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          熱泵裝置基礎知識與原理

          時間:?2022-07-14 09:25:57 ??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:

          熱泵裝置基礎知識與原理

          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

          熱泵裝置基礎知識與原理

          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。.

          熱泵裝置基礎知識與原理

          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。

          熱泵裝置基礎知識與原理

          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

          熱泵裝置基礎知識與原理

          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:

          熱泵裝置基礎知識與原理

          夏季制冷運行系統原理圖:

          熱泵裝置基礎知識與原理

          控制系統原理圖:

          熱泵裝置基礎知識與原理

          4熱泵的分類

          熱泵裝置基礎知識與原理

          熱泵裝置基礎知識與原理

          按照熱源,可以分為五大類:

          熱泵裝置基礎知識與原理0

          熱泵裝置基礎知識與原理1

          熱泵裝置基礎知識與原理2

          熱泵裝置基礎知識與原理3

          熱泵裝置基礎知識與原理4

          熱泵裝置基礎知識與原理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。

          熱泵裝置基礎知識與原理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。.

          熱泵裝置基礎知識與原理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。)

          熱泵裝置基礎知識與原理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)。

          熱泵裝置基礎知識與原理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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