太阳能热泵原理及技术分析
热泵的工作原理
热泵的工作原理作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温区流向低温区。
但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。
所以热泵实质上是一种热量提升装臵，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象(温度较高的物体) ，其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。
热泵在工作时，它本身消耗一部份能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，通过传热工质循环系统提高温度进行利用，而整个热泵装臵所消耗的功仅为输出功中的一小部分，因此，采用热泵技术可以节约大量高品位能源。
在运行中，蒸发器从周围环境中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升，高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了储水箱中的水。
冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。
余热利用的强力工具--热泵水从高处流向低处，热由高温物全传递到低温物体，这是自然规律。
然而，在现实生活中，为了农业灌溉、生活用水等的需要，人们利用水泵将水从低处送到高处。
同样，在能源日益紧张的今天，为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等中的热量，热泵被用来将低温物体中的热能传送高温物体中，然后高温物体来加热水或者采暖，使热量得到充分利用。
热泵的工作原理和家用空调、电冰箱等的工作原理基本相同，通过流动媒体 (以前普通为氟利昂，现天上由替代氟利昂所代替)在蒸发器、压缩机，冷凝器和膨胀阀等部品中的气相变化 (沸腾和凝结 )的循环来将低温物体的热量传递到高温物体中去。
具体工作过程如下：①过热液体媒体在蒸发器内吸收低温物体的热量，蒸发成气体媒体。
②蒸发器出来的气体媒体液压缩机的压缩，变为高温高压的气体媒体。
③高温高压的气体媒体在冷凝器中将热能释放给给高温物体、同时自身变为高压液体媒体。
④高压液体媒体在膨胀阀中减压，再变为过热液体媒体，进入蒸发器，循环最初的过程。
太阳能热泵热水系统优化设计与经济性分析的开题报告
太阳能热泵热水系统优化设计与经济性分析的开题
报告
一、选题背景和意义
随着能源消耗与环境问题的日益严重，太阳能热泵热水系统已成为绿色节能建筑的主要解决方案之一。
在太阳能热泵热水系统的设计过程中，如何优化系统的设计，进一步提高其热效率，降低能耗，提高经济性，是一个重要的研究议题。
二、研究目的和内容
研究目的：通过应用现代化的计算机仿真技术，对太阳能热泵热水系统的设计进行优化，提高其热效率、降低能耗，最终实现系统经济性的提高。
研究内容：建立太阳能热泵热水系统的数学模型，采用数值计算方法和仿真技术对系统进行优化设计。
通过对系统热效率和能耗的计算，分析系统的经济性和环保性能，从而得出最优的系统设计方案。
三、研究方法和技术
研究方法：采用数值计算方法和仿真技术，建立太阳能热泵热水系统的数学模型，通过多种设计方案的计算和分析，获得最优的系统设计方案。
研究技术：利用现代计算机软件，如TRNSYS、EES等，建立太阳能热泵热水系统的数学模型，进行多种方案的计算和分析，分析系统的经济性和环保性能，并对系统的设计进行优化。
四、预期成果和意义
