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作者:admin 发布时间:2019-05-13 16:01

  热泵实际上应该叫能量泵或能量泵机组,即推动能量转移的装备或机组。热泵的概念比较抽象,为了便于理解,我们可以通过热泵与离心水泵的特性对照来了解热泵。

  我们知道,在自然状态下,水往低处流。如果我们需要水往高处流,则可以通过离心水泵来实现。

  同样,在自然状态下,能量总是从高温物体向低温物体传导。如果我们要实现能量从低温物体向高温物体传导,则可以通过能量泵即热泵来实现。

  离心水泵是通过电能来驱动泵的叶轮,将机械能转化成动能和势能,从而实现水从低位到高位的输送。

  而热泵则包括三部分:低温蒸发吸热器(换热器)、气体压缩机和高温冷凝放热器。而且热泵在运行过程中还必须添加导热载体或称导热剂。导热剂在低温蒸发吸热器的低温环境下,因低压或高真空仍然发生蒸发,由液态变为气态,从而通过换热器从低温物体将能量吸入导热剂中;气态导热剂通过气体压缩机压缩到高温冷凝放热器后,压力升高或真空度减小,虽然处于高温环境下,仍然能因高压或真空度减小而发生冷凝,由气态变成液态从而使导热剂中能量通过换热器向高温物体释放;释放能量冷凝后的导热剂经由减压阀流回到低温蒸发吸热器中完成一个工作循环。通过导热剂的连续循环工作,热泵实现了将能量从低温物体传导到高温物体的功能。

  离心水泵在消耗电能完成水从低处往高处输送的过程中并不改变水的数量,所以耗电过程并不伴生水数量的变化。

  同样,热泵在消耗电能(气体压缩机需耗电)完成能量从低温物体传导到高温物体的过程中也不是为了改变所输送的能量的数量(虽然实际上多少会有些增加),所以耗电量与所输送能量的数量变化基本无关。热泵节能的道理是将无用或低经济价值的低温能量,通过热泵输入到更高温的物体中,从而替代或减少通过使用有价值或高价值高温能源以达到节能的目的。

  当处于低位的水源廉价易获取时,评判用离心水泵将水从低位送到高位是否经济的依据是,比较将水扬升的花费是否比用其它方法在高处获取水源更经济,而不是说离心泵运行过程可以产生水。

  同样,当低温的能源是廉价(比如空气中含有的能量目前都还是免费的)或容易获取的,评判用热泵将能量从低温物体输送到高温物体是否经济的依据是,比较输送能量的花费是否比用其它方法(比如用锅炉烧蒸汽)获得能量更经济,而不是说热泵将电能转化成了多少热能给高温物体使用。

  离心水泵在用于将水从高位输送到低位的过程中可以加快水的输送速度,利用水能自动从高位流到低位可以实现水力发电。

  热泵在用于将能量从高温物体输送到低温物体的过程中可以加快能量的输送速度,利用能量能自动从高温物体传导到低温物体可以实现温差发电。

  在输送同等数量的能量时,热泵的电耗与温升成正比例。这一点对于我们优化热泵节能技术非常重要。

  离心水泵在输送水的过程中由于管道的阻滞会造成一定的扬程(压头)损失,管道越粗,扬程损失越小。在选用离心水泵时考虑到扬程损失,应选取比实际需求略大扬程的离心水泵。

  热泵在输送能量的过程中由于换热器对热传导的阻滞会造成一定的温升损失,热泵的换热器换热面积越大,温升损失越小。在选用热泵时考虑到温升损失,应选取比实际需求略大温升的热泵。

  热泵的特性除上述与离心水泵相似之处外,也有些不一样之处:一是离心水泵的电耗只与进出口压差(扬程)成正比例关系,而与进口或出口的实际压力关系不大。热泵则不但与温升成正比例,还与冷热物体的具体温度有一定的关系,冷热物体的具体温度在某些特定的情况下对电耗的影响甚至超过了温升变化对电耗的影响幅度;二是离心水泵输送的是看得见摸得着的水,而热泵输送的则是看不到经常也是摸不着的能量,这也是为什么很多人对热泵技术不能完全理解的主要障碍。热泵输送的能量虽然看不见摸不着,但是可以感觉和检测出来,所以并不影响它的推广应用;再有一个不同之处是热泵工作时需要导热剂,热泵的电耗还与采用何种导热剂有直接的关系。

