使用空气能热泵之前,需要了解的知识点

随着冬季采暖环境污染严重和能源利用率低等问题的凸显,冬季采暖对环保、节能的采暖设备要求越来越高,空气能热泵的出现暂时缓解了这两大难题,在北方不断推进的“煤改电”工程项目中发挥着重要作用。由于其舒适、安全、高效、环保、节能、多功能性、热源可替代性等优势的突出表现,空气能热泵也受到很多南方用户的青睐。关于空气能热泵,我们应该如何进行了解呢?

热泵的定义
热泵是一套完整的装置,并不是单一的泵或者水泵。热泵可以理解为从低温热源吸收热量送往高温热源的循环设备,还可以理解为以消耗一部分高品位热能(机械能、电能或者高温热能)为代价,使热能从低温热源向高温热源传递的装置。

热力学两大定律:其一,能量守恒定律;其二,热量可以自发地从温度高的物体传递到温度低的物体,但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体。

热泵是否违反了热力学定律呢?可以从热泵的工作原理入手了解:

高压锅(冷凝器→冷凝放热):大于1个大气压时,水的沸点会超过100℃。在高压下,水蒸气需要在100℃的时候才能凝结成液态,在2个大气压的情况下,水的沸点升高至121℃。低压锅(蒸发器→冷凝吸热):小于1个大气压时,水的沸点会低于100℃。在低压下,水蒸气会在低于100℃的时候蒸发成气态,在0.12个大气压的情况下,水的沸点降低至50℃。

空气能热泵通过压缩机做功,使工质产生物理变相(气态和液态之间的转换),从而利用这一往复循环相变过程不断通过低压锅(蒸发器)吸热和高压锅(冷凝器)放热,由吸热装置从空气中吸收免费热能,经过热交换器使冷水升温,制成的带有热量的热水通过水循环送到室内进行利用。

补充:随着蒸汽机的出现,欧洲开始了第一次工业革命,世界进入到利用能源的新时代,利用热能转化为机械能的方式称之为卡诺循环,不过能效永远低于1;而热泵则开启了节约能源的新时代,利用机械能将低温热能转换为高温热能的方式称之为逆卡诺循环,能效永远大于1。因此热泵是节约能源的最佳方式之一。

空气能热泵的优势分析
空气能热泵有很多优势,最基本的优势为舒适、安全、高效、环保、节能、多功能性、热源可替代性等,空气能热泵所使用的能源(电力)也是可再生资源,而且平均的能效比高达3.0以上。此时空气能热泵所使用的电力来源非常关键,我国有70%的电力来自火电,必然会存在热效率低和污染性强的问题,此时如何谈环保和节能呢?那么空气能热泵用在以下环境中,效果就不一样了。

其一,空气能热泵使用的电力并非来自燃煤或者燃油的火电,而是来自于水力发电、风力发电、太阳能发电以及核能发电等清洁能源,那么从电力来源上解决了环保和热效率低的问题,此时空气能热泵的使用就是非常环保且节能的。

其二,我国的电力资源比较丰富,如果采用的电力是电网中富余的电力呢?这些电力不用就等于浪费了,此时空气能热泵对这部分富余的电力加以利用,可以起到很好的削峰平谷的作用,大大提高电力的利用率。

空气能热泵的缺点分析
事物都具有两面性,有优点就会有缺点,只不过要充分发挥其优点,缩小其缺点带来的损害。空气能热泵存在低温环境下性能下降和低温环境下结霜严重的缺点,应该怎么应对这两个问题呢?才能使其在寒冷的北方可以更广泛地被应用。

针对空气能热泵低温环境下性能下降的问题,可以通过以下5种方法进行应对:增大热量交换面积、采用最好的变频技术、采用双级压缩技术、采用复叠压缩技术以及采用喷气增焓技术。

针对空气能热泵低温环境下结霜严重的问题,可以通过以下4个方法进行应对:增大换热面积来延缓结霜、采用合理的翅片换热器设计来延缓结霜、采用有效的化霜方式来缩短化霜时间、通过对化霜进入点和退出点准确的进行预判来减少热损失。

总结
空气能热泵并不是新颖的技术,而是使用了很多年,已经具备了成熟的技术,只不过之前涉及的使用范围不在家用板块中(主要范围在工厂热水、学校热水、酒店热水、工业电镀和农业烘干等领域),因此很多人并不知道而已。目前,大家对生活的舒适性和对设备节能性都提高了要求,因此空气能热泵逐渐覆盖到家用领域中,为家庭提供舒适的制冷、采暖和生活热水,从而为更多家庭打造舒适宜居环境提供了更多的选择。

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