热泵系统与水源热泵工作原理图
    摘要:川本是一家专业开发温湿度设备厂家,热泵是现代节能环保新技术。川本主要开发生产水源地源热泵机组。下面详细阐述下热泵系统与水源热泵工作原理。

热泵机组从低温热源吸热送往高温热源的循环设备。以消耗一部分低品位能源(机械能、电能或高温热能)为补偿,使热能从低温热源向高温热源传递的装置。其实质是借助降低一定量的功的品位,提供品位较低而数量更多的能量。由于热泵能将低温热能转换为高温热能,提高能源的有效利用率,因此是回收低温余热、利用环境介质(地下水、地表水、土壤和室外空气等)中储存的能量的重要途径。

热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术。人们所熟悉的“泵”是一种可以提高位能的机械设备,比如水泵主要是将水从低位抽到高位。而“热泵”是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能,经过电力做功,提供可被人们所用的高品位热能的装置。

热泵机组工作原理

热泵是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置。通常用于热泵装置的低温热源改是我们周围的介质——空气、河水、海水,或者是从工业生产设备中排出助工质,这些工质常与周围介质具有相接近的温度。热泵装置的工作原理与压缩式制冷机是一致的;在小型空调器中,为了充分发挥它的效能,在夏季空调降温或在冬季取暖,都是使用同一套设备来完成的。在冬季取暖时,将空温器中的蒸发器与冷凝器通过一个换向阀来调换工作,见图

热泵工作原理图

 由图中可看出,在夏季空调降温时,按制冷工况运行,由压缩机排出的高压蒸汽,经换向阀(又称四通阀)进入冷凝器,制冷剂蒸汽被冷凝成液体,经节流装置进入蒸发器,并在蒸发器中吸热,将室内空气冷却,蒸发后的制冷剂蒸汽,经换向阀后被压缩机吸入,这样周而复始,实现制冷循环。在冬季取暖时,先将换向阀转向热泵工作位置,于是由压缩机排出的高压制冷剂蒸汽,经换向阀后流入室内蒸发器(作冷凝器用),制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热,将室内空气加热,达到室内取暖目的,冷凝后的液态制冷剂,从反向流过节流装置进入冷凝器(作蒸发器用),吸收外界热量而蒸发,蒸发后的蒸汽经过换向阀后被压缩机吸入,完成制热循环。这样,将外界空气(或循环水)中的热量“泵”入温度较高的室内,故称为“热泵”。川本生产的CBE热泵型窗式空调器,就是一种热泵式空调器。

  在图2—17的热泵循环中,从低温热源(室外空气或循环水,其温度均高于蒸发温度to)中取得Q。kcal/h的热量,消耗了机械功ALkcal/h,而向高温热源(室内取暖系统)

  供应了Qlkcal/h的热量,这些热量之间的关系是符合热力学第一定律的,即

  Q1=Q0十AL kcal/h

  如果不用热泵装置,而用机械功所转变成的热量(或用电能直接加热高温热源,则所得的热量为ALkcal/h,而用热泵装置后,高温热源(取暖系统)多获得了热量:

  Q1—AL=Q0,kcal/h

  此一热量是从低温热源取得的,如果不用热泵装置,就无法取得这一热量。故用热泵装置旨可节省燃料,又可利用余热。

  热泵的工作循环与热机的工作循环正好相反,热机是利用高温热源的能量来产生机械功的,而热泵是靠消耗机械功将低温热源的热量转移到高温物体中去。若热泵与热机具有两个相同的热源温度,则

  热机循环的热效率η=AL╱Q1

  热机循环的能量指标----热量转换系数φ=Q1╱AL

  故φ=1╱η 。η值总是小于1的,故φ值是大于1的。

  若制冷机与热泵具有两个相同的热源温度,则它们之间的关系为:

