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熱泵原理及應用

文章作者:yyan1105 發布時間:2011-09-16 10:14:17 瀏覽次數:


一、熱泵的原理介紹及能量轉換分析

所謂熱泵,就是一種利用人工技術將低溫熱能轉換為高溫熱能而達到供熱效果的機械裝置。熱泵由低溫熱源(如周圍環境的自然空氣、地下水、河水、海水、污水等)吸熱能,然后轉換為較高溫熱源釋放至所需的空間(或其它區域)內。這種裝置即可用作供熱采暖設備,又可用作制冷降溫設備,從而達到一機兩用的目的。。

熱泵機組的能量轉換,是利用其壓縮機的作用,通過消耗一定的輔助能量(如電能),在壓縮機和換熱系統內循環的制冷劑的共同作用下,由環境熱源(如水、空氣)中吸取較低溫熱能,然后轉換為較高溫熱能釋放至循環介質(如水、空氣)中成為高溫熱源輸出。在此因壓縮機的運轉做工而消耗了電能,壓縮機的運轉使不斷循環的制冷劑在不同的系統中產生的不同的變化狀態和不同的效果(即蒸發吸熱和冷凝放熱)從而達到了回收低溫熱源制取高溫熱源的作用和目的。

二、熱泵的發展和在我國的應用

歐洲首先臺熱泵機組是在1938年間制造的。它以河水低溫熱源,向市政廳供熱,輸出的熱水溫度可達60oC。在冬季采用熱泵作為采暖需要,在夏季也能用來制冷。1973年能源危機的推動,使熱泵的發展形成了一個高潮。目前,歐洲的熱泵理論與技術均已高度發達,這種“一舉兩得”并且環保的設備在法、德、日、美等發達國家業已廣泛使用。

80年代來,我國熱泵在各種場合的應用研究有了許多發展。針對我國地熱資源較豐富的情況,若把一次直接利用后或經過降溫的地下熱水作為熱泵的低位熱源使用,就可增大使用地下水的溫度差,并提高地熱的利用率,這在京津地區早已有過應用實踐。而這種設備同時對于我國能源使用效率不高、分配不均勻的現狀也提出了一個有效的解決方法。

三、熱泵的技術性分析:

1.熱泵機組可以達到一機兩用的效果,即冬季利用熱泵采暖,夏季進行制冷。既節約了制冷機組的費用,有節省了鍋爐房的占地面積,同時達到了環保。

2.如業主已有地熱井,則可利用熱泵裝置進行梯級轉換,能大大便于熱資源的充分有效地利用。

3.用于生活采暖和生活水加熱等需要的能源消耗,如果依靠直接電熱會造成能源再浪費,是不可取的,采用熱泵供熱和加溫才能更有效的利用電能。

4.使用熱泵技術供熱采暖對大氣及環境無任何污染,而且高效節能,屬于綠色環保技術和裝置,符合目前我國能源、環保的基本政策,對用戶本身也無形中起到自我宣傳的作用。

四、熱泵供熱的經濟性分析

熱泵的經濟性是由多方面來確定的,它與鍋爐房供熱相比,顯然具有以下特點:

1.運行附加費較小,這是因為:

(1)熱泵裝置不需要燃料輸送費用和保管費、排渣運輸費等;

(2)檢修周期較長,因鍋爐設備與高溫煙氣接觸,構件極易受損;而熱泵系統只有兩個部件運動,磨損少,平時無需任何檢修。

(3)管理人員與勞動強度均可減少,節省工資開支。

2.運行直接費用(電費)一般比燃煤鍋爐大,這是熱泵的主要開支。

3.熱泵初投資費用常大于鍋爐房設備(指單純為冬季供熱而設)。相同容量的制熱設備比鍋爐設備為貴。此外,初投資與裝置規模,機房土建規模投資亦有關。

熱泵的能量利用分析:

地下水的差溫蓄能量大,屬于低位熱源,通過熱泵的轉換即可成為生活和生產過程的有用熱量。而熱泵擁有大于1(1:3.2—5.4以上)的能效,對能量的利用遠遠優于其他方式的采暖方式。

五、熱泵與能源價格的關系

熱泵供熱比鍋爐供熱是優秀的,將熱泵與煤、燃氣、油等多種方式采暖時,以加熱為10000kcal熱量所需的費用做一個綜合比較,我們可以得出:

1.用熱泵機組:設熱泵的COP(指其制熱量與所消耗的電能的比值,即機組的性能系數)值為4,則耗電量為2.91kW,若電費平均價格為0.5元/kWh(北京地區),則電費為:2.91x0.5元=1.75元

2.用煤:煤大約能夠產生70%的熱量,則所需的燃料為2.13kg。若煤價為0.35元/kg,則費用為:2.13x0.35元=0.75元

3.用燃氣:燃氣大約能夠產生75%的熱量,則所需的的燃氣量為3.81m3。若燃氣價格為0.8元/m3,則費用為:3.81x0.8元=3.05元

4.用燃油:燃油大約能夠產生80%的熱量,所需的油量為1.16kg。若油價為2.4元/kg,則費用為:1.16x2.4元=2.78元

由此可見,用煤取暖是較便宜的,而用燃氣較貴。利用熱泵的動力費用與電價由直接的關系,與其他加熱方式相比還要視其他燃料的價格而定

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