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关于热泵和热泵热水器-迪飞辛的阐述
（2006-9-27 hzdfx）
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一、热泵
日常生活中泵的应用很多，根据用途不同有水泵、气泵、油泵等。水泵主要是提高水位或增加水压；气泵主要是增加气压；油泵主要用于供油系统和油压设备。打气筒就是一种简单的往复式气泵。这些泵都对接触物质直接做功；是一种转换能量的设备。
“热”不是物质，而是能量；广泛的存在于自然界中的各类物质体中，这些物质，我们看成是热的载体。热的传播方式主要有对流、传导和辐射。“热”必须由载体携带不同载体传播方式不同。
热泵顾名思义就是泵热的装置。按照新的制冷辞典的定义，热泵是以冷凝器放出热量来供热的制冷系统。热泵按工作原理可以分为蒸汽压缩式、气体压缩式、蒸汽喷射式、吸收式，电热式、半导体式和电化学式等多种。而目前应用量普遍的应当是蒸汽压缩式热泵。它的工作主要是由热泵工质同压缩机、热交换器、节流装置等部件组成的系统中进行循环，通过工质状态和相变，将低品位热能转化为高品位热能。低端吸热制冷，高端放热制热，周而复始的循环得到的是制冷又制热的双重效应，目前较多的应用在冷暖空调。
二、热泵制热工作原理
热泵系统中蒸发器吸收热后，其工质蒸发生成的高温低压过热气体在压缩机中经绝热压缩变为高温高压的气体，经冷凝器定压冷凝为低温高压液体（放出汽化热而制热）。液态工质经降压绝热节流为低温低压液体，再进入蒸发器定压吸收热源的热量，并蒸发成过热蒸汽重复下一个循环。整个过程是把不能被直接利用的低品位热能变为能够直接利用的高品位热能。而热泵就可以把低温热能提升为高温的热能，才能达到加热水的目的。
日常生活中烧开水就是个很好的例证，用20-30度的热量多么长时间也不能直接把水烧开，而只有用高于100度的热量才能把水烧开。
利用少量高品位的电能为驱动能源，从低温热源高效的吸收低品位的热能并传输给高温热源，达到了“泵热”的目的。所以热泵技术也是一种能提高品位的技术，它不是能量转换的过程，不受能量转换效率极限100%的制约，而是受逆卡诺循环效率的制约，其效率用COP值来表示或称作性能系数。
例如当工作温度25度，温升为20度时，理论性能系数就可以达到COP理=15
但是实际当中，电动机效率为0.95，压缩机效率为0.8，换热器效率为0.9，系统效率为0.8，则总效率为它们的乘积，应当是：
0.95X0.8X0.9X0.8=0.55 所以COP实=15X0.55=8.25
这就是说，在环境25度，温升20度时投入1KW的电能来搬运热量，可以搬运8.25KWR的热量。
COP值和实际计算
COP值是衡量热泵系统制热效果的标准之一，在制冷系统中也可以叫性能系数，表示制冷效果的用能效比（EER）。严格讲：
能效比（EER）：是在额定情况和规定条件下，空调器进行制冷运行时，制冷量与有效输入功率之比。
性能系数（COP）：是在额定情况（高温）和规定的条件下，空调器进行热泵制热运行时，制热量与有效输入功率之比。
热量是能量的一种形式，它是表示物体吸热或放热多少的物理量。在工程单位制中，热量的单位通常用卡（cal）或千卡（Kcal）来表示，1 Kcal就是使1kg纯水升高或降低1℃所吸收或放出的热量。1Kcal也叫做1大卡，在锅炉上常用如4万大卡的锅炉就是一小时可以产1吨温升为40℃的热水的锅炉。大卡和电功率之间的换算：因为1KWH=860大卡 所以KWH数=大卡数÷860 比热容是指单位质量的物体温度升高或降低1℃所吸收或放出的热量。通常用符号C表示，单位是KJ/kg•K ，水的比热为4.19KJ/kg•K.
