空气能热泵热水装置的原理知识

　　在口常生活中“泵”随处可见，人们对此并不陌生，例如常见的水泵、油泵和气泵等。它们都有一个共同特点，即可以将流体介质泵送到势能更高或位能更高的地方，从本质上讲，它是一种提高介质位置或压力的机械装置。正如古话所说“人往高处走，水往低处流”，根据热力学第一定律，能量总是从高处转移到低处，比如水总是从高处流往低处，热量总是从高温物体传到低温物体。但通过“泵”可以将此过程逆转，人们可以通过水泵将低处的水泵送到高处，而且也能通过热泵将热量从低温物体转移到高温物体中。“热泵”顾名思义，是一种输送热量的泵，但是热量不是像水一样的流体，它没有体积和质量，输送热量必须依靠“载体”，这种载体我们称之为“冷媒”。所以热泵从温度较低的周围环境中吸取热量，并把它传递给温度较高的被加热的对象，实际上是一种热量提升装置。

　　热泵制热技术的历史相当久远，1824年，法国的青年工程师卡诺发现了这一现象:增加气体的压力时能够提高其温度，反之，减小气体的压力会降低其温度。他由此指出:利用这一现象可以实现热量的转移。同年他还提出了“卡诺循环”，这一循环在理论上效率最高，但由于当时的机械制造技术水平有限，卡诺本人并没有提出可以具体实现的热泵结构设计。当时的卡诺循环针对的是热动力机，而卡诺循环的反向循环，即为热泵循环。热泵机组工作时，蒸发器一段总是吸收热量，而冷凝器一端总是释放热量，且两个过程是同时运行的。在理想状态下，冷凝器一端释放的热量要大于蒸发器一端吸收的热量。开尔文注意到一个现象:与电热丝发热相比，消耗同样的电量，热泵获取的热量要多很多倍，热泵能流图如图2.1所示，当时他把这样的装置称为“能量倍增器”

　　热泵热水装置原理如2.2图所示，热泵只需要消耗少量电能，就能从环境中的低温热源中吸收大量免费热能，输送到水中用于加热热水。以某热泵热水装置的典型运行参数为例，当环境空气温度为100摄氏度、所制取的热水温度为450 摄氏度时，热泵仅需消耗掉1份电能Wc，即可从环境中吸收3.5份的低温热能Ql，最终共同生成4.5份450 C的热能Qh来制取热水。

　　根据热泵热水装置原理，并参照热力学第一定律即能量守恒定律，图中的三个参数满足:

　　Qh=Ql+Wc (2.1)

　　式中Qh——热泵的制热量，即用来加热热水的热量;

　　Ql——热泵从低温热源中吸收的热量;

　　Wc——热泵消耗的电能。

　　热泵热水装置的性能系数，也称为制热系数，是热泵热水装置的热效率或能源效率指标，计算方式为热水获得的热能与压缩机消耗的电能之比，通常用

　　由式(2.3)可知，热泵的性能系数COP值恒大于1，所以热泵热水装置的热效率必然大于100%，实际上热泵的COP值通常为3.08.0，即热泵热水装置的热效率通常为300%到800%。而燃气热水器和电热水器的效率一般小于100%,太阳能热水器的折合效率为300%，故使用热泵热水装置能够节约大量电能。