预期成果：得出太阳能热泵热水系统的最优设计方案，并对系统的
经济性和环保性能进行分析和评估，为该领域的研究提供一定的理论基
础和实践经验。
意义：通过对太阳能热泵热水系统的优化设计，可以提高其热效率、降低能耗，进一步推广太阳能热泵热水系统的应用，实现节能减排的目标。
同时，该研究也具有一定的理论价值和实用价值。
寒冷地区太阳能地源热泵供热供冷分析
关键词 太阳能地源热泵 寒冷地区 居住建筑 季节性蓄热 运行特性分析 供冷 供暖
①
本 文 提 出 的 太 阳 能 地 源 热 泵 （ＳＧＣＨＰ）供 热 供 冷系统是将太阳能热泵与地埋管地源热泵耦合的 系统。ＳＧＣＨＰ 系统有多 种 运 行 方 式：非 供 暖 季 通 过 太 阳 能 集 热 器 将 太 阳 能 收 集 起 来 ，并 通 过 地 埋 管 换 热 器 蓄 存 在 地 下 ，供 暖 季 再 把 热 量 从 土 壤 中 取 出 为 室 内 供 暖 ；供 暖 供 冷 初 期 、末 期 可 以 不 开 启 热 泵 ， 直 接 利 用 地 埋 管 换 热 器 从 地 下 取 热 取 冷 ；太 阳 能 充 足时，也可以不开 启 热 泵，直 接 利 用 太 阳 能 集 热 器 供暖，或者 地 埋 管 换 热 器 与 太 阳 能 集 热 器 联 合 供 暖。充分 利 用 了 太 阳 能，实 现 了 太 阳 能 的 移 季 利 用 ，减 少 了 能 耗 。
图 １ 建 筑 逐 日 负 荷
月１５日至９月１５ 日，平 均 冷 负 荷 为 ５．１１ｋＷ，总 冷 负 荷 为 ５４．３１ ＧＪ。
按 照 水 源 热 泵 机 组 设 计 工 况 冬 季 ＣＯＰ 取 ４．８，夏 季 ＣＯＰ 取 ５ 计 算 ，供 暖 季 累 计 取 热 量 为 １０７．５ＧＪ，供 冷 季 累 计 取 冷 量 为 ５３．９ ＧＪ。 如 果 热 量 仅 仅 来 源 于 浅 层 地 热 ，则 全 年 从 土 壤 取 热 量 比 向 土 壤 排 热 量 多 ５３．６ ＧＪ。 土 壤 得 热 与 失 热 严 重 不 平 衡 ，会 导 致 地 温 逐 年 下 降 ，破 坏 土 壤 生 态 平 衡 ，也 不 利 于 热 泵 的 供 热 性 能 。 所 以 需 要 补 充 热 源 ，减 少 从 土 壤 的 取 热 量 ，使 取 热 量 与 取 冷 量 基 本 持 平 ，所 以 本 系 统 设 置 了 太 阳 能 集 热 部 分 ， 在满足室 内 需 求 情 况 下 冬 季 直 接 利 用 太 阳 能 供 暖 ，过 渡 季 及 供 冷 季 将 太 阳 能 蓄 存 在 土 壤 中 ，供 冬季使用。 ２ ＳＧＣＨＰ 系统的设计及 ＴＲＮＳＹＳ 模型的建立
太阳能-地源热泵联合系统
行业曲线 industry
影响力
真实度
行业关联度
太阳能—地源热泵联合系统
太阳作为地球最稳固的热源，其散发的太阳能具有储量大、无害、 使用长久、清洁等特点，被国际公认为是未来最具竞争性的能源之一。 地热能作为一种新型的洁净可再生能源，具有分布广泛、储量丰富、 单位成本低等特点。两种清洁能源的结合如太阳能—地源热泵联合系 统，是当今建筑节能领域的关键。
城市的热效应
采用太阳能地源热泵式空调比普通空调的能耗低，这样 可以降低城市的热效应，减缓城市热岛，而且对于改善局部 的气候也有帮助，甚至可以降低城市的大气污染。
太阳能—地源热泵联合系统的常见问题
