空气源热泵热水（精选10篇）
空气源热泵热水 第1篇
1 传统热水器现状分析
燃气热水器,在使用时要消耗氧气并排出大量的废气,废气中除了二氧化碳以外,还有不完全燃烧的产物一氧化碳,如果使用时关闭门窗,通风不良,一氧化碳会增加,严重时会发生中毒事故。
电热水器,对电能浪费大。最新型的电热水器内置了阳极镁棒除垢装置,解决了该产品容易结垢的问题,但阳极镁棒须两年更换一次,给保养带来了麻烦。同时注意电热水器漏电,虽然电热水器上装有漏电保护,但使用电热水器时触电事故也时有发生。
太阳能热水器,受天气及季节的影响较大,需要增加辅电加热设备。安装较复杂,如安装不当,会影响住房的外观、质量及城市的市容市貌。维护较麻烦,因太阳能热水器安装在室外,因此相对于电热水器和燃气热水器比较难维护。底层用户使用时,需长时间放冷水,浪费水资源。
2 空气源热泵热水器
2.1 空气源热泵热水器工作原理
在自然界中,水总由高处流向低处,热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处,从而实现水由低处向高处流动,热泵同样可以把热量从低温传递到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置,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。一台压缩式热泵装置,主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成,通过让工质不断完成蒸发(吸取环境中的热量)→压缩→冷凝(放出热量)→节流→再蒸发的热力循环过程,从而将环境里的热量转移到水中(如图1所示)。热泵在工作时,把环境介质中贮存的能量QA在蒸发器中加以吸收;
它本身消耗一部分能量,即压缩机耗电QB;通过工质循环系统在冷凝器中进行放热QC,QC=QA+QB,由此可以看出,热泵输出的能量为压缩机做的功QB和热泵从环境中吸收的热量QA。因此,采用热泵技术可以节约大量的电能。
2.2 空气源热泵热水器节能分析
现以加热1 t水为例,自来水温按15 ℃,加热至55 ℃,需要约40 195.2 kcal的热量,各种热水器所需费用见表1。
注:所列价格仅为计算参考价,实际价格以各地现行市场价为准。如果热泵用峰谷电,电费更低,每吨热水成本也会降低
热泵热水器与传统热水器的耗能经济比特性显著。与传统太阳能相比,热泵热水器不仅可吸收空气中的热量,还可吸收太阳能。热泵热水器通过制冷剂温差吸热和压缩机压缩制热后,与水换热,大大提高热效率,充分利用了新能源,是将电热水器和太阳能热水器的各自优点完美的结合于一体的新型热水器。由于太阳能热水器受天气影响显著,因此分配电辅助加热型与配热水锅炉型,其投资年费用与太阳能节能效果相近。
3 空气源热泵热水器市场现状特点
最初国内市场上家用型空气源热泵热水器厂家较多,主要由原来家用空调生产厂家及太阳能生产厂家转型而来。由于国内目前生产的家用型空气源热泵热水器绝大部分是热泵主机加带换热器的贮热水箱(分体式结构),而热泵主机是借用家用分体空调的室外机,可直接从家用空调厂家购买,水箱由专门的水箱厂生产供货,所以对大部分家用型热泵生产销售单位来说,基本上没有太大的门槛就介入了这个行业,也使空气源热泵热水器这样一个本来富有前景的行业在一年多时间内变成一个微利行业。前两年一些热泵厂家不堪承受水箱漏水、铜管结垢、压缩机回油不佳等产品质量难题,已不再生产家用型热泵产品,大大影响了家用热泵行业的健康发展。真正生产商用型空气源热泵热水器的厂家较少,所以中央空调厂家一般不愿意介入或只作为中央空调产品系列的补充。商用型空气源热泵热水器的制造工艺需要专门的人员及严格匹配的系统,专门的焓差实验室进行模拟各种环境工况测试,然后再优化空调系统及控制系统,乃至售后服务工作都必须由专业中央空调厂来完成。由于商用型空气源热泵热水器要求的产热水量大,工作时间较长,对机组的配置方面及稳定性比家用型和中央空调都要高,加上其常规经销商大部分为太阳能及锅炉公司,对热泵产品的了解不像中央空调的经销商那么专业,所以对生产厂家的产品质量要求更高。经过仅几年的发展,商用型热泵热水器的生产已渐渐向中央空调厂家集中。