  φ=Q1╱AL=Q0+AL╱AL=ε+1,ε 是制冷机的制冷系数。由此可看出,热量转换系数的最小值是吁=1,在此极限情况下Q。=o,即没有从低温热源吸取热量。

作为自然界的现象,正如水由高处流向低处那样,热量也总是从高温区流向低温区。但人们可以创造机器,如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样,采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置,热泵的作用是从周围环境中吸取热量,并把它传递给被加热的对象(温度较高的物体),其工作原理与制冷机相同,都是按照逆卡诺循环工作的,所不同的只是工作温度范围不一样。

深圳市川本斯特制冷设备有限公司是一家专业研发、生产、销售制冷设备及温湿度控设备的厂商。如冷水机、冷风机、除湿机、恒温恒湿机、油温机、冷油机、冷热一体机(循环冷却水/油/风循环机)的设计、安装、售后维修与保养等为一体化的专业方案解决厂商。

一、加热控温机,恒温范围40-350度。此机又叫模温机、油温机和水温机

二、冷却控温机,恒温范围5-25度。此机又分为冷油机、冷水机、冷风机。(低温冷水机、超低温冷冻机),根据散热方式不同又分为风冷式与水冷式。

三、冷却塔温控范围25-40度。冷却塔降温只能降温至当时室外温度,所以不能算恒温机。

四、冷风恒温机又叫冷气机、冷风机,温控范围7-25℃

五、除湿机分为塑料颗粒除湿机、空气除湿机、食品冷冻干燥机等,除湿机根据除湿度45%-75%又叫蜂巢式除湿机;除湿度40%-10%又叫转轮式除湿机

六、川本根据四五产品又开发出恒温恒湿机,满足精密设备的生产空间-空气恒温恒湿。

七、川本专业生产循环油/水温度控制机。川本开发了市场上首台冷热一体油/水机。

八、川本同时开发了冷热水/风机组,可以满足商业、工业大面积空间的夏季降温与冬季取暖问题,广受客户追捧!一台机子同时可以制造冷水、冷风、暖气、暖风。

川本温湿度控制机应用行业包括:在经过川本研发人员的钻研,以及缩合了调查资料等各方面信息资源后,把川本系列产品如潮水涌向工业市场,其中包括激光技术、焊接、塑料成型、注塑、挤塑、机械切削加工、铸造、表面处理、电镀、氧化、电泳、医疗设备、电子行业、电路板生产、电子蕊片制造、化工、造纸、制药业、食品加工业、铝型材、铝合金、钢化玻璃、镀膜玻璃生产、超声波清冼、首饰加工、皮草加工、油墨生产、印刷等产业。范围覆盖整个工业的生产,且经过川本研发人员有针对性的对各行业进测试,其效果可以和国外引进的相同设备媲美。

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  热泵在工作时,它本身消耗一部分能量,把环境介质中贮存的能量加以挖掘,通过传热工质循环系统提高温度进行利用,而整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中的一小部分,因此,采用热泵技术可以节约大量高品位能源。

  

在运行中,蒸发器从周围环境中吸取热量以蒸发传热工质,工质蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升,高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时,释放出的热量传递给了储水箱中的水。冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器,然后再被蒸发,如此循环往复。

  余热利用的强力工具--热泵

  水从高处流向低处,热由高温物全传递到低温物体,这是自然规律。然而,在现实生活中,为了农业灌溉、生活用水等的需要,人们利用水泵将水从低处送到高处。同样,在能源日益紧张的今天,为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等中的热量,热泵被用来将低温物体中的热能传送高温物体中,然后高温物体来加热水或采暖,使热量得到充分利用。

  

热泵蒸发流程图

热泵的工作原理和家用空调、电冰箱等的工作原理基本相同,通过流动媒体(以前一般为氟利昂,现在由替代氟利昂所代替)在蒸发器、压缩机,冷凝器和膨胀阀等部品中的气相变化(沸腾和凝结)的循环来将低温物体的热量传递到高温物体中去。?

