卡諾定律的熱效率公式對于制冷(熱泵)行業(yè),,同樣有著極為重要的指導(dǎo)意義,因為制冷(熱泵)循環(huán),,是卡諾循環(huán)的“逆向”循環(huán),,循環(huán)過程為a-d-c-b-a;而制冷(熱泵)的效率是正向( 動力)循環(huán)的倒數(shù):
?。ㄖ评溲h(huán)效率)η1=t2/t1-t2
?。岜醚h(huán))ηr=t1/t1-t2=η1+1(熱泵效率,等于制冷效率加1)
分析這個制熱效率公式,,同樣可以得到這樣的結(jié)論:熱泵制熱的理論效率與工質(zhì)無關(guān),,僅與裝置的高低溫?zé)嵩吹臏囟认嚓P(guān),提高高溫?zé)嵩吹臏囟萾1,,將會降低循環(huán)的效率,,而提高低溫?zé)嵩吹?溫度T2,將會減少高低溫?zé)嵩吹臏夭睿偈篃嵝侍岣摺?/div>
空氣能熱水器工作原理示意圖 在實際的熱泵裝置運行中,,其高溫端溫度t1,,往往是變化不大的,而t2卻會因為環(huán)境等因素出現(xiàn)較大的變化,,這時候高低端的溫差△t(△t=t1-t2)決定了系統(tǒng)的效率:環(huán)境溫度的提高,,將 有利于循環(huán)效率的提高,有利于溫差減少的措施,。例如加強換熱,,減少換熱溫差,就會提高效率,。同時,,這個公式還告訴我們,熱泵制熱的效率,,是恒大于100%的,,也就是說,理論上只要是 熱泵,,效率就高于100%,。
這里所說的制熱效率高于100%,并沒有破壞能量守恒定律,,從它的能量平衡上來看,,是將輸入功部分轉(zhuǎn)換的熱量,與蒸發(fā)器從環(huán)境吸收的另外一部分熱量,,獲得數(shù)份熱量的效果,。
對逆向卡諾循環(huán)的分析反映出提高熱泵效率的根本方法,即降低高溫度端的溫度,,和提高低溫端的溫度(降低循環(huán)溫差),。與此相反的方法必然導(dǎo)致熱效率的下降。
這也是在熱泵熱水器裝置中努力提高蒸發(fā)器溫度的理論本質(zhì):根本這個定律,,熱泵要想提高循環(huán)熱泵,,就必須努力降低兩個工作端的溫差,這一點和熱動力機恰好相反,,熱動力機如蒸汽輪機 等,,要想提高效率就必須提高冷熱兩端的溫差,要努力使熱端更熱,,冷端更冷,,這樣才能提高效率;但是熱泵要提高能效比(COP),,就要盡量降低高溫端的溫度,,同時努力提高低溫端的溫度 ,。加強換熱,減少循環(huán)過程的實際溫差,,是所有熱泵提高效率的總原則,。
在后面關(guān)于換熱器的文章中,我們反復(fù)會提高換熱器對熱泵熱水器實際效率的重要性,,原因是在循環(huán)的冷熱溫差基本確定之后(如環(huán)境溫度已經(jīng)無法提高,,制熱溫度也是必須條件時),兩個 換熱器本身所需的“換熱溫差”實際上就成功為了確定熱泵效率的主要因素:蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱溫差較大,,系統(tǒng)效率就降低,,反之,傳熱溫差越小,,傳熱效果越好,,系統(tǒng)效率就越高。
在熱泵熱水器設(shè)計中,,為了使設(shè)備的造價和體積合理,,并不會以無限加大換熱器的方式來獲得極小的傳熱溫差,一般是取水換熱器溫差為5℃,,空氣換熱器溫差為10℃,。應(yīng)該過程中,溫差會逐 漸由于換熱器表面的污垢而增大,。
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