  最常用的热泵是有几十年历史而且已经进入千家万户的空调机,空调机运行时将能量从温度较低的室内输送到温度较高的室外,从而实现室内维持在较低温度的凉爽状态。

  通过空调这个常例的热泵,从理解了空调的工作原理上升到理解热泵的工作原理后,将大大拓宽热泵的使用范围,并且反过来推动空调技术的进步。现如今的空调由单冷进步到冷暖,由冷暖进步到空气能热水器和制冷与供热水一体机,实际上已经把单纯的空调朝向热泵机组转变。相信不久的将来,居民生活用空调一定是整个小区的冷暖浴一体中央空调(热泵机组):即夏季由于制冷从居民家中推送出来的能量不是直接散入大气中,而是推送到冷水中用于产生可供洗浴用的热水;在冬季时则将空气中的能量推送到热风中给居民采暖,或者推送到冷水中加热成热水供给居民洗浴使用。

  热泵的一个特例就是眼下比较热门的节能蒸发设备:MVR蒸发器。其作为热泵的一个特例是因为它直接使用蒸发器连续产生的二次水蒸汽作为导热剂,导热剂经压缩冷凝后直接排出而不回流到低温蒸发吸热器中,所以可以将低温蒸发吸热器的换热器与高温冷凝放热器的换热器合并成一台换热器,并且借用蒸发设备的加热器来兼作这台合并后的换热器。这样MVR蒸发器就相当于一个“以水作为导热剂、由蒸发器的换热器兼作低温蒸发吸热器与高温冷凝放热器共同合并使用的换热器”的热泵机组。蒸发器蒸发过程本身并不消耗能量,加热蒸汽在使物料蒸发出二次蒸汽后,其中大量的能量即通过自然传导进入二次蒸汽中。普通的蒸发器由于无法再利用二次蒸汽中的能量(潜热),而被迫向加热室连续补入外来蒸汽作为维持蒸发运行的能源。MVR蒸发器由于形成了一个热泵系统,则可以将二次蒸汽中的能量输送回到蒸发器中作为物料蒸发出二次蒸汽所需能源,从而无需再添加外来蒸汽即可维持蒸发的连续运行。这就是MVR蒸发器为什么节能,为什么不消耗外来蒸汽的根本道理。

  在工业引入热泵技术的根本目的就是为了节能。我们知道,常温的原料进入车间,加工生产得到常温的产品,很多产品的生产过程并不需要能量或者说需要能量很小,但为什么我们的生产线还要消耗大量的外来蒸汽作为能源呢?答案就是为了满足生产各工序的温度要求,虽然我们已经做了大量的废热回收工作,我们仍然需要不停地往生产线充填能量,而充填的这些能量不是进入到了产品中,而是通过冷却塔和尾(气)风又将这些能量无休止地排入了大气中。热泵技术为我们的工业生产提供了这样一种可能:将工业生产中“使用新鲜能源同时冷却塔和尾风又不停排放能量”的模式,转变为“各个生产环节能源全部循环利用,生产线完全不使用外来蒸汽,同时取消冷却塔的,尾风降到常温”的新模式。这样我们的工业企业势必获得经济效益和环境友好的双丰收。

  随着热泵技术的推广应用,很多现在大量使用蒸汽的生产线将无需配套锅炉和外来蒸汽,也无需配套30℃循环冷却水或冷却塔。

  目前热泵的技术水平,当其低温蒸发温度高于50℃时,完全可以采用水作为导热剂;当热泵的低温蒸发温度低于50℃时,还需采用氟里昂作为导热剂。随着热泵制造技术的进步,特别是气体(蒸汽)压缩机密封技术的提升,相信总有一天所有的热泵都采用水作为导热剂,而不再使用氟里昂。

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