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卡塞尔:关于热泵

卡塞尔:关于热泵

      1 热泵与制冷机

     热泵是一种以冷凝器放出的热量对被调节环境进行供热的一种制冷系统。就热泵系统的热物理过程而言,从

工作原理或热力学的角度看,它是制冷机的一种特殊使用型式。它与一般制冷机的主要区别在于:

     ①系统工作的温度区域不同。热泵是将环境温度作为低温热源,将被调节对象作为高温热源;制冷机则是将

环境温度作为高温热源,将被调节对象作为低温热源。因而,当环境条件相当时,热泵系统的工作温度高于制冷系

统的工作温度。

     ②使用的目的不同。热泵的目的在于制热,研究的着眼点是工质在系统高压侧通过换热器与外界环境之间的

热量交换;制冷机的目的在于制冷或低温,研究的着眼点是工质在系统低压侧通过换热器与外界之间的换热;


      2 热泵的由来及主要应用型式

      2.1 热泵的由来

     随着工业革命的发展,19世纪初,人们对能否将热量从温度较低的介质“泵”送到温度较高的介质中这一问

题发生了浓厚的兴趣。英国物理学家J.P.Joule提出了“通过改变可压缩流体的压力就能够使其温度发生变化”的

原理。1854年,W.Thomson教授(即大家熟知的Lord Kelvin勋爵)发表论文,提出了热量倍增器(Heat

Multiplier)的概念,首次描述了热泵的设想。

     当时,热泵供暖的对象主要是民用,供暖需求总量小,特别是对由于采暖方式及其对环境的影响尚没有足够

的意识。人们采暖的方式主要是燃煤和木材,因而,热泵的发展长期明显滞后于制冷机的发展。

      2.2 热泵的主要应用型式

      按照热泵系统的热力循环型式,通常将热泵分为如下六类:

      ①吸收式热泵

     吸收式热泵是一种利用低品位热源实现将热量从低温热源泵送向高温热源的循环系统。常用的工质对是“水

-溴化锂(其中,以溴化锂稀溶液为工质,以溴化锂浓溶液为吸收剂)”、“氨-水(其中,以氨为工质,以水吸收

剂)”、“水-氯化钙(其中,以铝化钙稀溶液为工质,以氯化钙浓溶液为吸收剂)”。

      ②蒸气压缩式热泵

     与制冷机一样,蒸气压缩式系统也是热泵蕞主要的应用型式。按照低温热源与供热介质的组合方式不同,蒸

气压缩式热泵系统又分为空气——空气热泵、空气——水热泵、水——水热泵、水——空气热泵、地热——空气热

源热泵和土壤热源——水热泵等几种主要应用型式。

      ③蒸气喷射式热泵

     蒸气喷射式热泵的工作与原理与蒸气压缩式热泵基本相同,只是由蒸气喷射器代替压缩机。这种热泵主要用

于热电厂综合热能利用中,与吸收式热泵相比,这种热泵效率较低,目前较少采用。

      ④热电式热泵

     热电式热泵又称为温差电热泵。它是利用Peltier效应,即当直流电通过了两种不同导体组成的回路时,就

会在回路的两个连接端产生温差现象。

     热电式热泵具有无运动部件,工作可靠,寿命长,控制调节方便,振动小,噪声低,对环境污染小等特点,

但热电堆的成本较高而且效率较低,因而主要用于一些特殊场合

      ⑤气体压缩式热泵

     与蒸气压缩式系统热泵不同的是,在这类热泵系统中,工作介质的工作区域为过热区。对于气体压缩式热泵

系统,目前主要以二氧化碳、湿空气作为工作介质的热泵系统及相关技术,是相关领域研究的两类热点课题。使用

湿空气作为工作介质的空调热泵系统及装置,以往主要用于航天方面,例如作为飞机客舱的空气调节用冷、热源设

备。对于使用湿空气作为工作介质的空调热泵系统在普通工业或民用建筑环境调节应用的可能性,作者曾经作文探

讨。

      ⑥太阳能热泵

      这种热泵以太阳能集热器作为热源。