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    熱泵

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    熱泵是一種利用制冷循環從外部傳遞熱能,從而為建筑物(或建筑物的一部分)供暖的裝置。 許多熱泵也可以反向運行,通過從封閉空間帶走熱量并將其排到室外來冷卻建筑物。 僅提供制冷的裝置稱為空調

    當處于加熱模式時,外部溫度制冷劑被壓縮。 結果,制冷劑變熱。 這種熱能可以轉移到室內機。 再次移到室外后,制冷劑被減壓——蒸發。 它失去了一些熱能,返回時比環境溫度低。 它現在可以在重復該過程之前從空氣或地面吸收周圍的能量。 壓縮機、風扇和泵用電能運行。

    常見的類型有空氣源熱泵、地源熱泵、水源熱泵和排風熱泵。 它們也用于區域供熱系統

    熱泵的效率表示為性能系數 (COP) 或季節性性能系數 (SCOP)。 數字越大,熱泵的效率越高,消耗的能量就越少。 當用于空間加熱時,熱泵通常比簡單的電阻加熱器更節能。

    由于它們的高效率和無化石能源在電網中的份額不斷增加,熱泵可以在減緩氣候變化方面發揮關鍵作用。 使用 1 千瓦時的電力,它們可以將 3 到 6 千瓦時的熱能傳輸到建筑物中。 熱泵的碳足跡取決于電力的產生方式,但它們通常會減少溫和氣候下的排放。 熱泵可以滿足全球 80% 以上的空間和水加熱需求,碳足跡低于燃氣冷凝鍋爐:但是,截至 2021 年,它們只能滿足 10%。

    工作原理

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    熱量會自發地從溫度較高的區域流向溫度較低的區域。 熱量不會自發地從較低溫度流向較高溫度,但如果進行功可以使其朝這個方向流動。 傳遞給定量的熱量所需的功通常遠小于傳遞熱量的量; 這就是在水加熱和建筑物內部等應用中使用熱泵的動機。

    將一定量的熱量 Q 從較低溫度的儲層(例如環境空氣)驅動到較高溫度的儲層(例如建筑物內部)所需的功量為: W = Q C O P {\displaystyle W={\frac {Q}{\mathrm {COP} }}} 其中

    • W {\displaystyle W} 是熱泵壓縮機對工作流體所做的功。
    • Q {\displaystyle Q} 是從低溫儲層傳遞到高溫儲層的熱量。
    • C O P {\displaystyle \mathrm {COP} } 是熱泵在某一瞬間水庫溫度下的瞬時性能系數。

    熱泵的性能系數大于單位,因此所需的功小于傳遞的熱量,使熱泵成為比電阻加熱更有效的加熱形式。 隨著較高溫度儲層的溫度響應于流入其中的熱量而升高,性能系數降低,導致傳遞的每個單位熱量所需的功量增加。

    通過考慮在逆卡諾循環中運行的理想熱泵,可以很容易地計算出熱泵的性能系數和所需的功:

    • 如果低溫水庫的溫度為 270 K(-3 °C),而建筑物內部的溫度為 280 K(7 °C),則相關性能系數為 27。這意味著只有 1 焦耳 需要做功才能將 27 焦耳的熱量從 270 K 的蓄熱器傳遞到另一個 280 K 的蓄熱器。1 焦耳的功最終會在建筑物內部轉化為熱能,因此從建筑物內部移除的每 27 焦耳熱量 低溫水庫,28 焦耳的熱量被添加到建筑物內部,使熱泵從效率的角度來看更具吸引力

    熱泵

    • 隨著建筑物內部溫度逐漸上升到 300 K(27 °C),性能系數逐漸下降到 9。這意味著每焦耳的功負責將 9 焦耳的熱量從低- 溫度水庫并進入建筑物。 同樣,1 焦耳的功最終會在建筑物內部轉化為熱能,因此建筑物內部會增加 10 焦耳的熱量。

    歷史

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    里程碑:

    • 1748 年:William Cullen 演示了人工制冷。
    • 1834 年:Jacob Perkins 用二甲醚制造了一臺實用的冰箱
    • 1852 年:開爾文勛爵

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    1. 熱泵
    2. 工作原理
    3. 歷史

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