4 空气源热泵热水器的发展
随着农村城镇化建设进一步加速以及城区旧城改造的开展,新建住宅几乎全部安装了热水器;同时在20世纪80年代中期、90年代初期安装的热水器均面临使用期已到须更新的高峰期。有关专家预测,在今后的十年,中国将有33%的家庭迁入新居,意味着平均每年有260万个以上的家庭需要热水器,家用热水器的市场容量将以两位数增长。空气源热泵因其能利用空气中的能源,且几乎不受空间安装条件的影响,理论上可适用于任何空间,只要解决价位偏高、性能稳定等关键问题,其市场导入期必将大大缩短。当热泵热水器进入市场成长期和成熟期时,将有着广泛的市场空间。我国已于2008年颁布了《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》国家标准,将会更好地引导、规范行业发展,避免打价格战等恶性竞争。今后热泵热水器将朝着环保、节能的方向进一步发展。
5 结语
空气源热泵热水器具有能源效率高、不存在能源消耗过程中的环境污染等优势,在解决了低温制热问题后也是北方地区冬季生活热水或采暖的最佳选择。中国空气源热泵热水器行业起步较晚,短暂的发展过程中尚存在诸多问题。在未来以节能与环保为主题的社会,以及国家政策的支持,空气源热泵热水器一定会大量占据热水器市场。本文对其市场现状和应用前景的分析具有一定的参考意义。
摘要：阐述了传统热水器在某些地方的不足,鉴于此研究了空气源热泵热水器的工作原理及节能情况,论述了空气源热泵热水器的市场现状及发展方向,以期进一步推广空气源热泵热水器的应用。
关键词：空气源,热泵热水器,现状,节能,发展
参考文献
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[5]周峰,马国远.空气能热泵热水器的现状及展望[J].节能,2006(7):49-50.
空气源热泵热水 第2篇
1、压缩机电机改无刷直流电机，已有格力、美的家用小型分体空调机等品牌产品在应用。目前中央空调用压缩机电机均为交流电机，该项技术可以使压缩机节能20～30%。
2、热泵机组系统结构改进，预计该项技术可以使系统节能在5%以内。
3、电子膨胀阀的应用：通过降低压缩机回气过热度来提高效率，已在市场上较大范围推广应用，该项技术可以使机组节能3～5%。
4、碳氢制冷剂的应用，说明见附件：R433b制冷剂考察报告。已在市场小范围推广应用，该项技术可以使压缩机节能20～30%。
5、空调系统管道保温新技术，预计该项技术可以使系统节能在10～15%以内，市场上已有双层管聚氨酯整体发泡技术和产品已经在推广应用。
6、系统控制的改进，预计该项技术可以使系统节能在5%以内。
7、膨胀机的应用：将现节流膨胀损失的动能转化为电能输出，该项技术可以使机组节能30～50%以上，国外已经有大型机组在实验，预测10年内能推广应用。
8、磁浮电机压缩机的研发，目前美的已有试验样机测试，该项技术可以使压缩机节能20～30%。
综上所述，5～10年内应有平均能效比在6以上的空气源热泵机组出现，即消耗1份能量，可以得到相当于6份能量的热量或冷量。
目前空气源热泵机组整机国标一级能效比系数为2.8，地源热泵的能效比在某4～5的范围。
空气源热泵在公共浴室中的应用 第3篇
【关键词】空气源热泵；原理；热水系统；水箱；节能环保；能效比