三、基础知识
1. 物质三态：物质有固态、液态、气态三种形态存在。
2. 热传递的基本方式
有三种即传导对流和辐射。这三种传热方式往往同时发生，而且它们之间相互影响。传导是由于物体内部分子和原子的热运动，使热量从高温部分转移到低温部分，其特点是传递过程中物体各部分之间不发生宏观位移，传导介质可以是固态、液态和气态。
对流是由于流体不同部分之间的相对位移，把热量从一处传到另一处的，热量传递是依靠流体的流动进行的，所以只有液体和气体才能产生对流。但流体和所接触的固体壁面（如管壁）之间会产生热量交换，称为对流换热。
辐射是不同于传导和对流的热量传递方式；热辐射是通过电磁波来进行能量传递的。
由上可知，传导和对流仅在固体、液体和气体等物质内进行，若物体内部不存在温差传导和对流就不能进行。而辐射在空间以电磁波的方式传播，也可以在真空中传播（太阳能通过宇宙空间传到地球主要是辐射，实际上真空管就是靠热辐射得到热量的，它的镀膜层为选择性吸收膜，有效的吸收热光谱段的电磁波。）
只要物体温度大于绝对0℃，内部分子没有停止运动，就会发出和吸收辐射能。
3. 热力学第一，第二定律
热力学第一定律是自然界的一个普通规律，即在任何发生能量转换的热力过程中，转换前后能量的总量维持恒定（不论在任何场合下如将一定量的热能转换成机械功时，必产生数量一定的机械功，反之，如将一定的机械功转换成热能时，将产生数量完全一定的热能）。热量能自发地从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体，这就是热学第二定律。
4. 温标
温度是衡量物体冷热程度的，温度的分度方法称为温标，常用温标，有摄氏温标用℃表示；华氏温标用℉表示。在热力学的研究中多采用绝对温度，又称开氏温度，用“K”表示。
① 摄氏温标：把标准大气压下的冰点作为0度，沸点作为100度，在0～100度之间均分为100格，每格作为1度。
② 华氏温标：把标准大气压下的冰点作为32度，而沸点定为212度，32～212度中间均分为180格，每格为1度。
③ 绝对温标：在摄氏温度的基础上，把标准大气压下的冰点定为273.16度，水的沸点定为373.16度，理论上把物质分子全部停止运动的点作为绝对零度。
5. 压力
我们只需记取法制单位和米制单位之间的换算关系就可以了。这里说的压力实际上是指压强，即单位面积上所受到的垂直作用力，用符号P表示；法制计量单位为pa，1pa（帕）为1m2上作用1N力时的压力，即1pa=1N/m2 ；常用单位有Bar（巴）；米制单位为kgf/cm2，1Bar=105pa=1.0197 kgf/cm2=0.987标准大气压，所以我们一般都把1Bar近似的看作1 kgf/cm2。
6. 逆卡诺循环
制冷机的理想循环又称逆卡诺循环，由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器四个基本部分组成，它们之间用管道和附件依次连接形成密闭系统。
在假设的条件下，逆卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成：
① 等温吸热过程：工质吸收热量。
② 绝热等熵过程：压缩机做功，工质温度升高，压力升高。
③ 等温放热过程：工质放出热量。
④ 绝热等熵膨胀过程：工质对外界做膨胀功，工质温度下降，压力降低。
7. 逆卡诺循环的意义
① 逆卡诺循环工作效率和经济性，取决于冷源温度和热源温度，与其他因素无关。
② 逆卡诺循环的COP值是同一工作温度下，系统所能达到的最高值。
③ 冷源和热源的温度的变化决定逆卡诺循环的COP值的变化，而冷源的温度变化比热源温度的变化对COP值的变化影响更大。
所以随蒸发温度的降低和冷凝温度的提高，系统的循环效率和经济性将随之降低。
8. 实际循环
逆卡诺循环是理想循环，都是在假定的理想条件下工作，不存在任何损失，但实际循环（第2节已讲到）存在着多方面的损失。
四、热泵热水器
热泵热水器（热水系统）就是利用以上原理制出的产热水的设备。它具有占地少、易安装、全天候、全自动和无与伦比的节能效果，水电分离极安全的结构特点，无任何排放的环保健康性，是目前其他任何热水器无法替代的。充分的展示了广阔的市场前景，更加符合目前节能为先的国策，引起了业界人士的高度重视。
