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杏彩体育竞彩:被誉为汽车黑科技的热泵技术凭啥入选“十大突破性技术

时间:2024-02-22 03:25:40点击次数: 来源:杏彩体育官网app下载安装苹果 作者:杏彩体育赞助

  近期,雷军发微博祝贺热泵技术入选了《麻省理工科技评论》评选的“2024年十大”。那么热泵技术究竟是什么,又凭什么入选“2024年十大”呢?

  水往低处流,水泵是将水由低处送往高处的机器。热量可以自发由高温物体传向低温物体,而热泵则是消耗少量电能将热量由低温环境搬运到高温环境的装置。由于热泵只是热量的搬运工,它用一度电搬运的热量远比用一度电驱动电加热PTC产生的热量多,因此更加高效节能。

  热泵技术并不是一项新技术,它的工作原理本质上和空调(压缩式制冷机)一致,你可以简单地把热泵理解为“空调反装”。热泵与空调一样都有压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器这四个主要零部件组成,利用制冷剂的物态变化搬运热量,制冷剂由气态变液态会散发热量,而由液态变气态则会吸热。

  在制冷模式下,压缩机将低温低压气态制冷剂,压缩为高温高压的气态制冷剂,经过冷凝器释放热量后变成高压液态制冷剂,通过膨胀阀又变成低压液态制冷剂,在蒸发器中吸收车内空气中的热量,变成低温低压气态制冷剂回到压缩机中。蒸发器吸热造成的局部空气的低温,通过鼓风机将冷风吹入乘座室内,这就是冷空调的原理。

  在制热模式下,利用“四通换向阀”让制冷剂反向流动,压缩机将低温低压气态制冷剂压缩成高压高温气态制冷剂,在车内冷凝器液化成高压液体,同时释放大量的热,完成“逆卡诺循环”。

  热泵在制热过程中不是像电暖器那样靠电阻发热加温空气,而是用电能利用压缩机和冷凝器改变制冷剂的气液相,通过制冷剂的相变积蓄潜热,然后随着制冷剂的流动将热量搬运到车内。

  根据卡诺的计算,假设室外7度,热泵出口温度45度,完美的热泵最大制热能效比COP=8.37。也就是花1度电可以搬运8.37度电的热量回来。当然实际情况下能效比COP受材料、技术的限制,目前水冷热泵的热力学完善度约在30%-60%之间,所以热泵空调消耗1度电可以得到4度电的热量比电加热器更省电。

  蓄电池在低温环境下,充放电能力会严重降低,这是纯电汽车在冬季面临的最大问题。热泵技术是解决纯电动汽车冬季续行里程变短的有效方案。冬季使用热泵空调制热,与使用PTC制热相比,可降低60%的能耗,增加约25%左右的续行里程。

  当然真正的热泵空调不单需要加热或制冷驾驶室,还要捕获驱动电机、车载充电器、电池组和逆变器散发的废热,天冷时还需要维持电池仓的温度,同时还需要应付室外温度过低(低于零下30°)等复杂情况,因此真实的回路结构会复杂得多。

  热泵可以利用电力高效冷却和加热空间。如今,许多建筑物仍然使用化石燃料供暖。改用由可再生能源驱动的热泵可以帮助家庭、办公室和工业设施大幅减少碳排放。近年来,为摆脱天然气依赖,欧洲建筑物中热泵安装量大幅增长。

  在亚洲,由于新技术的普及新型热泵可以提供更高的温度,在食品、造纸等需要烘干、加热的工业制造领域中正在替代化石燃料的加温设备,从而让工业制造的过程更加清洁。

  根据乐观预测,到2030年,全球将安装约6亿台热泵,提供20%的建筑物供暖需求,这将减少5亿吨碳排放,相当于今天欧洲所有汽车的总排放量。

  目前,热泵仍然面临着巨大的挑战,包括提高产量和确保电网足够强大,能够为这些技术和其他应对气候问题的技术提供电力。但所有迹象都表明,热泵正在进入黄金时代。

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