随着国民经济的发展和人民生活水平不断提高，生活用热水的需求量越来越大，能源的消耗与日俱增。我国作为能源消耗大国，根据统计，每年建筑能耗占全国总能耗近30%，城市民用建筑洗浴热水能耗占20%，因此人们越来越注重能源的节约，开发太阳能、风能等可再生能源的任务也十分迫切。热泵技术是近年来在全世界备受关注的新能源技术，因其在节能降耗和环保方面都具有良好的表现，在公共建筑热水供应系统中得到了越来越广泛的关注。空气源热泵由于其结构简单，安装使用方便，因此成为热泵诸多形式中应用做广泛的一种，在公共建筑热水供应系统中占有不可代替的优势。笔者以石家庄某企业居民区公共浴室改造工程为例，介绍了空气源热泵在实际工程中的应用，并分析了其运行成本。
1.工程概况
石家庄某企业居民区公共浴室主要满足该居民区内居民洗浴要求，设计为单层独立建筑，共设有沐浴喷头52个，每天的洗浴总人数约为600人左右。浴室原采用该企业生产余热供热系统，将工厂直供的温度较高的热水通入浴室，经浴室管理操作人员通过手工操作混水阀，经冷热水配比，将水温调节至40℃，贮存至保温水箱，通过水泵供至浴室末端使用。由于企业与居民区距离较远，热水管道热量损失相对较大，而且管道投用年限较长，腐蚀情况较严重，跑冒滴漏现象较多，维护较频繁，同时随着企业的发展，企业生产的余热逐步在厂区内被加以利用，已经没有足够的余热供居民区公共浴室使用，鉴于以上情况需要对该浴室热水系统进行升级改造。本次浴室改造采用当前国内为比较流行的空气源热泵，在春、夏、秋3个季节，由空气源热泵制取洗浴用热水，冬季由空气源热泵和电热水器辅助加热联合制取洗浴用热水。
2.空气源热泵系统设计
2.1系统形式
为保证洗浴时充足的用水量和恒定的热水温度，空气源热泵采用“双模式”设计，即直接加热+循环加热两种模式制取热水。直接加热模式，是把常温的自来水直接加热至设定温度的高温热水补充到水箱当中，保证水箱水量充足；循环模式是对水箱内的热水进行再热，保证水温稳定在设定的温度。
2.2热泵机组运行时间的确定
根据《建筑给水排水设计规范》【1】空气源热泵机组设计工作时间为12-20h/d，浴室开放时间为每天中午1：300-晚上8：30，每天供水8h，结合浴室的实际情况以及石家庄的气候条件，热泵机组全天共运行12h。
2.3设计计算参数
石家庄属于温带季风气候地区，夏天炎热，冬天寒冷，全年平均气温13.4℃，最冷月的月平均温度为-6.7℃，极端最低温度-19.7℃，春分、秋分所在月的平均温度为14.0℃。该居民区自来水采用的是地下水，年平均温度按15℃计算。
3.4空气源热泵选型
该浴室每天的洗浴总人数约为600人左右，根据《建筑给水排水设计规范》【1】要求，公共浴室淋浴每人每次热水用量50L，得知热水日需求量为30米3。空气源热泵进水设计温度为15℃，出水设计温度为55℃，热水所提升的温差是40℃，根据公式【3】，可计算出设计小时供热量为439635kJ/h。
依据设计小时供热量，热水系统设计选用MHA200B5低温型空气源热泵2台，额定工况下，机组制热主机输入功率为18.22kW，制热量为80kW、产水量为1760L/h。
2.5辅助加热设备供热量
在冬季气温低于0℃，机组的制热衰减至60%以下时，开启辅助加热設备。
在冬季辅助加热设备每天供热量为76672.344kJ/h，每天需要耗电量280.5kW·h。
2.6水箱的设计制作
公共浴室每天热水需求量为30m3。浴室开放时间为每天中午1：00-晚上8：00，而洗浴高峰集中在下午6：30到下午8点之间。水箱容积等于定时供应最大时段的全部热水量。根据规范【1】，计算得设计小时热水量16250L/h，水箱有效容积需24.375m3。设计新增30m3不锈钢聚氨酯发泡矩形保温水箱，结合公共浴室现有位置，该水箱长5米，宽2.5米，高2.4米。根据国家卫生水质要求，本项目保温水箱采用SUS304不锈钢制作的方形模块式水箱，中间为水100mm厚聚氨酯保温层，24h温度降低<3℃，水箱带外爬梯及液位控制。
