空气源热泵热水器及热泵的工作原理

空气源热泵热水器

1.    热泵的工作原理：

在自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。所以热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的装置。热泵也就像水泵那样，可以把不能直接利用的低位热源（如空气、土壤、水）中所含的热能、太阳能、工业废热等转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位能（如煤，燃气，油，电等）的目的。热泵虽然消耗了一定的高位能，但它所供给的热量却是所消耗的高位能和吸取的低位能之和，故采用热泵装置可以节约高位能。

2.    热泵的发展

热泵的理论起源于十九世纪早期卡诺的著作，他在1824年发表了关于卡诺循环的论文。在1850年初，开尔文（L.Kelvin）提出：冷冻装置可以用于加热，之后许多科学家和工程师对热泵进行了大量研究，这种研究持续了80年之久。

1912年瑞士的苏黎世已成功安装了一套以河水作为低位热源的热泵设备用于供暖，并以此申报专利，这就是早期的水源热泵系统，也是世界上第一套热泵系统。热泵工业在20世纪40年代到50年代早期得到迅速发展，到1943年大型热泵的数量已相当可观。

20世纪70年代初期，由于能源危机的出现，热泵又以其回收低温废热，节约能源的特点，受到了人们的青睐。比如美国，热泵的产量从1971年的8.2万套/年猛增至1976年的30万套/年，1977年再次跃升为50万套/年，而此时日本后来居上，年产量已超过50万套。目前热泵市场每年都在成倍增长，发展势头相当迅猛。在欧美大多数发达国家，如澳大利亚、英国、法国、德国、北欧南欧的一些国家，热泵产品已经进入了大多数家庭，例如欧美发达国家，从上世纪70年代生产出家用空气源热泵产品至今，有的产品已正常运行了十几年。其性能得到用户的高度评价。

3.   热泵热水器

热泵热水器是热泵技术的一种应用形式，热泵热水器主要由压缩机、水换热器、空气（水）换热器、膨胀阀和风机等部件组成。它运用逆卡诺循环原理，通过压缩机做功，使气态工质温度及压力升高，气态工质与冷水在热交换器中进行热量交换，这一过程工质放热发生由气态到液态的相变，冷水吸收工质的热量逐步升温变成热水，液态工质经膨胀阀节流后由吸收空气或水的热量，空气或水因放热温度降低，这一过程工质吸热发生由液态到气态的相变。这一往复循环相变过程不断吸热和放热，由吸热装置吸取空气或水中的热量，经过热交换器使冷水逐步升温，制取的热水通过水循环系统送至用户。目前国内市场，热泵热水器主要为空气源热泵，其次为地源热泵。

                                          热泵热水器工作原理图

4． 热泵性能参数表

注：KFRS-16KW II为每天产5吨热水热泵机组，5吨以上可为模块机组组合。

5.    热泵热水器的节电：

5.1   热泵热水器的节电原理

热泵热水器在工作时，把环境介质空气或水中贮存的能量Q_A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Q_B；通过工质循环系统在热交换器中进行放热Q_C，Q_C=Q_A+Q_B，由此可以看出，热泵热水器输出的能量为压缩机做的功Q_B和热泵热水器从环境中吸收的热量Q_A；因此，采用热泵热水器可以节约大量的电能。

5.2  热泵热水器与太阳能热水器的比较