熱泵原理及技術(shù)分析

一、熱泵的原理介紹及能量轉(zhuǎn)換分析

所謂熱泵，就是一種利用人工技術(shù)將低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換為高溫?zé)崮芏�達(dá)到供熱效果的機(jī)械裝置。熱泵由低溫?zé)嵩?如周圍環(huán)境的自然空氣、地下水、河水、海水、污水等)吸熱能，然后轉(zhuǎn)換為較高溫?zé)嵩瘁尫胖了�需的空間(或其它區(qū)域)內(nèi)。這種裝置即可用作供熱采暖設(shè)備，又可用作制冷降溫設(shè)備，從而達(dá)到一機(jī)兩用的目的。。

熱泵機(jī)組的能量轉(zhuǎn)換，是利用其壓縮機(jī)的作用，通過消耗一定的輔助能量(如電能)，在壓縮機(jī)和換熱系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的制冷劑的共同作用下，由環(huán)境熱源(如水、空氣)中吸取較低溫?zé)崮�，然后轉(zhuǎn)換為較高溫?zé)崮茚尫胖裂�環(huán)介質(zhì)(如水、空氣)中成為高溫?zé)嵩摧敵�。在此因壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)做工而消耗了電能，壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)使不斷循環(huán)的制冷劑在不同的系統(tǒng)中產(chǎn)生的不同的變化狀態(tài)和不同的效果(即蒸發(fā)吸熱和冷凝放熱)從而達(dá)到了回收低溫?zé)嵩粗迫「邷責(zé)嵩吹淖饔煤湍康摹?/p>

二、熱泵的發(fā)展和在我國的應(yīng)用

歐洲第一臺熱泵機(jī)組是在1938年間制造的。它以河水低溫?zé)嵩�，向市政廳供熱，輸出的熱水溫度可達(dá)60oC。在冬季采用熱泵作為采暖需要，在夏季也能用來制冷。1973年能源危機(jī)的推動，使熱泵的發(fā)展形成了一個(gè)高潮。目前，歐洲的熱泵理論與技術(shù)均已高度發(fā)達(dá)，這種“一舉兩得”并且環(huán)保的設(shè)備在法、德、日、美等發(fā)達(dá)國家業(yè)已廣泛使用。

80年代來，我國熱泵在各種場合的應(yīng)用研究有了許多發(fā)展。針對我國地?zé)豳Y源較豐富的情況，若把一次直接利用后或經(jīng)過降溫的地下熱水作為熱泵的低位熱源使用，就可增大使用地下水的溫度差，并提高地?zé)岬睦�用率，這在京津地區(qū)早已有過應(yīng)用實(shí)踐。而這種設(shè)備同時(shí)對于我國能源使用效率不高、分配不均勻的現(xiàn)狀也提出了一個(gè)有效的解決方法。

三、熱泵的技術(shù)性分析：

1.熱泵機(jī)組可以達(dá)到一機(jī)兩用的效果，即冬季利用熱泵采暖，夏季進(jìn)行制冷。既節(jié)約了制冷機(jī)組的費(fèi)用，有節(jié)省了鍋爐房的占地面積，同時(shí)達(dá)到了環(huán)保。

2.如業(yè)主已有地?zé)峋�，則可利用熱泵裝置進(jìn)行梯級轉(zhuǎn)換，能大大便于熱資源的充分有效地利用。

3.用于生活采暖和生活水加熱等需要的能源消耗，如果依靠直接電熱會造成能源再浪費(fèi)，是不可取的，采用熱泵供熱和加溫才能更有效的利用電能。

4.使用熱泵技術(shù)供熱采暖對大氣及環(huán)境無任何污染，而且高效節(jié)能，屬于綠色環(huán)保技術(shù)和裝置，符合目前我國能源、環(huán)保的基本政策，對用戶本身也無形中起到自我宣傳的作用。

四、熱泵供熱的經(jīng)濟(jì)性分析

熱泵的經(jīng)濟(jì)性是由多方面來確定的，它與鍋爐房供熱相比，顯然具有以下特點(diǎn)：

1.運(yùn)行附加費(fèi)較小，這是因?yàn)椋?/p>

(1)熱泵裝置不需要燃料輸送費(fèi)用和保管費(fèi)、排渣運(yùn)輸費(fèi)等;

(2)檢修周期較長，因鍋爐設(shè)備與高溫?zé)煔饨佑|，構(gòu)件極易受損;而熱泵系統(tǒng)只有兩個(gè)部件運(yùn)動，磨損少，平時(shí)無需任何檢修。

(3)管理人員與勞動強(qiáng)度均可減少，節(jié)省工資開支。

2.運(yùn)行直接費(fèi)用(電費(fèi))一般比燃煤鍋爐大，這是熱泵的主要開支。

3.熱泵初投資費(fèi)用常大于鍋爐房設(shè)備(指單純?yōu)槎�季供熱而設(shè))。相同容量的制熱設(shè)備比鍋爐設(shè)備為貴。此外，初投資與裝置規(guī)模，機(jī)房土建規(guī)模投資亦有關(guān)。

熱泵的能量利用分析：

地下水的差溫蓄能量大，屬于低位熱源，通過熱泵的轉(zhuǎn)換即可成為生活和生產(chǎn)過程的有用熱量。而熱泵擁有大于1(1：3.2—5.4以上)的能效，對能量的利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他方式的采暖方式。

五、熱泵與能源價(jià)格的關(guān)系

熱泵供熱比鍋爐供熱是先進(jìn)的，將熱泵與煤、燃?xì)�、油等多種方式采暖時(shí)，以加熱為10000kcal熱量所需的費(fèi)用做一個(gè)綜合比較，我們可以得出：

1.用熱泵機(jī)組：設(shè)熱泵的COP(指其制熱量與所消耗的電能的比值，即機(jī)組的性能系數(shù))值為4，則耗電量為2.91kW，若電費(fèi)平均價(jià)格為0.5元/kWh(北京地區(qū))，則電費(fèi)為：2.91x0.5元=1.75元

2.用煤：煤大約能夠產(chǎn)生70%的熱量，則所需的燃料為2.13kg。若煤價(jià)為0.35元/kg，則費(fèi)用為：2.13x0.35元=0.75元

3.用燃?xì)猓喝細(xì)獯蠹s能夠產(chǎn)生75%的熱量，則所需的的燃?xì)饬繛?.81m3。若燃?xì)鈨r(jià)格為0.8元/m3，則費(fèi)用為：3.81x0.8元=3.05元

4.用燃油：燃油大約能夠產(chǎn)生80%的熱量，所需的油量為1.16kg。若油價(jià)為2.4元/kg，則費(fèi)用為：1.16x2.4元=2.78元

由此可見，用煤取暖是最便宜的，而用燃?xì)庾钯F。利用熱泵的動力費(fèi)用與電價(jià)由直接的關(guān)系，與其他加熱方式相比還要視其他燃料的價(jià)格而定。

但是：隨著能源政策的進(jìn)一步落實(shí)和實(shí)施，在實(shí)際工程中，雖然熱泵供暖運(yùn)行費(fèi)用率略高于燃煤的直接成本費(fèi)用、整體配套工程初投資稍多些，但具有能量利用率高、環(huán)保等特點(diǎn)，只要完善系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的配套，就具有很好的廣泛推廣應(yīng)用價(jià)值。