2.7机组运行控制
热水机组采用全智能自动化控制面板控制。该机组是具有定量产热水功能、开关机时间设置和出水温度设定功能，便于机组自动运行，节约水电和运行成本，2台机组并联运行时，通过设置运行时间间隔和运行时长，根据实际需要水量自动启停热水器台数。在水箱内1.2m处安装热电偶实时测量热水温度，用于控制机组实际运行。热水机组的出水温度设定为48℃。当蓄水箱水位处于高位时，补水阀门关闭，当水温低于45℃时，机组自动启动循环加热模式，当水温高于48℃时，机组自动停止循环加热模式，处于待机状态，当水箱水位下降时，补水阀门自动打开，机组开启循环加热模式，当水温低于40℃时，机组转换为直接加热模式，当水位达到高液位时，补水阀门关闭，机组自动转换为循环加热模式，温度达到48℃时，停止运行处于待机状态。
3.年运行费用和标准煤耗分析
MHA200B5低温型空气源热泵在石家庄地区的年平均能效比COP=3.1。电锅炉效率为95%，燃气锅炉和燃油锅炉供应洗浴热水受外界环境温度影响小，燃油锅炉热效率为84.15%～90.58%，成本分析取85%；燃气锅炉热效率为86%～92%，成本分析取90%。该居民区电价为1元/（kW·h），柴油价格为6.4元/kg，天然气价格为3.5元/m3。根据文献【2】可知：柴油发热量为42652kJ/kg，天然气发热值为35544kJ/m3。扣除浴室每年休假及检修时间，该浴室每年实际开放360天，热水系统年耗热量为1899223200kJ。
可见，空气源热泵年运行费用最低，电锅炉年运行费用最高，是空气源热泵的3.26倍，燃油锅炉年运行费用是空气源热泵的1.97倍，燃气锅炉年运行费用是空气源热泵的1.22倍。从标准煤用量来看，空气源热泵年标准煤用量为20.9t，电锅炉是空气源热泵的3.3倍，燃油锅炉是3.7倍，燃气锅炉是3.4倍。根据年运行费用和标准煤用量可知，在石家庄地区使用空气源热泵即经济又环保。
4.结论
空气源热泵凭借其节能环保的优势正在逐步广泛应用，结合石家庄某企业居民区公共浴室改造工程，详细介绍了针对公共浴室的使用特点，计算并合理选用空气源热泵机组，并且设置辅助热源。在计算选择水箱容积时，充分考虑浴室的运行时段。并通过年运行费用的预估以及与其它商用制热设备运行费用的对比，结果表明在石家庄地区低温型空气源热泵运行费用低，能效高，对节能减排十分有利，在公共浴室的热水供应中具有较大的发展潜力。
参考文献
[1]GB50015-2003建筑给水排水设计规范（2009年版）[S].北京：中国计划出版社，2010.
[2]GB/T2589-2008，综合能耗计算通则[S].北京：中国标准出版社，2008.
作者简介
独具魅力的空气源热泵热水器 第4篇
低碳时代催生新能源家电
在当今的国内家用热水器市场上, 经过了大功率燃气热水器、大功率电热水器、太阳能热水器后, 现在迎来了空气源热泵热水器的新时代。随着商用热泵热水机组在广大学校、医院、部队、宾馆等公共场所的应用推广, 用户认知率已大幅提升。据热泵行业的最新数据显示, 用户的接受度从五年前的1%上升到现在的10%。许多家电行业的知名品牌, 如“格力”、“美的”等, 也纷纷看好这个市场前景, 研制开发出一系列空气源热泵热水器产品, 加入到专业做热泵热水器的行列。此外, 还有业内知名度颇高的“天舒”、“同益”, 以及众多不太知名的企业同样看好热泵市场, 大力推出新品, 带动国内空气源热泵热水器市场的热潮。