  具体工作过程如下:①过热液体媒体在蒸发器内吸收低温物体的热量,蒸发成气体媒体。②蒸发器出来的气体媒体经过液压缩机的压缩,变为高温高压的气体媒体。③高温高压的气体媒体在冷凝器中将热能释放给给高温物体、同时自身变为高压液体媒体。④高压液体媒体在膨胀阀中减压,再变为过热液体媒体,进入蒸发器,循环最初的过程。

  热泵的性能一般用制冷系数(COP)来评价。制冷系数的定义为由低温物体传 到高温牧体的热量与所需的动力之比。通常热泵的制冷系数为3-4左右,也就是说,热泵能够将自身所需能 量的3到4倍的热能从低温物体传送到高温物体。现在欧美日都 在竞相开发新型的热泵。据报导新型的热泵的制冷系数可6到8。如果这一数值能够得到普及的话,这意味着能源将得到更有效的利用。热泵的普及率也将得到惊人的提高。

  由于氟利昂对地球大气臭氧有破坏作用,为了保护地球的生态环境,除了提高热泵的成现系数,有效利用能源以外,各国科学还致力于新型冷媒的开发。目前已有替代氟利昂的冷媒得到应用。

  热泵热水系统包括热泵主机和换热储水箱两部分。热泵主机部分包括风冷式蒸发器、压缩机及膨胀阀;换热储水箱为内置冷凝盘管的储热水箱。冷媒(工质)在蒸发管内吸收环境空气中的热量,通过热泵循环由冷凝盘管在水箱内释放热量,加热水箱中的水。

  要搞清楚热泵的工作原理,首先要懂得制冷系统的工作原理。制冷系统(压缩式制冷)一般由四部分组成:压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器。其工作过程为:低温低压的液态制冷剂(例如氟利昂),首先在蒸发器里从低温热源(例如冷冻水)吸热并气化成低压蒸气。然后制冷剂气体在压缩机内压缩成高温高压的蒸气,该高温高压气体在冷凝器内被高温热源(例如冷却水)冷却凝结成高压液体。再经节流元件(毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀等)节流成低温低压液态制冷剂。如此就完成一个制冷循环。

  对于一台分体式热泵空调来说,夏天制冷时就是以室外机为冷凝器、室内机为蒸发器,运行时就把室内的热量输送到了室外。而冬季则以室内机为冷凝器、室外机为蒸发器,这样就把室外的热量输送到了室内,通常这些是通过四通换向阀来实现的。

热泵空调里面有一个四通换向阀。在制冷工况下,室内热交换器就是蒸发器,室外热交换器(夏天往外呼呼出热风的那个东西)就是冷凝器。冬季供热的时候,四通换向阀切换,改变冷媒的流向,此时,室内热交换器就是冷凝器,室外热交换器(冬天往外呼呼出冷风的那个东西)就是蒸发器。由于冬季往外出冷风,换热器要结霜,所以等结霜到一定程度时,四通换向阀再切换,空调变成夏季制冷工况,室外热交换器得到热量,化霜,化霜完毕后,四通阀再切换到制热状态。除霜时,为了防止向室内吹冷风,故室内机的风机停止运转。(当然这种逆向除霜对舒适性有一定影响,所以又有了热气旁通除霜、蓄热除霜等不需要切换工况的方式)

  热泵是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统,它被形象的称为“热量倍增器”。目前在市场上广泛出现的家用冷暖空调器上,就已经广泛地应用了热泵制热,其制热系数已高达3以上。那么,利用热泵的原理来制取热水,消耗一度电所获得的热水,比普通电热水器消耗三度电所获得的热水还要多,这是传统热水器所不能企及的。

热泵热水器

热泵工业发展历史

  20世纪70年代以来,热泵工业进入了黄金时期,世界各国对热泵的研究工作都十分重视,诸如国际能源机构和欧洲共同体,都制定了大型热泵发展计划,热泵新技术层出不穷,热泵的用途也在不断的开拓,广泛应用于空调和工业领域,在能源的节约和环境保护方面起着重大的作用。

相对世界热泵的发展,中国热泵的研究工作起步约晚20-30年左右。新中国成立后,随着工业建设新高潮的到来,热泵技术才开始引入中国。进入21世纪后,由于中国沿海地区的快速城市化、人均GDP的增长、2008年北京奥运会和2010年上海世博会等因素拉动了中国空调市场的发展,促进了热泵在中国的应用越来越广泛,热泵的发展十分迅速,热泵技术的研究不断创新。

