热泵的工作原理。方案、说明

热泵的工作原理。无线电电子电气工程百科全书

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热泵的工作原理源自卡诺的著作和卡诺循环的描述，该描述发表在他 1824 年的论文中。威廉·汤姆森（开尔文勋爵）于 1852 年提出了一种实用的热泵系统。用于加热目的。即使在那时，汤姆森在证明他的提议的合理性时指出，有限的能源资源不允许在熔炉中连续燃烧燃料进行加热，而且他的热量倍增器将比传统熔炉消耗更少的燃料。汤姆森提出的热泵（HP）使用空气作为工作流体。周围空气被吸入气缸，冷却时膨胀，然后通过热交换器，在热交换器中被外部空气加热。压缩至大气压后，来自气缸的空气进入加热室，被加热至高于环境温度。事实上，瑞士也采用了类似的机器。汤姆森表示，他的 HP 能够仅使用用于加热的 3% 的能量来产生所需的热量。

直到 20 世纪 30 年代和 20 年代，热泵装置才得到进一步发展，当时在英国创建了第一个利用周围空气热量供暖和供应热水的装置。此后，工作在美国开始，并建立了几个示范工厂。

欧洲第一座大型热泵厂于1938-1939年在苏黎世投入运行。它使用河水的热量、旋转式压缩机和制冷剂。为市政厅提供60度的水供暖°C 功率为 175 kW。有一个带有电加热器的蓄热系统来满足高峰负荷。在夏季，该装置用于制冷。 1939 年至 1945 年间，又建造了 9 个类似装置，以减少该国的煤炭消耗。其中一些已经成功运营了30多年。

因此，1824年，卡诺首先用热力循环来描述这个过程，而这个循环仍然是与之比较和评估HP效率的根本依据。热泵可以被认为是逆向热机。热机从高温源接收热量（图1.1.1）并将其以低温释放，从而提供有用的功。热泵需要做功在低温下产生热量并在高温下输送热量。

热泵的运行原理
图 1.1.1。热泵和热机的热力学图： 1 - 热泵； 2 - 热机。

可以证明，如果这两种机器都是可逆的（即热力学过程不包含热量或功损失），那么它们中的每一个的效率都存在有限限制，在这两种情况下，这就是比率 Q-/ W. 如果不是这样，那么只需将一台机器连接到另一台机器就可以建造一台永动机。仅在热机的情况下，该比率以 W/Qn 的形式表示，称为热效率，而对于热泵，该比率仍以 Qn/W 的形式表示，称为热转换系数 (Kt)。

如果我们假设在温度 TL 等温提供热量，在温度 TH 等温排热，并且压缩和膨胀在恒定熵下进行（图 1.1.2），功由外部发动机提供，则卡诺转换系数循环将如下所示：

Kt \u1d TL / ( TN - TL ) + XNUMX \uXNUMXd TN / ( TN - TL )

热泵的运行原理
Ris.1.1.2

因此，任何热泵都不可能具有更好的性能，所有实际循环都只能实现尽可能接近这一极限的愿望。

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作者对两组科学家感兴趣：那些得分略高于及格的科学家，因此获得了资助，以及那些略低于门槛的科学家。这种方法可以假设两组参与者的科学水平大致相同。

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