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空气能热泵热水器的物理原理

返回列表 来源:本站 发布日期: 2023.02.03
空气能热泵热水器是根据逆卡诺循环原理工作的,低温低压的制冷剂经节流装置膨胀降压后,进入空气交换机中蒸发吸热,从空气中吸收大量的热量Q2;蒸发吸热后的制冷剂以气态形式进入压缩机,被压缩后,变成高温高压的制冷剂,此时制冷剂中所蕴藏的热量分为两部分:一部分是从空气中吸收的热量Q2,一部分是输入压缩机中的电能在压缩制冷剂时转化成的热量Q1;被压缩后的高温高压制冷剂进入热交换器,将其所含热量(Q1+Q2)释放给进入热换热器中的冷水,冷水被加热到60℃直接进入保温水箱储存起来供用户使用;放热后的制冷剂以液态形式进入膨胀机构,节流降压,如此不间断进行循环。冷水获得的热量(Q3)=制冷剂从空气中吸收的热量(Q2)+驱动压缩机的电能转化成的热量(Q1),在标准工况下:Q2=3.6Q1,即消耗1份电能,得到4.6份的热量。



逆卡诺循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成(如图3),假设低温热源(即被冷却物体)的温度为T2,高温热源(即环境介质)的温度为T1,则工质的温度在吸热过程中为T2,在放热过程中为T1,就是说在吸热和放热过程中工质与冷源及高温热源之间没有温差,即传热是在等温下进行的,压缩和膨胀过程是在没有任何损失情况下进行的。其具体循环过程为:首先工质通过膨胀阀进行等温膨胀过程D→C,即在T1下从空气中吸取热量Q1;然后通过压缩机绝热压缩经过过程C→B,使其温度由T1升高至热水的目标温度T2;
再在T2下进行等温压缩B→A,并向环境介质(即高温热源)放出热量Q2,最后再进行绝热膨胀A→D,使其温度由T2降至T1,使工质回到初始状态D,从而完成一次循环。

通过让制冷剂如R22(氢氯氟烃类)不断完成蒸发(吸取环境中的热量)—压缩—冷凝(放出热量)—节流—再蒸发的循环过程,将空气的能量转移到水中。热泵热水器载热工质的循环是:在低压液态下吸收环境空气的热能,在蒸发器内蒸发汽化,通过压缩机的工作提高R22的温度,再通过冷凝器使R22冷凝为液态,同时释放其能量并传给水箱中的水,达到制取热水的目的。
热泵在工作时,把环境介质中贮存的能量Q1在蒸发器中加以吸收;它本身消耗一部分能量,即压缩机耗电W;通过工质循环系统在冷凝器中进行放热Q2,Q2=Q1+W,由此可以看出,热泵输出的能量为压缩机做的功W和热泵从环境中吸收的热量Q1之和;因此,采用热泵技术可以节约大量的电能。

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