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熱泵(Heat Pump),又稱冷機(Refrigerator),將能量由低處(低溫熱庫)傳送到高溫處(高溫熱庫)的裝置。且它提供给温度高的地方的能量和要大于它运行所需要的能量。

效率 编辑

法国工程师于1824年提出的Carnot efficiency可以运用在热泵上。 利用能量守恒定律,我们知道流入热泵的能量($ Q_{cold} + W $)等于流出热泵的能量($ Q_{hot} $)。

热泵的效率(抽取的熱/輸入的功)為效能系數(coefficient of performance),縮寫為C.O.P.

$ COP = \frac{Q_{h}}{W}=\frac{Q_{h}}{Q_{h} - Q_{c}}=\frac{1}{1- \frac{Q_{c}}{Q_{h}}} $

因为Carnot同时还证明了:

$ \frac{Q_{hot}}{Q_{cold}} = \frac{T_{hot}}{T_{cold}} $

所以我们可以得到:

$ COP_{heating} = \frac{1}{1- \frac{T_{c}}{T_{h}}} = \frac{T_{h}}{T_{h} - T_{c}} $[1]

这个公式是以热泵用于供暖为前提的,所以当环境温度比较温和的时候,热泵的效率比较高。

当热泵用于制冷的时候,C.O.P.的公式变为:

$ COP_{cooling} = \frac{T_{c}}{T_{h} - T_{c}} $


这个效率计算方法只对理想热泵适用。对于实际中的热泵来说, C.O.P.通常在2-6之间。

应用 编辑

热泵被广泛的应用在空调电冰箱等以制冷为目的的家用电器上。 它也可以用在使用地热来加热房屋的系统中(因为有些地热温度是低于房间内温度的)。

优点/缺点编辑

热泵的使得利用电为房屋取暖和住宅用水加热成为了可能。比使用电阻的电热器更加高效。安装起来也比使用天然气等方法简单便宜。它的缺点是在极度寒冷的情况下,它供热能力有所下降。

参考文献编辑

  1. Robert A. Ristinen/ Jack J. Kranshaar Energy and the Environment:2nd Edition. (John Wiley & Sons, Inc; 2006
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