鹽水/水系統。

                • 安裝時需要移走表層土壤或挖溝。

                • 提取能量的上限為每米管道 10 至 30 瓦特,具體取決于土 壤和環境的溫度。.

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)7

                地源熱泵—垂直管路

                • 適用于水/水系統和鹽水/水系統,具體取決于最低環境溫度

                • 使用基巖中的垂直集熱管道

                • 每 10 kW 供暖容量中,2.5 kW 來自壓縮機和泵消耗的電能,7.5 kW 取自土壤

                • 提取能量的上限為每米管道 50 瓦特(這是濕孔的容量。它低 于干孔的容量)

                • 單鉆孔的最小深度為 150 米,雙鉆孔的最小深度為 75 米。

                • 鉆孔的最小間距:10 米(具體細節請參考地方和國家法規。)

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)8

                地源熱泵—地下水

                • 僅適用于水基系統。

                • 必須保證供水的質量(過濾器)、流量和溫度(10- 12°C)。

                • 對于一個 COP 為 4、將水溫降低 5 K 的 10 kw 熱泵,需要 的水流量為 0.36 dm3/s 或 1.3 m3/h。

                • 泵水也要消耗能量

                • 鉆孔的最小間距約為 15 米(具體細節請參考地方和國家法規)。

                熱泵工作原理圖(熱泵結構圖)9

                地源熱泵—水系統

                • 水熱泵利用水或鹽水,從地源中采集熱量。

                • 集熱管注滿水或鹽水。

                • 可以構建水-水系統或鹽水-水系統。

                • 可以是開環或閉環系統。

                • 開環系統必須考慮污垢、腐蝕等問題。

                • 重要的是保持水溫和蒸發器表面溫度高于冰點。

                • 相對于鹽水-水系統,水-水系統需要較高的蒸發溫度。

                • 當冷凝溫度較低時,必須確保較大的蒸發力度。

                • 在這些條件下,可以實現較高的 COP。

                地源熱泵—地板供暖

                • 傳統的家用中央供暖系統便是水系統。

                • 這種系統適用于地板供暖和/或暖氣。

                • 房間溫度可以單獨調節。

                • COP 最大為 4

                • 適用于新建筑或舊設施(水溫不超過 60°C)。

                • 夏季到來時,同一套系統可用于地板制冷。

                • 該系統可以用于游泳池加熱。

                • 該系統能夠靈活適應將來的需要。

                6空氣源熱泵

                • 空氣源熱泵從室外空氣中采集能量,并將能量轉移到室內。

                • 空氣源熱泵比地源熱泵易于安裝,因為安裝時無需挖掘或 鉆孔。

                • 冬季可能需要輔助供暖系統。

                • 可以構建空氣-空氣系統和空氣-水系統。

                空氣源熱泵——空氣-空氣換熱系統

                • 空氣-空氣式空氣源熱泵從室外空氣中采集能量,并將能量轉 移到室內或空間內的再循環空氣。

                • 可以提供不同的溫度范圍(冬季較冷,春秋兩季較暖)。

                • 室外氣溫降至大約 6°C 以下時,需要除霜(通常利用逆循環)。

                • 為了讓蒸發溫度覆蓋較低和較高的室外溫度,要求壓縮機有較 寬的工作范圍。

                • 冷凝溫度幾乎終年不變。

                空氣源熱泵——空氣-水換熱系統

                • 空氣-水式空氣源熱泵從室外空氣中采集能量,并將能量轉 移到在供暖系統的循環水中。

                • 風冷式蒸發器。

                • 房屋內傳統的基于水的集中供暖系統。

                • 地板供暖和/或暖氣。

                • 房間溫度可以單獨調節。

                • COP 高達 4.5(空氣 7C,水 30/35°C)和 3.5(空氣 7C,水40/45°C)

                • 適用于新建筑和舊設施。(水溫最高可達 60°C,具體取決于 環境溫度)

                • 夏季:地板制冷。

                • 游泳池加熱。

                • 能夠靈活適應將來的需要。

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