对于太阳能系统，最重要的是太阳能的集热器，和发电 系统，而且我国长江中下游地区每年会出现两三个月的梅雨 季节，太阳辐射水平低，普通太阳能系统收集不到太多的太 阳能，而且存在普遍的价格昂贵问题。应着力对该系统的研 究工作加强。该系统最重要的还有储热技术，对于太阳能系 统，可以采用导热系数较小的保温材料，可以增加水箱的个 数，提高热水容量来解决这个问题。如果长期使用地源热泵 系统造成地下冷热源的不均匀，从而使整个系统的效能降低， 解决这个问题，则必须要保证冷热源之间的协调平衡。对于 现在的太阳能地源热泵联合系统还没有一个最佳的耦合方 式，而且初期成本高，和设备安装等问题都有待解决。而且， 未来如何让每个人都可以有机会，有能力享受到这份绿色资 源是未来发展的重要课题。
以弥补单独采用太阳在自然环境恶劣的条件下运行的不利条 件。在高海拔、低气压的高原地区，往往会出现土壤温度场 的不均衡的问题，这对于整个地源热泵系统的运行有着很大 的影响，同时也会破坏整个地区的生态平衡。但将地源热泵 与太阳能进行合适的耦合后，在采暖季运行时土壤温度场的 波动幅度相对较小，温度场比较均衡。这使得热泵机组装置 本身效率更高，太阳能对机组的效率提升也会大有帮助。
武汉地区几种热泵模式的能效与碳排放分析
武汉地区几种热泵模式的能效与碳排放分析武汉地区几种热泵模式的能效与碳排放分析引言：随着我国经济的快速发展，能源消耗问题日益突出。
减少碳排放、提高能源利用效率已成为我国可持续发展的重中之重任务之一。
热泵作为一种高效节能的供暖方式，受到了越来越多地区的认可和应用。
本文将就武汉地区常用的几种热泵模式进行能效与碳排放的分析，旨在为该地区清洁能源的推广和应用提供参考。
一、空气源热泵模式空气源热泵模式是目前武汉地区最常见的热泵模式之一。
其工作原理是通过从室外空气中吸收热能，压缩提升温度，然后向室内传递热能供暖。
空气源热泵有较高的能效比，即每消耗一单位电能可产生多少单位热能。
研究表明，在武汉地区，使用空气源热泵供暖相比传统燃煤供暖，能效提高约30%，碳排放减少超过50%。
二、地源热泵模式地源热泵是通过利用地下的稳定温度来进行供暖。
地下的温度相对较稳定，利用地下埋设的地源热泵回收地热，进行供暖供应。
地源热泵模式的能效比比较高，尤其适用于大规模建筑或工业用途。
而在武汉地区，由于土地成本较高，地源热泵的应用还相对较少。
但是从能效和碳排放的角度来看，地源热泵模式仍是一个非常具有潜力的绿色供暖方式。
三、水源热泵模式水源热泵模式利用地下水或湖泊水等水源进行供暖。
通过水的稳定温度来进行热能的回收和供应。
与地源热泵类似，水源热泵模式的能效比相对较高，但在武汉地区的应用却相对较少。
值得一提的是，武汉地区丰富的江河湖泊资源使得水源热泵模式在这里具备了很大的发展潜力。
四、太阳能热泵模式太阳能热泵模式是近年来越来越受到关注的一种绿色能源供暖方式。
它将太阳能光热能与热泵技术有机结合，通过太阳能热集热器收集太阳能转化为热能，再通过热泵进行供热供暖。
太阳能热泵模式具有很高的能效和较低的碳排放，并且具备了全天候稳定供暖的能力。
但由于武汉地区的气候特点，太阳能热泵模式的应用仍需进一步研究和技术改进。
结论：综合以上几种热泵模式的能效与碳排放比较分析，空气源热泵模式在武汉地区是目前最为适用的绿色供暖方式。
农村地区“太阳能+空气源热泵”采暖系统案例分析
太阳能+Solar energy +摘要：本文以保定农村地区“太阳能+空气源热泵”采暖系统示范点为案例，介绍一种将太阳能技术和空气能技术有机结合在一起、利用空气源热泵与之联合运行、辅助供暖的采暖技术实施方案。
系统分析了其设计方案、技术参数、经济效益、技术优势等特点，为北方农村推广“太阳能+空气源热泵”采暖提供了参考。
关键词：农村；太阳能；空气源热泵；采暖1 前言目前，我国北方地区清洁采暖比例较低，特别是部分农村地区冬季大量使用散烧煤采暖，污染物排放量大，已成为我国北方地区冬季雾霾的重要原因之一。
《北方地区冬季清洁采暖规划（2017-2021年）》明确提出：“农村地区应优先利用地热、生物质、太阳能等多种清洁能源供暖，有条件的发展天然气或电供暖，适当利用集中供暖延伸覆盖。
