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相變儲(chǔ)熱熱泵機(jī)組 有效提高系統(tǒng)熱效率


    【中國制冷網(wǎng)】在技術(shù)上,通常人們可以有兩種方法來儲(chǔ)備熱量:第一種,也是z*常見的一種方法,是顯熱儲(chǔ)熱方式,這種方式利用物體溫度上升來儲(chǔ)存熱量,比如水,每公斤水提高1℃,能夠儲(chǔ)存1Kcal(大卡)熱量。所謂顯熱,是指通過溫度計(jì),我們可以看到物體熱量的增加或減少。


    另外一種儲(chǔ)熱方法,稱為潛熱儲(chǔ)熱,是利用物質(zhì)“相”的變化,所謂“相”,也就是物質(zhì)“汽態(tài)”、“液態(tài)”“固態(tài)”的三種狀態(tài),相變,即物質(zhì)的狀態(tài)變化,所謂潛熱,是指我們不能通過溫度計(jì)準(zhǔn)確的看到熱量的增加或減少。


    物質(zhì)在相變,也就是在狀態(tài)變化過程中,溫度是不變或者變化很小的,但是在這個(gè)過程中吸收或者放出的熱量卻很大,例如,1公斤0℃的冰轉(zhuǎn)化為一公斤0℃的水,溫度雖然沒有變化,但是卻要吸收80Kcal(大卡)的熱量,而一公斤100度的水,要變化為一公斤100度的蒸汽,需要吸收的熱量則更多,要540Kcal(大卡)才能使它完成狀態(tài)變化(相變)。


    物質(zhì)相變能夠攜帶大量的熱能這一特點(diǎn),在人們的社會(huì)實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用,例如在熱泵系統(tǒng)中,早期的制冷(熱泵)裝置,用空氣做制冷工質(zhì),整個(gè)過程沒有相變,沒有蒸發(fā)和冷凝過程,也是可以制冷的,但是機(jī)組龐大,效率也很低,正是利用了氟利昂的汽-液狀態(tài)變化,使得熱量可以通過相變過程來攜帶,不斷從蒸發(fā)器(汽化吸熱)轉(zhuǎn)移到冷凝器(凝結(jié)放熱)中:液態(tài)的氟利昂,到達(dá)蒸發(fā)器后迅速沸騰,吸收大量熱量汽化,相變?yōu)闅鈶B(tài),然后由壓縮機(jī)壓縮到冷凝器中放熱冷凝,再次相變?yōu)橐簯B(tài)。這樣才使得今天的空調(diào)和熱泵裝置,可以造的比較緊湊和高效。


    同樣,我們可以利用物體的狀態(tài)變化來儲(chǔ)存熱量,汽-固相變的儲(chǔ)熱量雖然很大,但是其體積變化也大的驚人,我們沒有辦法制造如此巨大的容器來容納它們,可行的方法是利用固-液的相變過程來儲(chǔ)熱,可以達(dá)到減少體積和提高效率的目的。


    相變儲(chǔ)熱型熱泵熱水器,就是利用有機(jī)物質(zhì)固-液間的狀態(tài)變化來儲(chǔ)存熱量的,整個(gè)系統(tǒng)沒有保溫水箱和循環(huán)加熱水泵,預(yù)熱時(shí)儲(chǔ)熱材料由固態(tài)相變?yōu)橐簯B(tài),熱量儲(chǔ)存在相變材料的狀態(tài)變化中,所以,系統(tǒng)沒有必要采用水升溫的方式來儲(chǔ)存熱量。


    采用相變?cè)韮?chǔ)熱的明顯好處是體積的大幅度縮?。簽榱藘?chǔ)存4000Kcal(大卡)的熱量,需要把100公斤水從15度升溫到55度,而儲(chǔ)存同樣多的熱量,相變材料40公斤即可。


    相變材料的應(yīng)用的另外一個(gè)好處是,使用熱量效率的大幅度提高,這一點(diǎn)是由相變材料的特性決定的,我們用一個(gè)直觀的例子來予以說明:

