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空气能热泵热水器为什么cop会永远大于1

来源:未知 人气: 更新时间:2018-06-13 11:31

空气能热泵热水器的工作原理最开始时很多人不相信输入一度电产出四度电的热量,不相信会有cop大于1的原理。但是经过对空气能热水器工作原理的详细分析,很多人认识到空气能是很节能的。热泵的COP永远大于1,就是说热泵的制热系数永远大于1,即用户获得的热能总是大于所消耗的电能或燃料能。这是热泵与普通加热装置的根本区别,也是热泵制热最突出的优点。这是什么伪科学吗?难道不用遵循能量守恒定理了吗?

 

 

一、热泵的“泵”字很关键

 

热泵是一种制热装置,该装置以消耗少量电能或燃料能为代价,能将大量无用的低温热能变为有用的高温热能,如同泵送“热能”的“泵”一样。热泵的工作过程可与水泵相类比,如图1-5所示。                           

 

 

如图1-5所示,水泵是消耗少量电能或燃料能W,将大量水从低位处泵送到所需的高位处。热泵也是消耗少量电能或燃料能W,将环境中蕴含的大量免费热能或生产过程中的无用低温废热Q2,变为满足用户要求的高温热能Q1。根据热力学第一定律,Q1、Q2和W之间满足如下关系式:

 

Q1=Q2+W                           (1-69)

式中Q——热泵提供给用户的有用热能,KW;Q2——热泵从低温热源中吸取的免费热能(环境热能或工业废热),KW;W——热泵工作时消耗的电能或燃料能,KW。

 

由式(1-69)可见,Q1>W,即热泵制取的有用热能,总是大于所消耗的电能或燃料能,而用燃烧加热、电加热等装置制热时,所获得的热能一般小于所消耗的电能或燃料的燃烧能,这是热泵与普通加热装置的根本区别,也是热泵制热最突出的优点。

 

二、热泵的制热系数永远大于1

 

热泵最主要的性能指标是制热系数,可用符号COPH表示。制热系数的一般定义为

 

COPH=用户获得的热能 / 热泵消耗的电能或燃料能     (1-70)

 

由式(1-70)可知,制热系数COPH为无因次量,表示用户消耗单位电能或燃料能所获得的有用热能。

 

与锅炉、电加热器等制热装置相比,热泵的突出特点是消耗少量电能或燃料能,即可获得大量的所需热能,这一特点可通过装置的能流图和制热系数得到明确的体现。

 

1)热泵的能流图和制热系数热泵的简化能流图。如图1-7所示(图中取热泵的制热系数为4,即输入1份电能或燃料能,可从环境或废热中吸取3份热能,总计供给用户4份热能)。

 

由图1-5、图1-7和式(1-70)可知,热泵的制热系数COPH

 

即热泵的制热系数永远大于1,用户获得的热能总是大于所消耗的电能或燃料能。

 

2)锅炉的能流图和制热系数以锅炉作为普通制热装置的代表,其能流图如图1-8所示(按制热系数的含义,锅炉的制热系数也即通常所说的热效率,图中取为0.8)。

 

 

由图1-8和式(1-70)可知,锅炉等普通制热装置的制热系数永远小于1,即用户获得的热能总是小于所消耗的电能或燃料能。 

 

三、热泵与制冷设备又明显不同

 

从图1-5还可看出,热泵在向高温需热处供热的同时,也在从低温热源吸热(制冷),因此,热泵兼有制冷制热的双重功能,但热泵与制冷设备又有明显的不同,主要体现在以下几方面。

 

1)目的不同:热泵的目的是供热,制冷设备的目的是供冷,不同的目的影响机组结构和流程的设计。

 

2)工作温度区间不同:热泵工作温度的下限一般是环境温度,上限则根据用户需求而定,可高于L00℃;制冷设备工作温度的上限一般是环境温度,下限则根据用户需要而定(如食品冷冻温度为—30℃),其示意如图1-6所示。 

 

 

3)对部件和工质的要求不同:由于热泵与制冷设备的工作温度不同,其工作压力、各部件材料与结构、对工质特性的要求也不同。

 

4)应用领域不同制冷设备用于低温储藏或加工的场合,热泵则用于需要供热的场合。

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