工程机就不同了，工程机按设计要求每天开机不能低于10小时，冬季达到16-18小时，机组性能不好就完不成配置规定的产水量。更可惜的是大多数厂家不懂热水系统，照搬系统原理图，不管多少台机，产水量有多大都是大循环方式加热。这样第一次产水时机组十几个小时停不下来，尤其是冬季就严重结霜，为了掩盖这一矛盾，有的厂家在系统中水箱里加上电热管，所以2004年冬季，江浙一带不少工程吨水用电达到63度以上。有的厂家把这样的不成功的工程案例写成文章发表在报纸杂志上，我曾看到某地30吨水的工程，用大循环，主机设定，水温定在55度停机50度启动再加热。第一次制水不明显，而长期工作下来系统能效非常差，装一个水表、电表测量一下，细细算一下COP 值很低约2左右，到了冬季不过1点几，单机性能和系统工作性能不能等同。花了电加热几倍的投资得到的是只比电加热好一点的节能效果，投入产出比实在太低。
日常生活中泵的应用很多，根据用途不同有水泵、气泵、油泵等。水泵主要是提高水位或增加水压；气泵主要是增加气压；油泵主要用于供油系统和油压设备。打气筒就是一种简单的往复式气泵。这些泵都对接触物质直接做功；是一种转换能量的设备。
“热”不是物质，而是能量；广泛的存在于自然界中的各类物质体中，这些物质，我们看成是热的载体。热的传播方式主要有对流、传导和辐射。“热”必须由载体携带不同载体传播方式不同。
热泵顾名思义就是泵热的装置。按照新的制冷辞典的定义，热泵是以冷凝器放出热量来供热的制冷系统。热泵按工作原理可以分为蒸汽压缩式、气体压缩式、蒸汽喷射式、吸收式，电热式、半导体式和电化学式等多种。而目前应用量普遍的应当是蒸汽压缩式热泵。它的工作主要是由热泵工质同压缩机、热交换器、节流装置等部件组成的系统中进行循环，通过工质状态和相变，将低品位热能转化为高品位热能。低端吸热制冷，高端放热制热，周而复始的循环得到的是制冷又制热的双重效应，目前较多的应用在冷暖空调。
二、热泵制热工作原理
热泵系统中蒸发器吸收热后，其工质蒸发生成的高温低压过热气体在压缩机中经绝热压缩变为高温高压的气体，经冷凝器定压冷凝为低温高压液体（放出汽化热而制热）。液态工质经降压绝热节流为低温低压液体，再进入蒸发器定压吸收热源的热量，并蒸发成过热蒸汽重复下一个循环。整个过程是把不能被直接利用的低品位热能变为能够直接利用的高品位热能。而热泵就可以把低温热能提升为高温的热能，才能达到加热水的目的。
日常生活中烧开水就是个很好的例证，用20-30度的热量多么长时间也不能直接把水烧开，而只有用高于100度的热量才能把水烧开。
利用少量高品位的电能为驱动能源，从低温热源高效的吸收低品位的热能并传输给高温热源，达到了“泵热”的目的。所以热泵技术也是一种能提高品位的技术，它不是能量转换的过程，不受能量转换效率极限100%的制约，而是受逆卡诺循环效率的制约，其效率用COP值来表示或称作性能系数。
例如当工作温度25度，温升为20度时，理论性能系数就可以达到COP理=15
但是实际当中，电动机效率为0.95，压缩机效率为0.8，换热器效率为0.9，系统效率为0.8，则总效率为它们的乘积，应当是：
0.95X0.8X0.9X0.8=0.55 所以COP实=15X0.55=8.25
这就是说，在环境25度，温升20度时投入1KW的电能来搬运热量，可以搬运8.25KWR的热量。
COP值和实际计算
COP值是衡量热泵系统制热效果的标准之一，在制冷系统中也可以叫性能系数，表示制冷效果的用能效比（EER）。严格讲：
能效比（EER）：是在额定情况和规定条件下，空调器进行制冷运行时，制冷量与有效输入功率之比。
性能系数（COP）：是在额定情况（高温）和规定的条件下，空调器进行热泵制热运行时，制热量与有效输入功率之比。
热量是能量的一种形式，它是表示物体吸热或放热多少的物理量。在工程单位制中，热量的单位通常用卡（cal）或千卡（Kcal）来表示，1 Kcal就是使1kg纯水升高或降低1℃所吸收或放出的热量。1Kcal也叫做1大卡，在锅炉上常用如4万大卡的锅炉就是一小时可以产1吨温升为40℃的热水的锅炉。大卡和电功率之间的换算：因为1KWH=860大卡 所以KWH数=大卡数÷860 比热容是指单位质量的物体温度升高或降低1℃所吸收或放出的热量。通常用符号C表示，单位是KJ/kg•K ，水的比热为4.19KJ/kg•K.