众所周知, 热泵是从低温热源吸热送往高温热源的循环设备, 它借助电力做功, 能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能, 提供可被人们使用的高品位热能。空气源热泵热水器就是从空气中汲取热能运行的, 其原理的名称为逆卡诺循环原理。机器借助一小部分电力, 推动机器中的压缩机工作, 蒸发器就能不断从低位热源中吸收能量, 其传热工质 (即冷媒) 吸热汽化压缩后形成高温高压气体, 再通过冷凝器“搬运”到水中释放能量。冷凝后, 工质变成液体经膨胀阀回到蒸发器, 周而复始, 闭合循环, 从而达到制热水的目的。
目前, 国家对空气源热泵热水器尚未出台明确的鼓励政策, 但是国内已有部分省市地区对空气源热泵项目应用方面给予一定的鼓励政策和补贴。如:广州新能源和可再生能源发展规划 (2008年~2020年) 已明确将热泵技术列入规划;重庆和宁波市政府对空气源热泵应用的补贴也有了明确的标准;温州市政府出台了《温州市建筑节能财政专项资金管理暂行办法》, 并明确单个项目补助额不超过50万元;湖南郴州用户凭热泵家用机的销售发票就能领取一定金额的补贴, 等等。
空气源热泵热水器自投放市场以来, 随即得到广大用户的青睐, 特别是在南方地区销量逐年递增。虽然目前空气源热泵热水器的售价偏高, 但其在节能、高效、安全、环保方面的独特优越在热水器市场占有一席之地。
节能环保倍受青睐
在大力提倡节能减排的今天, 高效、节能、环保的空气源热泵热水器愈来愈得到人们的认知, 成为市场的宠儿。其特点主要体现在以下四个方面:
第一, 安全环保。由于空气源热泵热水器不采用电热元件直接加热, 相对电热水器而言, 杜绝了漏电的安全隐患;相对燃气热水器来讲, 没有燃气泄露或一氧化碳中毒之类的安全隐患, 具有更卓越的安全性能。燃气热水器通过燃烧可燃气体加热热水, 同时排放大量的二氧化碳, 二氧化硫等有害废气。空气能热泵只是将周围空气中的热量转移到水中, 完全做到零排放, 对环境几乎不产生影响, 是真正的环保热水器。
第二, 舒适健康。空气能热泵是蓄热式的, 加热功能根据水箱内的温度自动启动, 保证热水24小时充足供应, 因此不会出现燃气热水器那种无法同时满足多个水龙头用热水的问题, 也不会出现电热水器容量小, 多人洗澡需要等待的问题。即开即用热水, 出水量大, 出水温度稳定, 满足你对热水的所有期望。现代社会中, 人的一生平均有超过6 0%的时间是在室内度过的, 这个比例在城市高达80%。因此, 室内的空气质量与人体健康的关系十分密切。空气源热泵热水器春夏秋冬一年四季可以作为室内换气装置, 把室内的粉尘、化学污染物、生物污染物等有害物质排出室外, 使室内补充大量的清新空气, 保持室内空气清新, 既制造了热水, 又创造了一个健康舒适的生活环境
第三, 省钱节能。由于其耗电量只有等量电热水器的四分之一, 即相当于使用同样多的热水, 使用空气源热泵热水器, 电费只需电加热的四分之一。以一个三口之家来计算, 正常热水使用量在2 0 0升/天左右, 用电热水器加热, 电费大约需要4元/天, 而空气能热泵热水器则只需要约1元/天, 一年可以节约1000元左右的电费。它的费用是燃油燃气器的三分之一, 即使是与太阳能相比, 也能节约三分之一的费用。理论上太阳能最为节能, 但是考虑到现实环境中会经常下雨、阴天, 北方冬季需要外加电辅助, 就相当一个电热水器;一般太阳能所使用的真空管极易破碎, 维修麻烦, 使用年限较低, 而质量好的空气源热泵热水器可用10到15年。
第四, 安装方便。家用和商用分体机不受所住楼层影响, 不占用永久性建筑面积, 无需光照, 可广泛安装在屋顶、阳台、地下室等通风场所, 不需架设复杂昂贵的专门管道工程, 布置简便。最近, 家用机市场已出现了立式一体机、壁挂式一体机, 其简洁小巧时尚的外形能和家居环境相协调, 满足了广大用户的需求。
前景看好市场还需规范
目前, 国内热水器市场主力产品主要有三种类型:电热水器、燃气热水器和太阳能热水器。据权威部门对2010年国内热水器市场占有份额的数据, 国内电热水器市场中, 海尔、AO史密斯、美的分别位居品牌关注排行榜前三名;万和、万家乐领跑燃气热水器市场;太阳能热水器市场, 随着国家家电下乡政策的强力支持, 四季沐歌的市场容量不断扩大。
