熱泵用于生活熱水的制備

［摘要］　利用熱泵將空氣或空調(diào)水中的熱能轉(zhuǎn)化為生活熱水所需的熱能的技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已得到很好的應(yīng)用，本文就熱泵的構(gòu)造、工作原理加以介紹，并給出在工程中的應(yīng)用實例。
　　［關(guān)鍵詞］　熱泵　熱交換　生活熱水　空調(diào)機(jī)
　　
　　1　前言
　　為保護(hù)自然環(huán)境，提高人民生活水平，開發(fā)和利用綠色能源(無污染的天然能源，如太陽能、地?zé)岬?應(yīng)是建筑熱水學(xué)科積極推廣的新技術(shù)。本文所討論的就是通過熱泵利用空氣或空調(diào)水中的熱能作為生活熱水熱源的技術(shù)。
　　2　熱泵的工作原理
　　熱泵工作是利用“空調(diào)”的原理，將空氣或水中的熱能轉(zhuǎn)移出去，但與空調(diào)機(jī)不同的是不是將熱量排放到室外而是轉(zhuǎn)移至水中，達(dá)到加熱水的目的，同時制造冷氣(或冷水)，除去空氣中多余的水份。熱泵運(yùn)行過程中提供的熱量比其從空氣或水中獲得的熱量要大，這是由于熱泵的空壓機(jī)也將電能轉(zhuǎn)換為熱能輸出，無燃油或燃?xì)饧訜嵩O(shè)備的污染問題。熱泵的開發(fā)應(yīng)用在美國已有二十幾年的歷史，在超過5萬個系統(tǒng)上應(yīng)用。在香港的應(yīng)用也有十多年的歷史，在多個系統(tǒng)中使用。{TodayHot}在深圳近幾年也得到應(yīng)用。根據(jù)獲取能量來源的不同，熱泵可分為水－水系列、氣－水系列等類型。圖1是以空氣為能量來源的熱泵的結(jié)構(gòu)及工作過程。圖中冷媒氣化后經(jīng)壓縮機(jī)加壓后經(jīng)三通閥門輸送至池水熱交換器(此種類型的熱泵一般用于游泳池池水的加熱及空氣的除濕)，高溫氣態(tài)冷媒經(jīng)池水冷卻而液化后再流至收集器。液態(tài)冷媒經(jīng)膨脹閥在低壓的蒸發(fā)盤管內(nèi)蒸發(fā)，冷媒蒸發(fā)時吸收大量熱能而將外間流經(jīng)之空氣冷卻，冷媒氣化后又再被壓縮機(jī)加壓后流經(jīng)三通閥門輸送至池水熱交換器。如此動作循環(huán)不斷制冷或制熱。圖2為以空調(diào)冷凍水為能量來源的熱泵的結(jié)構(gòu)及工作過程?？照{(diào)冷凍水進(jìn)入蒸發(fā)熱交換器，液態(tài)冷媒在低壓的蒸發(fā)盤管內(nèi)蒸發(fā)，吸收冷凍水熱能而將冷凍水溫降低。氣化后的冷媒經(jīng)壓縮機(jī)加壓后回到冷凝熱交換器，在冷凝盤管內(nèi)液化將熱量放出，加熱生活用水。
　　3　工程應(yīng)用實例
　　圖3為水－水系列熱泵工作的系統(tǒng)圖。表1為水－水系列熱泵的參數(shù)。圖4為水－水系列熱泵的外觀。在蒸發(fā)熱交換器一側(cè)，冷凍水回水經(jīng)循環(huán)水泵后進(jìn)入熱泵，每一次循環(huán)可使水溫降低4℃。在蒸發(fā)熱交換器側(cè)，熱水也是經(jīng)循環(huán)水泵后進(jìn)入熱泵，每一次循環(huán)可使水溫提高5℃。當(dāng)熱水水箱水溫達(dá)到65℃時，壓縮機(jī)停止工作。為提高熱泵的效率，將第一個熱水水箱作為預(yù)熱水箱，熱泵只提供基本的熱負(fù)荷。第二個帶有加熱元件的熱水水箱作為水的最后加熱手段。第二個熱水水箱的容積應(yīng)按整個建筑所需的熱量計算，以備熱泵或空調(diào)系統(tǒng)檢修。圖5為香港黃金海岸酒店(Gold Coast Hotel)熱水系統(tǒng)圖。此酒店為五星級酒店，{HotTag}原設(shè)計采有燃油熱水鍋爐，后根據(jù)香港環(huán)保部門及電力部門的要求采用熱泵及容積式電加熱器聯(lián)合供熱。本酒店生活熱水共選用熱泵四臺，其中每二中串聯(lián)安裝，并利用原來的熱交換器(3個供客房、2個供廚房)作為第二級的熱水儲罐。按酒店總的需熱量共選用5臺容積式電熱水器。由于受地下設(shè)備間空間的限制，4臺熱泵總的制熱量不能滿足總的需求量，供水高峰期間需要有2～3臺的電熱水器投入運(yùn)行。酒店已著手進(jìn)行二期工作的改造，再安裝四臺氣—水系列的熱泵，用于游泳池池水的加熱及空氣的除濕，并補(bǔ)充生活熱水熱泵的不足部分。
　　4　結(jié)論
　　熱泵作為一種無污染的新型環(huán)保設(shè)備，在發(fā)達(dá)國家及地區(qū)已得到普遍的應(yīng)用，我國已加入WTO并成功申辦2008年奧運(yùn)會，綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)作為我們的基本方針已得到國際奧委會的認(rèn)可。在未來7年的建設(shè)中，熱泵在熱水系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)上將會得到普遍的應(yīng)用。