2019年，清洁采暖率达到20%以上；2021年，清洁采暖率达到40%以上”[1]。
在诸多采暖方式中，太阳能采暖技术是最为绿色、清洁的采暖方式。
太阳能采暖系统是指以太阳能作为供暖系统的热源，利用太阳能集热器将太阳能辐射能转换成热能，供给建筑物冬季供暖和全年其他用热的系统。
在我国北方农村地区大力推广太阳能采暖系统成为优选。
但是太阳能受昼夜、季节、纬度和海拔高度等自然条件限制和阴雨天气等随机因素影响较大，而且太阳能热流密度低，因此若要实现较高的采暖保证率，所需太阳能集热面积及储热容量均较大。
结合农村居住建筑的实际需求和经济条件，从控制成本、便于推广的角度来看，太阳能与其他可再生能源相结合，是降低采暖系统生命周期费用的有效途径。
[2-4]本文以保定某地“太阳能+空气源热泵”采暖系统试点为案例，对其系统设计、运行效益、技术特点等进行了研究分析。
2 项目概况河北省印发了《河北省农村地区太阳能取暖试点实施方案》，并确定石家庄市、阜平县要先行试点示范。
“太阳能+空气源热泵”采暖系统试点位于河北省保定市阜平县某农村居民住宅。
阜平县气候为大陆性季风气候，暖温带半湿润地区，冬季寒冷、干燥、少雪，年均气温为12.6℃。
太阳能热泵系统分析
太阳能热泵系统分析太阳能热泵系统是一种新兴的能源转换技术，可以将太阳能和热泵技术相结合，充分利用可再生资源，实现空气调节、热水供应和供暖等多种功能。
本文将对太阳能热泵系统的原理、特点、优缺点以及应用进行分析。
一、原理太阳能热泵系统是以太阳能为能源供应，利用热泵技术将太阳能转化为供暖、空调和热水等热能的一种系统。
其主要由太阳能集热器、蓄热器、热泵、调节设备以及辅助设备等组成。
太阳能集热器通过吸收太阳辐射能将其转换为热能，将其传输到蓄热器中储存。
当需要使用热能时，热泵通过回收热能进行转化，将热能转化为热量并通过调节设备进行传递，最终达到供热、空调和热水的功能。
二、特点1. 节能环保：太阳能热泵系统可以充分利用太阳能等可再生能源，减少对传统化石能源的依赖，从而实现能源的节约和环境的保护。
2. 稳定性强：太阳能热泵系统不受季节、天气、气温等因素的影响，可稳定运行，并可适应不同的气候条件。
3. 储能效果好：系统配备有蓄能器，可以对太阳能进行有效储存，避免能源浪费。
4. 可靠性高：太阳能热泵系统稳定、可靠、安全性能优良，可以长期使用，降低了维修和更换成本。
三、优缺点优点：1. 太阳能热泵系统具有非常可靠的供暖与热水功能。
2. 在不同啤酒节气候条件下，太阳能热泵系统能够提供可靠的供暖、空调和热水服务。
3. 该系统在安装和运行成本上，相较于传统中央供暖和锅炉更加节约。
4. 长期使用成本低，维护费用低廉。
缺点：1. 太阳能热泵在寒冷天气下，性能也会受到影响，使效率下降。
2. 一些高海拔地区无法使用太阳能热泵系统。
3. 对于使用者购买设备和使用方面的普及程度比较低。
四、应用太阳能热泵系统可以应用于小型家庭、酒店、办公楼、公寓等有特殊需求的热水、空调和供暖设施。
比如温泉度假村、菜市场、制药工厂、冷藏仓库等应用，也可以用于夜间照明系统。
结论：太阳能热泵系统可充分利用太阳能等可再生资源，可靠、环保、节能、安装简便并可节约维护成本。
太阳能热水系统控制及原理解析
太阳能热水系统控制及原理一、智能型太阳能、热泵互补热水系统原理说明：注：进水在集热器入口，集热循环水泵出口，集热水箱底部出水供用户使用。
太阳能供水系统原理说明新能源太阳能中央热水器由以下四大部分组成:太阳能集热器：吸收太阳能，将光能转化为热能，使冷水在集热器内被加热；保温水箱：储存热水，可保温3天，内胆为不锈钢，外包8厘米保温层，最外层是铝合金外壳；热泵辅助加热系统：用于阴雨天辅助加热：供热水管道：将经过增压泵加压后的热水引向各用水点，主管道有保温层，未端有回水管。
