空氣能熱水器技術(shù)采用目前最進的新能源技術(shù)。產(chǎn)品利用空氣壓縮機驅(qū)動冷媒進行逆卡諾循環(huán),將大量低品位的熱源(空氣中的熱量)通過壓縮機和制冷劑,轉(zhuǎn)變?yōu)楦咂肺坏目衫脽崮埽瑢⑺訜嶂迫∩顭崴漭敵瞿芰渴禽斎腚娔?倍以上,被業(yè)界譽為第四代熱水器。
這種新型熱水器一般由空氣能熱水器機組、保溫水箱、水泵及相應(yīng)的管道閥門等部分組成。而空氣能熱水器機組一般由壓縮機、水側(cè)換熱器、空氣側(cè)換熱器、節(jié)流裝置、低壓儲液罐、水路調(diào)節(jié)閥等部分組成, 安裝不受建筑物或樓層限制,使用不受氣候條件限制,既可用作家庭的熱水供應(yīng)中心,也能為單位集體集中供熱水。由于使用環(huán)境各方面新型專利技術(shù),該產(chǎn)品不僅安全舒適,而且環(huán)保節(jié)能,實際使用費僅分別相當(dāng)于電熱水器的1/4,燃氣熱水器的1/3,將150升水箱中的水加熱到65℃,春秋季節(jié)需要消耗 2 度電,如果采用低谷電價只需要0.6元錢,這箱貯存的熱水足夠一家3-5口生活熱水之用;如果采用一個水龍頭放水洗澡,該熱水器可以源源不斷供應(yīng)熱水。
工作原理
根據(jù)逆卡諾循環(huán)基本原理:
低溫低壓制冷劑經(jīng)膨脹機構(gòu)節(jié)流降壓后,進入空氣交換機中蒸發(fā)吸熱,從空氣中吸收大量的熱量Q2;
蒸發(fā)吸熱后的制冷劑以氣態(tài)形式進入壓縮機,被壓縮后,變成高溫高壓的制冷劑(此時制冷劑中所蘊藏的熱量分為兩部分:一部分是從空氣中吸收的熱量Q2,一部分是輸入壓縮機中的電能在壓縮制冷劑時轉(zhuǎn)化成的熱量Q1;
被壓縮后的高溫高壓制冷劑進入熱交換器,將其所含熱量(Q1+Q2)釋放給進入熱換熱器中的冷水,冷水被加熱到60℃直接進入保溫水箱儲存起來供用戶使用;
放熱后的制冷劑以液態(tài)形式進入膨脹機構(gòu),節(jié)流降壓......如此不間斷進行循環(huán)。
冷水獲得的熱量Q3=制冷劑從空氣中吸收的熱量Q2+驅(qū)動壓縮機的電能轉(zhuǎn)化成的熱量Q1,在標(biāo)準工況下:Q2=3.6Q1,即消耗1份電能,得到4.6份的熱量。
制冷原理:逆卡諾循環(huán)
8世紀,瓦特發(fā)明了蒸汽機,人類找到了把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的具體方法。蒸汽機的問世使人類進入了工業(yè)社會,生產(chǎn)力得到快速發(fā)展。但當(dāng)時蒸汽機的效率非常低,一般只能達到5%左右。于是,改進蒸汽機,提高其熱效率,就成為許多科學(xué)家和工程師畢生追求的目標(biāo)。法國工程師卡諾就是其中杰出代表。他認為,要想改進熱機,只有從理論上找出依據(jù)。 卡諾從熱力學(xué)理論的高度著手研究熱機效率,設(shè)計了兩條等溫線,兩條絕熱線構(gòu)成的卡諾循環(huán):第一階段,溫度為T1的等溫膨脹過程,系統(tǒng)從高溫?zé)嵩碩1吸收熱量Q1;第二階段,絕熱膨脹過程,系統(tǒng)溫度從T1 降到T2;第三階段,溫度為T2的等溫壓縮過程,系統(tǒng)把熱量Q2釋放給低溫?zé)嵩碩2 ;第四階段,絕熱壓縮過程,系統(tǒng)溫度從T2升高到T1。他研究的結(jié)論,就是人們總結(jié)的卡諾定理,其核心內(nèi)容是:在相同高溫?zé)嵩碩1與相同低溫?zé)嵩碩2之間工作的一切可逆卡諾熱機(在實現(xiàn)熱的動力過程中,不存在任何不是由于體積變化而引起的溫度變化的熱機)。