  从2001年热泵起步开始,经过5年的培育,中国热泵行业开始从导入期转入成长期。热泵行业快速发展,一方面得益于能源紧张使得热泵节能优势越来越明显,另一方面与多方力量的加入推动行业技术创新有很大关系。

历史

  1824年法国科学家卡诺(Sadi karnot)发表卡诺循环理论,成为热泵技术的起源

  1850年 英国科学家开尔文(L.Kelvin)提出将逆卡诺循环用于加热的热泵设想

  热泵的理论起源于十九世纪早期法国科学家萨迪.卡诺(Sadi karnot),卡诺在1824年首次以论文提出“卡诺循环”理论,30年后,英国科学家开尔文(L.Kelvin)于1850年初提出:冷冻装置可以用于加热,之后许多科学家和工程师对热泵进行了大量研究,研究持续80年之久。

  1912年瑞士的苏黎世成功安装一套以河水作为低位热源的热泵设备用于供暖,这是早期的水源热泵系统,也是世界上第一套热泵系统。热泵工业在20世纪40年代到50年代早期得到迅速发展,家用热泵和工业建筑用的热泵开始进入市场,热泵进入了早期发展阶段。

  21 世纪,随着“ 能源危机 ”出现,燃油价格忽升,经过改进发展成熟的热泵以其高效回收低温环境热能,节能环保的特点,重新登上历史舞台,成为当前最有价值的新能源科技。

  前国际热能署专门成立国际热泵中心,设立热泵推广工程(Heat Pump Programme),向世界上各国推广协调热泵技术的应用和发展。美、 加、瑞典、德、日、韩等国政府均发出专门***指引,促进热泵技术的社会应用。

热泵技术的先进性

  节能: 热效率460%, 运行费用是燃气、燃油锅炉的1/3, 是电热水器的1/4,比太阳能低40%。

  安全: 水电分离,无漏电危险

  适用: -5~50℃环境

  环保: 无废热、废水、废气

  注:但是,目前我国大部分厂家所采用的热媒(冷媒)还是R22,采用环保热媒(冷媒)R417A、1394A的时代还未到来。而日本等一些国家已率先采用CO2作为热媒(冷媒),不对臭氧层造成破坏(所以在安装时,铜管务必要连接紧密,防止R22漏出。若R22完全不漏出,将对环境无任何负面影响)。另外,以上所述的R22、R417A、1394A、CO2皆对人体不造成伤害的,即使有漏出,整套热水设备都是安全的。

热泵的分类:

热泵按热源获取来源的种类可分为:水源热泵,地源热泵,空气源热泵,双源热泵(水源热泵和空气源热泵结合)

川本主打水源热泵机组,详情来电咨询。

水源热泵的原理

  地球表面浅层水源(一般在1000 米以内),如地下水、地表的河流、湖泊和海洋,吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量,并且水源的温度一般都十分稳定。水源热泵技术的工作原理就是:通过输入少量高品位能源(如电能),实现低温位热能向高温位转移。水体分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季空调的冷源,即在夏季将建筑物中的热量“取”出来,释放到水体中去,由于水源温度低,所以可以高效地带走热量,以达到夏季给建筑物室内制冷的目的;而冬季,则是通过水源热泵机组,从水源中“提取”热能,送到建筑物中采暖。

水源热泵的优点

  水源热泵与常规空调技术相比,有以下优点:

1、高效节能

  水源热泵是目前空调系统中能效比(COP值)最高的制冷、制热方式,理论计算可达到7,实际运行为4~6。   水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12~22℃,水体温度比环境空气温度高,所以热泵循环的蒸发温度提高,能效比也提高。而夏季水体温度为18~35℃,水体温度比环境空气温度低,所以制冷的冷凝温度降低,使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式,从而提高机组运行效率。水源热泵消耗1kW.h的电量,用户可以得到4.3~5.0kW.h的热量或5.4~6.2kW.h的冷量。与空气源热泵相比,其运行效率要高出20~60%,运行费用仅为普通中央空调的40~60%。