晴天，当太阳能把集热器内的冷水加热至55C时（该温度可调），冷水管上的电磁阀门自动打开，冷水被自来水压力压入集热器内，集热器内的热水被挤出，然后进入到保温水箱中储存待用，当冷水到达集热器出口处的温度探头时，探头温度底于55r，电磁阀门就立刻关闭，冷水停留在集热器内继续被太阳能加热，2-5分钟后，水温又达到55°C时，电磁阀门再次打开，集热器内的热水又被挤到保温水箱中，按此规律，一次又一次的产生热水进入水箱，水箱内热水逐渐增加，一直增加到水箱水满为止。
水箱水满后，就停止进水，如果还有太阳，为了充分利用太阳能，循环泵会自动启动，把水箱内55 C的热水抽出来，经过太阳能集热器循环加热，使水温进一步升高至60-70 C，当水温达到70C时，就停止循环加热，限制水温不要超过70 C，以免烫伤人，又可防止结水垢（产生水垢的温度条件是水温超过80C）。
热泵加热系统只有在太阳能光照不足时才启动，为最大限度地利用太阳能，减少电能的消耗，我们将设定3个时间段检测保温水箱的水位。
在上午10: 30〜11: 30,如果保温水箱内热水水位还不到40%勺位置，则自动启动热泵加热系统，往保温水箱补充50C的热水，如果水位达到设定值，则热泵系统停止工作。
同样，在中午12: 30〜1: 30,系统自动检测保温水箱70%勺水位，在下午3: 30〜6: 30,系统自动检测保温水箱100%勺水位。
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太阳能热泵原理及技术分析
热泵技术是一种新型的节能制冷供热技术，长期以来主要应用于建筑物的采暖空调领域。
因热泵制热在节能降耗及环保方面的良好表现，卫生热水供应系统也越来越多的采用热泵设备作为热源。
其中以室外空气为热源的空气源热泵，结构简单，不需要专用机房，安装使用方便，在卫生热水供应方面具有不可替代的优势，除了比较大型的空气源热泵热水系统外，现在已有多个品牌的小型的家用空气源热泵热水器也投放市场。
但空气源热泵的一个主要缺点是供热能力和供热性能系数随着室外气温的降低而降低，所以它的使用受到环境温度的限制，一般适用于最低温度-10℃以上的地区。
将热泵技术与太阳能结合供应生活热水，国内外进行了许多这方面的研究，主要有两种方式，一种是直接以空气源热泵作为太阳能系统的辅助加热设备，另一种是利用太阳能热水为低温热源或将太阳能集热器作为热泵的蒸发器的太阳能热泵系统。
前者以太阳能直接加热为主以空气源热泵为辅，解决太阳能供热的连续性问题，但仍旧无法摆脱环境温度对热泵制热性能的影响；后者完全以太阳能作为热泵热源，大大提高了太阳能的利用效率，但太阳能资源不足时仍需要增加其它辅助热源，并且热泵供热能力受太阳能集热量的限制，规模一般比较小。
在大型的太阳能中央热水系统中，空气源热泵无疑是一种比较理想的辅助加热设备，为了改善空气源热泵在低温环境下制热运行的性能，扩大它的使用区域，结合国内外太阳能热泵研究中的先进经验，我们研制了一种适合于低温环境中工作的太阳能—热泵中央热水系统。
该系统采用一种新型的采用低温太阳能辅助的空气源热泵机组和太阳能集热系统结合，太阳能和热泵互为辅助热源，最大限度的利用太阳能，解决阴雨天气及冬季环境温度较低太阳能资源不足时热水供应保证率，做到全年、全天候供应热水。
1太阳能—热泵中央热水系统组成
1.1太阳能—热泵中央热水系统基本组成
太阳能—热泵中央热水系统的主要组成部分为太阳能集热器和太阳能辅助加热空气源热泵机组，其他辅助设备与常规的中央热水系统相同，包括太阳能循环泵、热水加热环泵、换热器、热水箱及控制器等。
1.2太阳能辅助加热空气源热泵机组