三、基础知识
1. 物质三态：物质有固态、液态、气态三种形态存在。
2. 热传递的基本方式
有三种即传导对流和辐射。这三种传热方式往往同时发生，而且它们之间相互影响。传导是由于物体内部分子和原子的热运动，使热量从高温部分转移到低温部分，其特点是传递过程中物体各部分之间不发生宏观位移，传导介质可以是固态、液态和气态。
对流是由于流体不同部分之间的相对位移，把热量从一处传到另一处的，热量传递是依靠流体的流动进行的，所以只有液体和气体才能产生对流。但流体和所接触的固体壁面（如管壁）之间会产生热量交换，称为对流换热。
辐射是不同于传导和对流的热量传递方式；热辐射是通过电磁波来进行能量传递的。
由上可知，传导和对流仅在固体、液体和气体等物质内进行，若物体内部不存在温差传导和对流就不能进行。而辐射在空间以电磁波的方式传播，也可以在真空中传播（太阳能通过宇宙空间传到地球主要是辐射，实际上真空管就是靠热辐射得到热量的，它的镀膜层为选择性吸收膜，有效的吸收热光谱段的电磁波。）
只要物体温度大于绝对0℃，内部分子没有停止运动，就会发出和吸收辐射能。
3. 热力学第一，第二定律
热力学第一定律是自然界的一个普通规律，即在任何发生能量转换的热力过程中，转换前后能量的总量维持恒定（不论在任何场合下如将一定量的热能转换成机械功时，必产生数量一定的机械功，反之，如将一定的机械功转换成热能时，将产生数量完全一定的热能）。热量能自发地从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体，这就是热学第二定律。
4. 温标
温度是衡量物体冷热程度的，温度的分度方法称为温标，常用温标，有摄氏温标用℃表示；华氏温标用℉表示。在热力学的研究中多采用绝对温度，又称开氏温度，用“K”表示。
① 摄氏温标：把标准大气压下的冰点作为0度，沸点作为100度，在0～100度之间均分为100格，每格作为1度。
② 华氏温标：把标准大气压下的冰点作为32度，而沸点定为212度，32～212度中间均分为180格，每格为1度。
③ 绝对温标：在摄氏温度的基础上，把标准大气压下的冰点定为273.16度，水的沸点定为373.16度，理论上把物质分子全部停止运动的点作为绝对零度。
5. 压力
我们只需记取法制单位和米制单位之间的换算关系就可以了。这里说的压力实际上是指压强，即单位面积上所受到的垂直作用力，用符号P表示；法制计量单位为pa，1pa（帕）为1m2上作用1N力时的压力，即1pa=1N/m2 ；常用单位有Bar（巴）；米制单位为kgf/cm2，1Bar=105pa=1.0197 kgf/cm2=0.987标准大气压，所以我们一般都把1Bar近似的看作1 kgf/cm2。
6. 逆卡诺循环
制冷机的理想循环又称逆卡诺循环，由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器四个基本部分组成，它们之间用管道和附件依次连接形成密闭系统。
在假设的条件下，逆卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成：
① 等温吸热过程：工质吸收热量。
② 绝热等熵过程：压缩机做功，工质温度升高，压力升高。
③ 等温放热过程：工质放出热量。
④ 绝热等熵膨胀过程：工质对外界做膨胀功，工质温度下降，压力降低。
7. 逆卡诺循环的意义
① 逆卡诺循环工作效率和经济性，取决于冷源温度和热源温度，与其他因素无关。
② 逆卡诺循环的COP值是同一工作温度下，系统所能达到的最高值。
③ 冷源和热源的温度的变化决定逆卡诺循环的COP值的变化，而冷源的温度变化比热源温度的变化对COP值的变化影响更大。
所以随蒸发温度的降低和冷凝温度的提高，系统的循环效率和经济性将随之降低。
8. 实际循环
逆卡诺循环是理想循环，都是在假定的理想条件下工作，不存在任何损失，但实际循环（第2节已讲到）存在着多方面的损失。
四、热泵热水器
热泵热水器（热水系统）就是利用以上原理制出的产热水的设备。它具有占地少、易安装、全天候、全自动和无与伦比的节能效果，水电分离极安全的结构特点，无任何排放的环保健康性，是目前其他任何热水器无法替代的。充分的展示了广阔的市场前景，更加符合目前节能为先的国策，引起了业界人士的高度重视。
工程机就不同了，工程机按设计要求每天开机不能低于10小时，冬季达到16-18小时，机组性能不好就完不成配置规定的产水量。更可惜的是大多数厂家不懂热水系统，照搬系统原理图，不管多少台机，产水量有多大都是大循环方式加热。这样第一次产水时机组十几个小时停不下来，尤其是冬季就严重结霜，为了掩盖这一矛盾，有的厂家在系统中水箱里加上电热管，所以2004年冬季，江浙一带不少工程吨水用电达到63度以上。有的厂家把这样的不成功的工程案例写成文章发表在报纸杂志上，我曾看到某地30吨水的工程，用大循环，主机设定，水温定在55度停机50度启动再加热。第一次制水不明显，而长期工作下来系统能效非常差，装一个水表、电表测量一下，细细算一下COP 值很低约2左右，到了冬季不过1点几，单机性能和系统工作性能不能等同。花了电加热几倍的投资得到的是只比电加热好一点的节能效果，投入产出比实在太低。