空气源热泵热水器技术已趋成熟, 但目前市场占有率还较低, 特别是在北方地区, 受气候因素影响, 销售量明显低于南方地区。此外, 国家相应标准尚未出台, 业内企业良莠不齐等因素也影响了空气源热泵热水器快速发展。目前, 国内空气源热泵热水器生产企业只有不到100家, 虽然其中不乏格力、美的等知名企业, 但同时一批有很强专业实力的公司也渐露锋芒。如江苏天舒电器有限公司, 20 03年8月成立, 在行业内属于成立比较早的公司, 在国内率先提出起草《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》国家标准和《家用和类似用途的热泵热水器》国家标准, 并分别在2004年7月及2006年10月主动参与了这两项国家标准的起草工作。在商用领域内素有“质量高的产品看天舒”的美誉。
基于国家对节能减排工作的重视, 以及对新能源领域的大力扶持, 许多厂家对空气源热泵热水器市场的前景充满希望, 纷纷涉足该行业, 迫不急待地想分享热泵热水器市场的“大蛋糕”。生产企业的不断加入, 也随之给市场带来一定的问题和困扰, 有的企业是因为有品牌、渠道;有的企业凭着技术领先, 质量过硬;也有的企业本来就是从事太阳能热水器生产的, 尝试更好的产品生产和推广。除了商用机组市场的继续抢夺, 该类热水器的家电市场正如火如荼地开展起来。
空气源热泵热水 第5篇
2017-05-31空气源热泵供暖北京“煤改电”中，空气源热泵如此之大的安装量在世界范围内都属首次，其一举一动可谓万众瞩目。作者希望通过这个栏目，普及空气源热泵供暖知识，采用通俗的语言面对所有读者，提高认知度，解答热点问题。作者：邓有源 中国热泵产业联盟特聘专家
1、空气源热泵供暖系统类型有哪些？
空气源热泵供暖的系统类型分为四大类：（1）空气源热泵+散热器（暖气片）；供水温度一般在55℃左右。（2）空气源热泵+风机盘管；供水温度一般在45℃左右。（3）空气源热泵+地面辐射供暖；供水温度一般在35℃左右。（4）空气源热泵直接冷凝式供暖（包括热风机、无水地暖等，目前这种类型应用相对还比较少）。
2、空气源热泵与几种末端组合，各自有什么特点？
（1）空气源热泵+散热器
优点：替代简单，可直接替代原有锅炉热源；与直接电供暖方式相比，节能效果显著；与电锅炉供暖方式相比，节约了电力增容费用。缺点：高温供暖，室内升温慢，热舒适性差，占有一定的空间。（2）空气源热泵+风机盘管
优点：房间升温较快；每个房间的风机盘管风机独立控制，有利于行为节能；供水温度比散热器低，空气源热泵能效比高，运行费用较省；系统简单、安装灵活方便；系统可一机两用，冬季供暖，夏季制冷，对于夏季有制冷需求的用户，综合初投资费用更低。缺点：舒适性略差，会有轻微噪音，会损失部分电量。
（3）空气源热泵+地面辐射供暖
优点：节能、运行费用低；舒适性高；系统具有一定的蓄热功能，热稳定性好，能有效抵消空气源热泵极端天气时的制热功率波动，使系统运行更稳定、可靠。缺点：既有建筑改造会破坏原有地面；对于楼房建筑还会降低房间高度；如出现施工质量问题，维护困难。
（4）空气源热泵直接冷凝式供暖的方式（热风机）
优点：系统简单，安装维护方便，故障率低；节能性高。缺点：舒适性差；有轻微噪音。
3、运行费用的高低与末端组合有关吗？
运行费用的高低与末端组合有很大关系，同样的热泵设备，用散热器方式费用最高，风机盘管排序为次，地面辐射供暖费用最低。该组数据可供参考：地面辐射供暖模式：供水温度35℃，运行费用15.84元/m；风机盘管供暖模式：供水温度45℃，运行费用19.20元/m；散热器
22供暖模式：供水温度55℃，运行费用22.88元/m。