左圖---水的儲(chǔ)熱

圖左---水的儲(chǔ)熱
    
    
    
       圖右---相變材料的儲(chǔ)熱


    在圖中,左邊是水升溫儲(chǔ)熱的溫度和熱量的關(guān)系,右邊是相變材料儲(chǔ)熱的溫度和熱量的關(guān)系:我們亦可以將其看成兩個(gè)圓形的杯子,將它的水量表示熱量,而水位則表示溫度。這兩個(gè)杯子則正確表達(dá)了兩種儲(chǔ)熱方式的不同。

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    在左圖中,水量的增加和水位的增加成正比關(guān)系,也就是多加一份熱量,就會(huì)增加相同的水位高度;而在右圖中,熱量的增加也會(huì)增加水位的高度,但是增加多少卻有極大的不同,在狀態(tài)無變化時(shí),溫度上升的較快,而在相變的溫度區(qū)間,加入的熱量大而水位的變化小。


    儲(chǔ)存熱量和儲(chǔ)蓄貨幣完全不同:儲(chǔ)存熱量非但沒有利息,而且還會(huì)不斷的縮減,保溫過程本身就是散熱過程,而且我們保留下來的那些熱量,還無法全部取出。


    在承壓型的保溫水箱中,加入的熱量并不全部都是可以使用的熱量,由于必需進(jìn)入冷水才可以頂出熱水,使得保溫水箱內(nèi)部的冷熱水不可避免的發(fā)生混合,造成水溫下降,假如我們確定40度以下的水已經(jīng)不適合作為熱水使用,那么保溫水箱里一定會(huì)剩余相當(dāng)大的一部分熱量,這部分熱量會(huì)形成很大的浪費(fèi)。


    一個(gè)形象的、我們熟悉的例子,恰好可以說明這種情況,那就是烏鴉喝水的故事,烏鴉發(fā)現(xiàn)了瓶子里的水,但是它只能喝到高度40以上的水,那么假定兩個(gè)杯子的水是一樣多的,它從左邊能夠喝到的水,就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于從右邊的杯子里喝到的。


    相變熱泵除了體積小,使用效率高之外,還具有承壓能力強(qiáng),提溫快捷,工作穩(wěn)定,安裝簡(jiǎn)便,可實(shí)現(xiàn)半即開即熱的使用要求,不占用地面等一系列優(yōu)點(diǎn)。


    我們實(shí)驗(yàn)制造的2匹/40公斤相變材料的熱泵熱水器,儲(chǔ)熱能力和工作能力相當(dāng)于常規(guī)2匹配120升(理論上相當(dāng)于180升)水箱的熱泵熱水器,整體式構(gòu)造,幾乎不占用地面,而且使用效率更高,已經(jīng)經(jīng)過了近三年的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)和一個(gè)冬季的實(shí)際應(yīng)用,完全證明了機(jī)組的先進(jìn)性,是國內(nèi)(或國際)s*創(chuàng)的產(chǎn)品。和常規(guī)熱泵熱水器相比,歸納有如下的優(yōu)點(diǎn):


    1、相變儲(chǔ)熱,整體式設(shè)計(jì),無需保溫水箱,只需接上水電,安裝極為簡(jiǎn)便;


    2、熱利用效率高,升溫快捷,剩余熱量少;


    3、無需占用室內(nèi)面積,可以掛墻或擱置于陽臺(tái);


    4、承受水壓能力可達(dá)35個(gè)大氣壓,遠(yuǎn)超過自來水z*高壓力;


    5、工作穩(wěn)定,不存在水漏入熱泵系統(tǒng)的可能;


    6、使用方式靈活,如果和保溫水箱連接使用,持續(xù)供熱能力更強(qiáng);


    7、機(jī)組供熱快速,可實(shí)現(xiàn)半即開即熱使用,等待時(shí)間短;


    8、無須壓縮機(jī)高溫工作,系統(tǒng)更可靠。


    相變儲(chǔ)熱技術(shù)引入熱泵熱水系統(tǒng),必然導(dǎo)致緊湊和高效。

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