2、属可再生能源利用技术

  水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体,包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳辐射能量,比人类每年利用能量的500倍还多(地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量),而且是一个巨大的动态能量平衡系统,地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说,水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。

3、节水省地

  以地表水为冷热源,向其放出热量或吸收热量,不消耗水资源,不会对其造成污染;省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施,机房面积大大小于常规空调系统,节省建筑空间,也有利于建筑的美观。

4、环保效益显著

  水源热泵机组供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统,无燃烧过程,避免了排烟、排污等污染;供冷时省去了冷却水塔,避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗。所以,水源热泵机组运行无任何污染,无燃烧、无排烟,不产生废渣、废水、废气和烟尘,不会产生城市热岛效应,对环境非常友好,是理想的绿色环保产品。

5、一机多用,应用范围广

  水源热泵系统可供暖、空调,还可供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物,水源热泵有着明显的优点。不仅节省了大量能源,而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求,减少了设备的初投资。其总投资额仅为传统空调系统的60%,并且安装容易,安装工作量比传统空调系统少,安装工期短,更改安装也容易。   水源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑,小型的水源热泵更适合于别墅、住宅小区的采暖、供冷。

6、运行稳定可靠,维护方便

  水体的温度一年四季相对稳定,其波动的范围远远小于空气的变动,水体温度较恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠、稳定,也保证了系统的高效性和经济性;采用全电脑控制,自动程度高。由于系统简单、机组部件少,运行稳定,因此维护费用低,使用寿命长。

7、符合国家政策,获得政策性支持

  国家十分重视可再生能源开发利用工作,《中华人民共和国可再生能源法》已于2006年1月1日起实施;同时,在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中,又把大力发展和规模化应用新能源和可再生能源作为能源领域的优先发展主题。从国家立法和发展战略的高度,对可再生能源的发展应用予以强力推动。  根据国家建设部政策规定,凡采用水源热泵空调技术的建筑物,通过向当地建委申报,可获得政府的政策性支持,减免建筑配套费用140~200元/m2。   与锅炉(电、燃料)和空气源热泵的供热系统相比的优势体现在:  与锅炉(电、燃料)和空气源热泵的供热系统相比,水源热泵具明显的优势。锅炉供热只能将90%~98%的电能或70%~90%的燃料内能转化为热量,供用户使用,因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能,比燃料锅炉节省二分之一以上的能量;由于水源热泵的热源温度全年较为稳定,一般为10~25℃,其制冷、制热系数可达3.5~4.4,与传统的空气源热泵相比,要高出40%左右,其运行费用为普通中央空调的50%~60%。因此,近十几年来,水源热泵空调系统在北美及中、北欧等国家取得了较快的发展,尤其是近五年来,中国的水源热泵市场也日趋活跃,使该项技术得到了相当广泛的应用,成为一种有效的供热和供冷空调技术。

水源热泵对水源系统的要求

  水源系统的水量、水温、水质和供水稳定性是影响水源热泵系统运行效果的重要因素。应用水源热泵时,对水源系统的原则要求是:水量充足,水温适度,水质适宜,供水稳定。具体说,水源的水量,应当充足够用,能满足用户制热负荷或制冷负荷的需要。如水量不足,机组的制热量和制冷量将随之减少,达不到用户要求。水源的水温应适度,适合机组运行工况要求。例如,清华同方GHP型水源中央空调系统在制热运行工况时,水源水温应为12—22℃;在制冷运行工况时,水源水温应为18—30℃。水源的水质,应适宜于系统机组、管道和阀门的材质,不至于产生严重的腐蚀损坏。水源系统供水保证率要高,供水功能具有长期可靠性,能保证水源热泵中央空调系统长期和稳定运行。

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    收录时间:2014年05月12日 01:23:36 来源:深圳市川本斯特制冷设备有限公司 作者:匿名
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