24、空气源热泵供暖系统末端如何选择？
对于新建建筑，优先选择地面辐射供暖形式；既有建筑改造可选用散热器或风机盘管两种形式；如果散热器已经老旧或者新增数量较多，建议选择低温风机盘管形式。
风机盘管供暖末端冬天通热水可以供暖，夏天通冷水可以制冷，也简称两用末端。风机盘管供暖末端可上部设置（顶挂式），也可下部设置（落地式），建议采用下部设置（落地式）。选择落地式应注意事项：落地式下进风上出风专用风机盘管；落地式下进风侧出风专用风机盘管。
5、空气源热泵热水地暖系统选型与现行标准有什么区别？
（1）地暖管外径宜小（DN13mm）；（2）地暖模块管道间距宜100mm左右；（3）地暖模块厚度不宜小于30mm；（4）地暖管铺设长度范围为80m～100m；（5）进水温度适合45℃左右，供回水温差为5℃。
6、空气源热泵主机设备的类型有哪些？
空气源热泵种类繁多，按不同的划分标准，会有不同的名称。一般有以下几种分类方法：（1）按热泵功能划分：单热型空气源热泵、单冷型空气源热泵、冷暖一体型空气源热泵和冷、热、热水三联供空气源热泵。
（2）按是否用循环水向房间送能划分：热泵热水机、热泵热风机、热泵无水地暖机，目前市场绝大多数空气源热泵设备还是热泵热水机。
（3）按热泵供水温度划分：高温出水型空气源热泵（供水温度55℃）、普通型空气源热泵（供水温度45℃）。
（4）按热泵工作环境温度划分：低温型空气源热泵、普通型空气源热泵。（5）按是否有变频功能划分：定频机、变频机。
（6）按热泵机组的集成度划分：整体机、分体机。整体机就是整个空气源热泵就一个机器，循环水泵、膨胀罐等都被集成到热泵中；分体机就是空气源热泵分成室外机和室内机两部分。
7、如何确定热泵容量？
空气源热泵热水机组技术应用研究 第6篇
关键词：空气源,热泵,节能环保
前言
庙新煤矿位于贵州省遵义县松林镇境内, 隶属于贵州省遵义县黔渝煤业开发有限责任公司。井田走向长12.07km, 倾斜宽1.74km, 面积约为20.47km2。含可采煤层3层, 勘探区内+300m水平以上保有地质资源量4963万t。主采煤层煤质为为中灰、中高硫、高热值、高固定碳无烟煤。本矿井作为“西电东送”工程电源点 (鸭溪电厂) 的可靠煤源。2008年10月完成《庙新煤矿矿井初步设计》。初步设计选取的采暖及供热是:修建锅炉房并选用1台DZL1-0.7-AⅡ型和1台DZL2-0.7-AⅡ型卧式快装锅炉, 采暖期运行2台, 非采暖期运行1台2t/h锅炉。
2008年12月按照上级公司要求开工新建, 由于开工时间紧迫, 在未安装锅炉的情况下, 急需要解决临时生产生活供热的情况下, 引进了空气源热泵热水机组。目前该设备在我矿成功的使用, 解决了全矿临时供热问题。下面主要介绍空气源热泵热水机组推广应用:
1 空气源热泵热水机组的介绍
热泵中央热水机组是引进欧美成熟先进的热泵热水机组技术, 开发的高效、节能、安全、环保的世界性高科技热水设备。该技术是靠直接吸收空气的能量产生热水, 彻底打破传统太阳能热水器依赖太阳光直射或辐射来吸取热能产生热水方式, 改变了阴天、雨天、冷天、夜晚皆不能产生热水的缺点。
(1) 安全体现生命之本, 空气能热水箱中无任何的电热设备, 动作时只有空气的能量源源不断传递到热水箱中, 所以绝不会存在漏电、触电、爆炸、煤气中毒的危险。
(2) 节能体会财富的增值, 通行费用是电热水器的1/4、燃气热水器的1/4、燃油热水器的1/2、常规太阳能的1/2, 综合能效比COP值高达3.6-6。
(3) 环保不会向室内或室外排放废热、废水、废气等任何有害物质, 绝对环保。
(4) 无需人员值守:本系统全自动运行, 启、停无需人员操作, 节省人工费用。
(5) 无需安全审查:由于本系统不是高压、高温容器设备, 无需像锅炉一样年审, 也无需专职资质人员操作。