1.2.1太阳能辅助加热空气源热泵机组工作原理
为使空气源热泵在低温环境中高效、稳定、可靠的运行，国内外众多科研单位和生产企业进行了研发和改进，归纳起来主要有三种方式。
一是依靠外界辅助热源来提高热泵低温制热性能，比如通过电加热提高热泵制热出水温度、采用燃烧器辅助加热室外换热器、在压缩机周围敷设相变蓄热材料以增加低
温条件下制热运行出力等等；二是通过改善制冷剂循环系统来提高热泵的低温制热性能，比如采用双级压缩的空气源热泵，设中间补气回路的空气源热泵等；三是采用变频系统，低温工况下让压缩机高速工作增加工质循环量，同时向压缩机工作腔喷液以防止其过热，从而使热泵机组能够正常运行。
太阳能辅助加热空气源热泵机组是基于上述第一种方式而产生的，如图2所示。
在机组的蒸发器上增加了一辅助换热器。
热泵在低温环境下制热运行时，高于环境温度的太阳能热水流经该辅助换热器，与将进入蒸发器的室外空气进行热量交换提高其温度，从而使制冷剂在相对较高的环境里蒸发吸热，提高了蒸发温度，改善了压缩机的工作状况。
2、太阳能辅助加热空气源热泵机组示意图
1.2.2太阳能辅助加热空气源热泵机组性能特点
与普通的空气源热泵相比较，太阳能辅助加热空气源热泵机组在低温工况下运行具有如下几个明显的特点：
(1)COP显著提高
在同样的环境温度下，太阳能辅助加热使制冷剂系统的蒸发温度得以提高，机组的制热性能系数较普通空气源热泵机组有了明显的提高，热泵制热性能系数随蒸发温度变化情况如
图2所示。
(2)防止蒸发器结霜，减少除霜时间
由于辅助热源的加热作用，提高了进入蒸发器的空气温度，使其结霜的可能性降低，这样就可以防止蒸发器表面结霜，使其保持较高的换热效率，同时，机组的化霜次数和时间也
大大减少，可以节省大量的电能，并保证热泵机组连续不间断的运行。
(3)改善空调压缩机工作环境，延长机组使用寿命
在环境温度较低时，空调压缩机的压缩比急剧升高，压缩机的排气温度常常会超过压缩机允许的工作范围，从而导致压缩机频繁的启停，无法正常工作，长此以往，将会损伤压缩
机的整体性能，减少空调设备的使用寿命。
通过太阳能作为辅助热源提高系统蒸发温度，间
接的改善了压缩机的工作环境，不但解决了压缩机在外界低温环境下不能正常工作的问题，
并且可以使整个热泵机组的使用寿命有效延长。
1.2.3太阳能辅助换热器的设计
辅助换热器位于热泵蒸发器的外侧，作为热泵机组的一个部件与热泵机组同步设计生产，采用和蒸发器同样外型尺寸和材质的翅片管换热器。
辅助换热器的换热面积、空气通过
温升及其与热泵蒸发器的间距应根据太阳能集热器可以提供的辅助热量、太阳能水温、环境温度及热泵机组蒸发温度、排风量等参数进行设计计算。
1.3太阳能集热器
目前在太阳能热水工程中通常采用的太阳能集热器主要有平板型太阳能集热器、全玻璃真空管集热器、U型管式真空管集热器、热管式真空管集热器和直流式真空管集热器五种[8]。
对于全年使用的比较大型的太阳能中央热水系统，要求太阳能集热器应具有一定的承压能力，比较高集热效率，比较小的管道阻力，抗冻能力强，易于维护。
在这几种太阳能集热器中，全玻璃真空管集热器虽然热集热效率高，市场占有率大，但因其不能承压运行，容易冻裂，不适宜用在大面积的太阳能热水系统中，绝大部分都被用作家用太阳能热水器的集热部件。
其它四种均为金属吸热体的太阳能集热器，可以承压运行，适用于在大型的太阳能热水工程中应用。
平板集热器是应用比较早的一种太阳能集热装置，一直以来也是世界太阳能市场的主导产品，广泛应用于各种低温热水加热领域，但随着真空管太阳能集热器的出现，受其自身结构的局限，在集热效率上已不具备优势，因防冻问题以及集热性能受季节和环境影响较大，目前主要在南方冬季气温较高的地区应用，在北方寒冷地区冬季运行效果欠佳，不推荐在大型热水工程中应用。