相變儲熱熱泵機組 有效提高系統熱效率

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

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

    物質在相變，也就是在狀態變化過程中，溫度是不變或者變化很小的，但是在這個過程中吸收或者放出的熱量卻很大，例如，1公斤0℃的冰轉化為一公斤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）才能使它完成狀態變化（相變）。

    物質相變能夠攜帶大量的熱能這一特點，在人們的社會實踐中得到了廣泛的應用，例如在熱泵系統中，早期的制冷（熱泵）裝置，用空氣做制冷工質，整個過程沒有相變，沒有蒸發和冷凝過程，也是可以制冷的，但是機組龐大，效率也很低，正是利用了氟利昂的汽-液狀態變化，使得熱量可以通過相變過程來攜帶，不斷從蒸發器（汽化吸熱）轉移到冷凝器（凝結放熱）中：液態的氟利昂，到達蒸發器后迅速沸騰，吸收大量熱量汽化，相變為氣態，然后由壓縮機壓縮到冷凝器中放熱冷凝，再次相變為液態。這樣才使得今天的空調和熱泵裝置，可以造的比較緊湊和高效。

    同樣，我們可以利用物體的狀態變化來儲存熱量，汽-固相變的儲熱量雖然很大，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－液的相變過程來儲熱，可以達到減少體積和提高效率的目的。

    相變儲熱型熱泵熱水器，就是利用有機物質固-液間的狀態變化來儲存熱量的，整個系統沒有保溫水箱和循環加熱水泵，預熱時儲熱材料由固態相變為液態，熱量儲存在相變材料的狀態變化中，所以，系統沒有必要采用水升溫的方式來儲存熱量。

    采用相變原理儲熱的明顯好處是體積的大幅度縮小：為了儲存4000Kcal（大卡）的熱量，需要把100公斤水從15度升溫到55度，而儲存同樣多的熱量，相變材料40公斤即可。

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

圖左---水的儲熱
    
    
    
       圖右---相變材料的儲熱

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

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

    儲存熱量和儲蓄貨幣完全不同：儲存熱量非但沒有利息，而且還會不斷的縮減，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，由于必需進入冷水才可以頂出熱水，使得保溫水箱內部的冷熱水不可避免的發生混合，造成水溫下降，假如我們確定40度以下的水已經不適合作為熱水使用，那么保溫水箱里一定會剩余相當大的一部分熱量，這部分熱量會形成很大的浪費。

    一個形象的、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，烏鴉發現了瓶子里的水，但是它只能喝到高度40以上的水，那么假定兩個杯子的水是一樣多的，它從左邊能夠喝到的水，就會遠遠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，提溫快捷，工作穩定，安裝簡便，可實現半即開即熱的使用要求，不占用地面等一系列優點。

    我們實驗制造的2匹/40公斤相變材料的熱泵熱水器，儲熱能力和工作能力相當于常規2匹配120升（理論上相當于180升）水箱的熱泵熱水器，整體式構造，幾乎不占用地面，而且使用效率更高，已經經過了近三年的臺架實驗和一個冬季的實際應用，完全證明了機組的先進性，是國內（或國際）s*創的產品。和常規熱泵熱水器相比，歸納有如下的優點：

    1、相變儲熱，整體式設計，無需保溫水箱，只需接上水電，安裝極為簡便；

    2、熱利用效率高，升溫快捷，剩余熱量少；

    3、無需占用室內面積，可以掛墻或擱置于陽臺；

    4、承受水壓能力可達35個大氣壓，遠超過自來水z*高壓力；

    5、工作穩定，不存在水漏入熱泵系統的可能；

    6、使用方式靈活，如果和保溫水箱連接使用，持續供熱能力更強；

    7、機組供熱快速，可實現半即開即熱使用，等待時間短；

    8、無須壓縮機高溫工作，系統更可靠。

    相變儲熱技術引入熱泵熱水系統，必然導致緊湊和高效。

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