熱泵工作原理

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(chuàng )造機器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，熱泵的作用是從周?chē)h(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對象（溫度較高的物體），其工作原理與制冷機相同，都是按照逆卡諾循環(huán)工作的，所不同的只是工作溫度范圍不一樣。
　　
　　熱泵在工作時(shí)，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，通過(guò)傳熱工質(zhì)循環(huán)系統提高溫度進(jìn)行利用，而整個(gè)熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分，因此，采用熱泵技術(shù)可以節約大量高品位能源。
　　
　　
　　
　　在運行中，蒸發(fā)器從周?chē)h(huán)境中吸取熱量以蒸發(fā)傳熱工質(zhì)，工質(zhì)蒸汽經(jīng)壓縮機壓縮后溫度和壓力上升，高溫蒸氣通過(guò)冷凝器冷凝成液體時(shí)，釋放出的熱量傳遞給了儲水箱中的水。冷凝后的傳熱工質(zhì)通過(guò)膨脹閥返回到蒸發(fā)器，然后再被蒸發(fā)，如此循環(huán)往復。
　　
　　余熱利用的強力工具--熱泵
　　
　　水從高處流向低處，熱由高溫物全傳遞到低溫物體，這是自然規律。然而，在現實(shí)生活中，為了農業(yè)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，為了回收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(lái)將低溫物體中的熱能傳送高溫物體中，然后高溫物體來(lái)加熱水或采暖，使熱量得到充分利用。
　　
　　
　　
　　熱泵的工作原理和家用空調、電冰箱等的工作原理基本相同，通過(guò)流動(dòng)媒體(以前一般為氟利昂，現在由替代氟利昂所代替)在蒸發(fā)器、壓縮機，冷凝器和膨脹閥等部品中的氣相變化(沸騰和凝結)的循環(huán)來(lái)將低溫物體的熱量傳遞到高溫物體中去。
　　
　　具體工作過(guò)程如下：①過(guò)熱液體媒體在蒸發(fā)器內吸收低溫物體的熱量，蒸發(fā)成氣體媒體。②蒸發(fā)器出來(lái)的氣體媒體經(jīng)過(guò)液壓縮機的壓縮，變?yōu)楦邷馗邏旱臍怏w媒體。③高溫高壓的氣體媒體在冷凝器中將熱能釋放給給高溫物體、同時(shí)自身變?yōu)楦邏阂后w媒體。④高壓液體媒體在膨脹閥中減壓，再變?yōu)檫^(guò)熱液體媒體，進(jìn)入蒸發(fā)器，循環(huán)初的過(guò)程。
　　
　　熱泵的性能一般用成績(jì)系數(COP)來(lái)評價(jià)。成績(jì)系數的定義為由低溫物體傳 到高溫牧體的熱量與所需的動(dòng)力之比。通常熱泵的成績(jì)系數為3-4左右，也就是說(shuō)，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?，F在歐美日都 在競相開(kāi)發(fā)新型的熱泵。據報導新型的熱泵的成績(jì)系數可6到8。如果這一數值能夠得到普及的話(huà)，這意味著(zhù)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。目前熱泵的高出力溫度為110度左右。超過(guò)這個(gè)溫度將有可能出現使媒體分解的危險。
　　
　　由于氟利昂對地球大氣臭氧有破壞作用，為了保護地球的生態(tài)環(huán)境，除了提高熱泵的成現系數，有效利用能源以外，各國科學(xué)還致力于新型冷凍媒體的開(kāi)發(fā)。目前已有替代氟利昂的媒體得到應用。
　　
　　熱泵熱水系統包括熱泵主機和換熱儲水箱兩部分。熱泵主機部分包括風(fēng)冷式蒸發(fā)器、壓縮機及膨脹閥；換熱儲水箱為內置冷凝盤(pán)管的儲熱水箱。冷媒(工質(zhì))在蒸發(fā)管內吸收環(huán)境空氣中的熱量，通過(guò)熱泵循環(huán)由冷凝盤(pán)管在水箱內釋放熱量，加熱水箱中的水。
　　
　　要搞清楚熱泵的工作原理，首先要懂得制冷系統的工作原理。制冷系統（壓縮式制冷）一般由四部分組成：壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發(fā)器。其工作過(guò)程為：低溫低壓的液態(tài)制冷劑（例如氟利昂），首先在蒸發(fā)器里從低溫熱源（例如冷凍水）吸熱并氣化。然后壓縮機抽取蒸發(fā)器里氣化后的制冷劑氣體并壓縮到冷凝器內，此時(shí)制冷劑氣體變成高溫高壓氣體。該高溫高壓氣體在冷凝器內被高溫熱源（例如冷卻水）冷卻凝結成液體，變成高溫高壓液體制冷劑。再經(jīng)節流閥截流成低溫低壓液態(tài)制冷劑。如此就完成一個(gè)制冷循環(huán)。
　　
　　對于一臺分體式熱泵空調來(lái)說(shuō)，夏天制冷時(shí)就是把冷凝器放在室外，而把蒸發(fā)器放在室內。運行時(shí)就把室內的熱量輸送到了室外。而冬季則把蒸發(fā)器放在室外，把冷凝器放在室內，這樣就把室外的熱量輸送到了室內。當然我們不會(huì )換季時(shí)去拆裝設備了，而是通過(guò)體格轉換閥使蒸發(fā)器和冷凝器換位的。
　　
　　熱泵空調里面有一個(gè)四通換向閥。在制冷工況下，室內熱交換器就是蒸發(fā)器，室外熱交換器（夏天往外呼呼出熱風(fēng)的那個(gè)東西）就是冷凝器。冬季供熱的時(shí)候，四通換向閥切換，改變冷媒的流向，此時(shí)，室內熱交換器就是冷凝器，室外熱交換器（冬天往外呼呼出冷風(fēng)的那個(gè)東西）就是蒸發(fā)器。由于冬季往外出冷風(fēng)，換熱器要結霜，所以等結霜到一定程度時(shí)，四通換向閥再切換，空調變成夏季制冷工況，室外熱交換器得到熱量，化霜，化霜完畢后，四通閥再切換到制熱狀態(tài)。除霜時(shí)，為了防止向室內吹冷風(fēng)，故室內機的風(fēng)機停止運轉。
　　
　　熱泵是以冷凝器放出的熱量來(lái)供熱的制冷系統，它被形象的稱(chēng)為“熱量倍增器”。目前在市場(chǎng)上廣泛出現的家用冷暖空調器上，就已經(jīng)廣泛地應用了熱泵制熱，其制熱系數已高達3以上。那么，利用熱泵的原理來(lái)制取熱水，消耗一度電所獲得的熱水，比普通電熱水器消耗三度電所獲得的熱水還要多，這是傳統熱水器所不能企及的。