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”是一种可以提高能的机械设备,比如水泵主要是将水从低位抽到高位的一种装置。本期制冷技术带大家全方位了解热泵的原理、特点等。
如上图,开始时由压缩机吸入从蒸发器(这里指空调外机)蒸发后的低温低压制冷剂气体,然后经过压缩机压缩成高温高压的的气体进入冷凝器(这里一般指空调内机),在冷凝器换热后,制冷剂冷凝为常温高压液体,当常温高压液体进入节流机构,变成低温低压的湿整齐,流入蒸发器,与室外环境进行热交换,后再被压缩机吸入,进行下一个工作循环。这里的热量一般都可用作房间取暖、提供生活热水、地暖等用途,工业上的利用范围则更广泛。
工作原理——水源热泵
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。
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,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。
工作原理——地源热泵
地源热泵是一种利用浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现由低温位热能向高温位热能转移。地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源,即在冬季,把地能中的热量取出来,提高温度后,供给室内采暖;夏季,把室内的热量取出来,释放到地能中去。通常地源热泵消耗1kWh的能量,用户可以得到4kWh以上的热量或冷量。
热泵应用将处于高速发展的上升阶段,作为节能减排的技术,热泵技术前景广阔,会有越来越多的国家及政府、企业意识到热泵可以带来的节能及环保效益,市场数据也表明未来发展趋势良好。各个国家及地区的实际情况不同,因此关注的热泵技术不同,在换热器、热泵机组、系统控制优化及低温环境应用等各方面都有研究。总体来说,地源热泵和空气源热泵的高效应用仍是各国关注的目标,也是未来热泵技术研究的重要方向之一。