空氣能熱泵熱水器的物理原理
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來源:本站
發(fā)布日期: 2023.02.03
空氣能熱泵熱水器是根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理工作的,低溫低壓的制冷劑經(jīng)節(jié)流裝置膨脹降壓后,進入空氣交換機中蒸發(fā)吸熱,從空氣中吸收大量的熱量Q2;蒸發(fā)吸熱后的制冷劑以氣態(tài)形式進入壓縮機,被壓縮后,變成高溫高壓的制冷劑,此時制冷劑中所蘊藏的熱量分為兩部分:一部分是從空氣中吸收的熱量Q2,一部分是輸入壓縮機中的電能在壓縮制冷劑時轉(zhuǎn)化成的熱量Q1;被壓縮后的高溫高壓制冷劑進入熱交換器,將其所含熱量(Q1+Q2)釋放給進入熱換熱器中的冷水,冷水被加熱到60℃直接進入保溫水箱儲存起來供用戶使用;放熱后的制冷劑以液態(tài)形式進入膨脹機構(gòu),節(jié)流降壓,如此不間斷進行循環(huán)。冷水獲得的熱量(Q3)=制冷劑從空氣中吸收的熱量(Q2)+驅(qū)動壓縮機的電能轉(zhuǎn)化成的熱量(Q1),在標(biāo)準(zhǔn)工況下:Q2=3.6Q1,即消耗1份電能,得到4.6份的熱量。
逆卡諾循環(huán)是由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成(如圖3),假設(shè)低溫?zé)嵩矗幢焕鋮s物體)的溫度為T2,高溫?zé)嵩矗喘h(huán)境介質(zhì))的溫度為T1,則工質(zhì)的溫度在吸熱過程中為T2,在放熱過程中為T1,就是說在吸熱和放熱過程中工質(zhì)與冷源及高溫?zé)嵩粗g沒有溫差,即傳熱是在等溫下進行的,壓縮和膨脹過程是在沒有任何損失情況下進行的。其具體循環(huán)過程為:首先工質(zhì)通過膨脹閥進行等溫膨脹過程D→C,即在T1下從空氣中吸取熱量Q1;然后通過壓縮機絕熱壓縮經(jīng)過過程C→B,使其溫度由T1升高至熱水的目標(biāo)溫度T2;
再在T2下進行等溫壓縮B→A,并向環(huán)境介質(zhì)(即高溫?zé)嵩矗┓懦鰺崃浚眩?,最后再進行絕熱膨脹A→D,使其溫度由T2降至T1,使工質(zhì)回到初始狀態(tài)D,從而完成一次循環(huán)。
通過讓制冷劑如R22(氫氯氟烴類)不斷完成蒸發(fā)(吸取環(huán)境中的熱量)—壓縮—冷凝(放出熱量)—節(jié)流—再蒸發(fā)的循環(huán)過程,將空氣的能量轉(zhuǎn)移到水中。熱泵熱水器載熱工質(zhì)的循環(huán)是:在低壓液態(tài)下吸收環(huán)境空氣的熱能,在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)汽化,通過壓縮機的工作提高R22的溫度,再通過冷凝器使R22冷凝為液態(tài),同時釋放其能量并傳給水箱中的水,達到制取熱水的目的。
熱泵在工作時,把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量Q1在蒸發(fā)器中加以吸收;它本身消耗一部分能量,即壓縮機耗電W;通過工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)在冷凝器中進行放熱Q2,Q2=Q1+W,由此可以看出,熱泵輸出的能量為壓縮機做的功W和熱泵從環(huán)境中吸收的熱量Q1之和;因此,采用熱泵技術(shù)可以節(jié)約大量的電能。