而在相同高溫?zé)嵩磁c相同低溫?zé)嵩粗g工作的一切不可逆卡諾熱機的效率總小于可逆卡諾熱機的效率:
卡諾從理論上論證了熱機存在極限和可逆卡諾熱機的效率最大,這為改進蒸汽機做出了重大的理論突破,同時為熱力學(xué)的進一步發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。
而逆卡諾循環(huán),它由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成。假設(shè)低溫?zé)嵩矗幢焕鋮s物體)的溫度為T0,高溫?zé)嵩矗喘h(huán)境介質(zhì))的溫度為Tk, 則工質(zhì)的溫度在吸熱過程中為T0, 在放熱過程中為Tk, 就是說在吸熱和放熱過程中工質(zhì)與冷源及高溫?zé)嵩粗g沒有溫差,即傳熱是在等溫下進行的,壓縮和膨脹過程是在沒有任何損失情況下進行的。其循環(huán)過程為:首先工質(zhì)在T0下從冷源(即被冷卻物體)吸取熱量q0,并進行等溫膨脹4-1,然后通過絕熱壓縮1-2,使其溫度由T0升高至環(huán)境介質(zhì)的溫度Tk, 再在Tk下進行等溫壓縮2-3,并向環(huán)境介質(zhì)(即高溫?zé)嵩矗┓懦鰺崃縬k, 最后再進行絕熱膨脹3-4,使其溫度由Tk 降至T0即使工質(zhì)回到初始狀態(tài)4,從而完成一個循環(huán)。
逆卡諾循環(huán)奠定了制冷理論的基礎(chǔ),逆卡諾循環(huán)揭示了空調(diào)制冷系數(shù)(俗稱EER或COP)的極限。一切蒸發(fā)式制冷都不能突破逆卡諾循環(huán)。
在逆卡諾循環(huán)理論中間,要提高空調(diào)制冷系數(shù)就只有以下兩種方式:
1.提高壓機效率,從上面推導(dǎo)可以發(fā)現(xiàn)小型空調(diào)理論上只存在效率提高空間19%;大型螺桿水機效率提高空間9%。
2.膨脹功損失與內(nèi)部摩擦損失(所謂內(nèi)部不可逆循環(huán)):其中減少內(nèi)部摩擦損失幾乎沒有空間與意義。在液壓馬達沒有問世之前,解決膨脹功損失的唯一方法是采用比容大的制冷劑,達到減少輸送質(zhì)量的目的。如R410A等復(fù)合冷劑由于比容較R22大,使膨脹功損失有所減少,相對提高了制冷系數(shù)。但是就目前情況看通過采用比容大的制冷劑,制冷系數(shù)提高空間不會超過6%。(極限空間12%)
空氣能是一種廣泛存在、平等給予和可自由利用的低品位能源,利用熱泵循環(huán)提高其能源品位后用于加熱生活熱水,由于使用一份電能可吸收3份空氣能,從而供應(yīng)4份熱能加熱熱水系統(tǒng), 因而是一項極具開發(fā)和應(yīng)用潛力的節(jié)能、環(huán)保新技術(shù),極具實用價值。此外,空氣能熱泵熱水器從根本上消除了電熱水器漏電、干燒以及燃氣熱水器工作時產(chǎn)生有害氣體等安全隱患,克服了太陽能熱水器陰雨天不能工作等缺點,具有高效節(jié)能、安全環(huán)保、全天候運行、使用方便等諸多優(yōu)點。
當(dāng)然除此之外,物理化學(xué)在我們生活中的應(yīng)用也是非常廣泛的,例如界面化學(xué)和膠體化學(xué)與納米科學(xué)聯(lián)系、熱力學(xué)第一定律在合成氨過程中的應(yīng)用、膠體表面化學(xué)在洗衣粉、化妝品中的應(yīng)用等。