熱泵工作原理

作為自然界的現象，正如水由高處流向低處那樣，熱量也總是從高溫區流向低溫區。但人們可以創造機器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置，熱泵的作用是從周圍環境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對象（溫度較高的物體），其工作原理與制冷機相同，都是按照逆卡諾循環工作的，所不同的只是工作溫度范圍不一樣。
　　
　　熱泵在工作時，它本身消耗一部分能量，把環境介質中貯存的能量加以挖掘，通過傳熱工質循環系統提高溫度進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分，因此，采用熱泵技術可以節約大量高品位能源。
　　
　　
　　
　　在運行中，蒸發器從周圍環境中吸取熱量以蒸發傳熱工質，工質蒸汽經壓縮機壓縮后溫度和壓力上升，高溫蒸氣通過冷凝器冷凝成液體時，釋放出的熱量傳遞給了儲水箱中的水。冷凝后的傳熱工質通過膨脹閥返回到蒸發器，然后再被蒸發，如此循環往復。
　　
　　余熱利用的強力工具--熱泵
　　
　　水從高處流向低處，熱由高溫物全傳遞到低溫物體，這是自然規律。然而，在現實生活中，為了農業灌溉、生活用水等的需要，人們利用水泵將水從低處送到高處。同樣，在能源日益緊張的今天，為了回收通常排到大氣中的低溫熱氣、排到河川中的低溫熱水等中的熱量，熱泵被用來將低溫物體中的熱能傳送高溫物體中，然后高溫物體來加熱水或采暖，使熱量得到充分利用。
　　
　　
　　
　　熱泵的工作原理和家用空調、電冰箱等的工作原理基本相同，通過流動媒體(以前一般為氟利昂，現在由替代氟利昂所代替)在蒸發器、壓縮機，冷凝器和膨脹閥等部品中的氣相變化(沸騰和凝結)的循環來將低溫物體的熱量傳遞到高溫物體中去。
　　
　　具體工作過程如下：①過熱液體媒體在蒸發器內吸收低溫物體的熱量，蒸發成氣體媒體。②蒸發器出來的氣體媒體經過液壓縮機的壓縮，變為高溫高壓的氣體媒體。③高溫高壓的氣體媒體在冷凝器中將熱能釋放給給高溫物體、同時自身變為高壓液體媒體。④高壓液體媒體在膨脹閥中減壓，再變為過熱液體媒體，進入蒸發器，循環初的過程。
　　
　　熱泵的性能一般用成績系數(COP)來評價。成績系數的定義為由低溫物體傳 到高溫牧體的熱量與所需的動力之比。通常熱泵的成績系數為3-4左右，也就是說，熱泵能夠將自身所需能 量的3到4倍的熱能從低溫物體傳送到高溫物體。現在歐美日都 在競相開發新型的熱泵。據報導新型的熱泵的成績系數可6到8。如果這一數值能夠得到普及的話，這意味著能源將得到更有效的利用。熱泵的普及率也將得到驚人的提高。目前熱泵的高出力溫度為110度左右。超過這個溫度將有可能出現使媒體分解的危險。
　　
　　由于氟利昂對地球大氣臭氧有破壞作用，為了保護地球的生態環境，除了提高熱泵的成現系數，有效利用能源以外，各國科學還致力于新型冷凍媒體的開發。目前已有替代氟利昂的媒體得到應用。
　　
　　熱泵熱水系統包括熱泵主機和換熱儲水箱兩部分。熱泵主機部分包括風冷式蒸發器、壓縮機及膨脹閥；換熱儲水箱為內置冷凝盤管的儲熱水箱。冷媒(工質)在蒸發管內吸收環境空氣中的熱量，通過熱泵循環由冷凝盤管在水箱內釋放熱量，加熱水箱中的水。
　　
　　要搞清楚熱泵的工作原理，首先要懂得制冷系統的工作原理。制冷系統（壓縮式制冷）一般由四部分組成：壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器。其工作過程為：低溫低壓的液態制冷劑（例如氟利昂），首先在蒸發器里從低溫熱源（例如冷凍水）吸熱并氣化。然后壓縮機抽取蒸發器里氣化后的制冷劑氣體并壓縮到冷凝器內，此時制冷劑氣體變成高溫高壓氣體。該高溫高壓氣體在冷凝器內被高溫熱源（例如冷卻水）冷卻凝結成液體，變成高溫高壓液體制冷劑。再經節流閥截流成低溫低壓液態制冷劑。如此就完成一個制冷循環。
　　
　　對于一臺分體式熱泵空調來說，夏天制冷時就是把冷凝器放在室外，而把蒸發器放在室內。運行時就把室內的熱量輸送到了室外。而冬季則把蒸發器放在室外，把冷凝器放在室內，這樣就把室外的熱量輸送到了室內。當然我們不會換季時去拆裝設備了，而是通過體格轉換閥使蒸發器和冷凝器換位的。
　　
　　熱泵空調里面有一個四通換向閥。在制冷工況下，室內熱交換器就是蒸發器，室外熱交換器（夏天往外呼呼出熱風的那個東西）就是冷凝器。冬季供熱的時候，四通換向閥切換，改變冷媒的流向，此時，室內熱交換器就是冷凝器，室外熱交換器（冬天往外呼呼出冷風的那個東西）就是蒸發器。由于冬季往外出冷風，換熱器要結霜，所以等結霜到一定程度時，四通換向閥再切換，空調變成夏季制冷工況，室外熱交換器得到熱量，化霜，化霜完畢后，四通閥再切換到制熱狀態。除霜時，為了防止向室內吹冷風，故室內機的風機停止運轉。
　　
　　熱泵是以冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統，它被形象的稱為“熱量倍增器”。目前在市場上廣泛出現的家用冷暖空調器上，就已經廣泛地應用了熱泵制熱，其制熱系數已高達3以上。那么，利用熱泵的原理來制取熱水，消耗一度電所獲得的熱水，比普通電熱水器消耗三度電所獲得的熱水還要多，這是傳統熱水器所不能企及的。