热泵装置基础知识与原理

1热泵的概念

1）、热泵是一种利用机械能将热量从一个地点转移到另一个地点的设备。

2）、热泵通过逆制冷循环工作。

3）、热泵可以用于供暖或制冷，具体视构造而定

4）、在制冷模式下，热泵作为制冷系统而工作。

5）、制冷回路中有一个四通阀，用于在供暖模式和制冷模式之间切换。

6）、热泵可以用于空间（房间）取暖器或热水器。

7）、热源可以在自然环境中找到（土壤、空气、地下水等）。

热泵的工作原理：
2热泵的效率

性能系数（COP）

•可以将热泵的性能系数定义为热量输出与电力输入的比率。

•例如，若COP为4，表示1 kW电能加上3 kW热能，产生4 kW热能输出。

取得EHPA标签所需的COP：

•盐水/水热泵：4.3

•空气/水热泵：3.1

•水/水热泵：5.1
季节能效比（SPF）

•SPF是指在为期一年的比较期内，热泵消耗的能量与提供的能量的平均比率。

•例如，若SPF为4:1，表示每年消耗8,000 kWh电力，产生32,000 kWh热能。.
为何热泵的效率高于传统供暖设备？

•土壤和空气中的热能是完全免费的。

•它天然存在于土壤中，经常从风、阳光和降雨中得到补充。

•在热泵每年为空间供暖和家用热水提供的能量中，有四分之三来自于阳光，储存于土壤或空气中。

•在地球接收的太阳能中，有44%最终储存于土壤中。

•这种太阳能是地球上人类能源需求总量的480倍。

•热泵的核心是可再生的太阳能，因此有助于营造更清洁的环境。

•热泵搭配高效率的供暖系统，再由值得信赖的供应商进行安装，可以将供暖成本降低50%以上。

•如图所示，与燃油锅炉相比，典型的热泵系统在环境财务方面具有极大的优势。
3热泵的系统原理图

制冷循环-供暖系统

•动画显示了热泵如何利用逆制冷循环来工作。

•热泵的基本元件包括一台压缩机、一个冷凝器、一个膨胀装置和一个蒸发器。

•在蒸发器中，空气中的热能转移到制冷剂，气态制冷剂被输送到压缩机。

•液态制冷剂从压缩机流向冷凝器，热量在此转移到需要加热的空间或水
制冷循环-制冷和供暖系统（可逆）

热泵可以用于供暖，也可以用于制冷。制冷回路中有一个四通阀，用于在供暖模式和制冷模式之间切换。点击按钮，查看如何将制冷循环同时用于供暖和制冷。

冬季制热运行系统原理图：
夏季制冷运行系统原理图：
控制系统原理图：
4热泵的分类
按照热源，可以分为五大类：

5地源热泵

•地源热泵采集地下存储的太阳能。

•热量采集方法多种多样。

•使用水平管路。

•使用垂直管路。

•使用开放式回路抽取地下水。

地源热泵—水平管路

•适用于水/水系统和盐水/水系统。

•安装时需要移走表层土壤或挖沟。

•提取能量的上限为每米管道10至30瓦特，具体取决于土壤和环境的温度。.

地源热泵—垂直管路

•适用于水/水系统和盐水/水系统，具体取决于最低环境温度

•使用基岩中的垂直集热管道

•每10 kW供暖容量中，2.5 kW来自压缩机和泵消耗的电能，7.5 kW取自土壤

•提取能量的上限为每米管道50瓦特（这是湿孔的容量。它低于干孔的容量）

•单钻孔的最小深度为150米，双钻孔的最小深度为75米。

•钻孔的最小间距：10米（具体细节请参考地方和国家法规。）

地源热泵—地下水

•仅适用于水基系统。

•必须保证供水的质量（过滤器）、流量和温度（10-12°C）。

•对于一个COP为4、将水温降低5 K的10 kw热泵，需要的水流量为0.36 dm3/s或1.3 m3/h。

•泵水也要消耗能量

•钻孔的最小间距约为15米（具体细节请参考地方和国家法规）。

地源热泵—水系统

•水热泵利用水或盐水，从地源中采集热量。

•集热管注满水或盐水。

•可以构建水-水系统或盐水-水系统。

•可以是开环或闭环系统。

•开环系统必须考虑污垢、腐蚀等问题。

•重要的是保持水温和蒸发器表面温度高于冰点。

•相对于盐水-水系统，水-水系统需要较高的蒸发温度。

•当冷凝温度较低时，必须确保较大的蒸发力度。

•在这些条件下，可以实现较高的COP。

地源热泵—地板供暖

•传统的家用中央供暖系统便是水系统。

•这种系统适用于地板供暖和/或暖气。

•房间温度可以单独调节。

•COP最大为4

•适用于新建筑或旧设施（水温不超过60°C）。

•夏季到来时，同一套系统可用于地板制冷。

•该系统可以用于游泳池加热。

•该系统能够灵活适应将来的需要。

6空气源热泵

•空气源热泵从室外空气中采集能量，并将能量转移到室内。

•空气源热泵比地源热泵易于安装，因为安装时无需挖掘或钻孔。

•冬季可能需要辅助供暖系统。

•可以构建空气-空气系统和空气-水系统。

空气源热泵——空气-空气换热系统

•空气-空气式空气源热泵从室外空气中采集能量，并将能量转移到室内或空间内的再循环空气。

•可以提供不同的温度范围（冬季较冷，春秋两季较暖）。

•室外气温降至大约6°C以下时，需要除霜（通常利用逆循环）。

•为了让蒸发温度覆盖较低和较高的室外温度，要求压缩机有较宽的工作范围。

•冷凝温度几乎终年不变。

空气源热泵——空气-水换热系统

•空气-水式空气源热泵从室外空气中采集能量，并将能量转移到在供暖系统的循环水中。

•风冷式蒸发器。

•房屋内传统的基于水的集中供暖系统。

•地板供暖和/或暖气。

•房间温度可以单独调节。

•COP高达4.5（空气7C，水30/35°C）和3.5（空气7C，水40/45°C）

•适用于新建筑和旧设施。（水温最高可达60°C，具体取决于环境温度）

•夏季：地板制冷。

•游泳池加热。

•能够灵活适应将来的需要。