(6) 寿命长:使用寿命大约在10-15年左右 (传统锅炉大约在7-8年左右) 。
2 空气源热泵机组特点及外观图
产品特点:
(1) 工程安装简便, 运行及维护成本低廉。
(2) 一体式设计, 机组运行更稳定。
(3) 具有断电自动记忆功能, 来电后自动启动机组运行, 无需专人开关机。
(4) 在环境温度较低时, 微电脑自动启动化霜功能。
(5) 适用宾馆、酒店、工厂、学校浴室等场所。
3 空气源热泵机组工作原理及功能
3.1 机组工作原理
空气源热泵热水系统是由水箱空气源热泵主机和废水循环系统三部分组成。为用户供热水时, 空气源热泵系统从空气中提取低品位热能, 通过电能驱动的空气源热泵“泵”送到高温热源, 以满足用户供热水需求。
热泵机组由一个高效热泵及暴露在大气中的蒸发器组成, 由此形成空气源热泵机组。该系统的工作原理是传热工质循环, 即传热工质从空气中吸热, 到保温水箱中放热。热泵基本上有四个主要部件组成, 两个热交换 (蒸发器和一个冷凝器) 和一个压缩机及一个膨胀阀。
热泵原理:
热泵在运行中, 蒸发器从空气中的环境热能中吸取热量以蒸发传热工质, 工质蒸气经压缩机压缩后压力和温度上升, 高温蒸气通过永久黏结在贮水箱外表面的特制环形管冷凝器冷凝成液体时, 释放出的热量传递给了贮水箱中的水。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。传热工质是一种特殊物质, 常压下其沸点为零下400C, 凝固点为零下1000C以下, 该物质冷的时候是液体, 但很容易被蒸发成气体, 反之亦然。在实际运行中, 热泵中传热工质的蒸发极限温度为零下20C左右, 因此5C的环境温度对如此低的温度也是“热”的, 甚至下雪的温度, 比如说0C, 相比之下也是热的, 因此, 仍可交换一些热能。
3.2 空气源热泵功能特点
3.2.1 个性配置, 合理节能
技术节能增加1/3的蒸发器面积以更大的吸取空气中低位热源中的免费热量, 制热效率 (COP) 最高达4, 在常规运行下比其他热水设备节省75%的电能, 40%的天然气、煤气和50%柴油的运行成本。
系统节能每项机组的定型都经过国家级实验室多达3000多次的实验测试, 调试评估出机组系统的最优化配置方案及机组最合理的COP值。
3.2.2 多重保护, 更加安心
系统保护内设有高低压保护、压缩机过流过载保护, 启动延时, 水流量保护, 水温高温保护等多重安全保护!电器保护压缩机过载保护、漏电保护、接地保护、相序保护、蒸发压力超高保护、排气过高保护、进出水温差过大保护、出水超高温保护等!出厂检测系统保压、卤检、二道卤检等, 保证出厂的每台机组100%合格率!
3.2.3 科技领先, 智能体现
高冲击对流抗垢设计, 电分离水中的钙镁离子, 防止冷凝器结垢, 确保机组使用寿命延长!
3.2.4 绿色产品, 共享环保
仅用微量电能驱动, 低能源消耗, 热泵机组运行过程中没有任何污染物排放, 符合国家对能源利用、环保的要求, 属于绿色环保产品。
3.2.5 品质卓越, 优化系统
选用全球知名品牌高温压缩机, 艾柯 (ALCO) 膨胀阀, 智能芯片, 经生产技术人员优化配置, 确保机组系统运转最佳, 并同时将机组使用寿命延长达到10年以上。
3.2.6 专业安装, 更显简便
专业的安装可行性报告方案、专门派安装工程师上门指导安装、专业安装队伍, 卓越的产品由专业体现。
4 空气源热泵机组发展方向
空气源热泵是目前空调系统中能效比 (COP值) 最高的产品之一, 实际运行为3.7-4.3。
空气源热泵的使用电能, 电能本身为一种清洁的能源, 但在发电时, 消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的热泵机组的电力消耗, 与电供暖相比, 相当于减少70%以上。空气源热泵技术采用的制冷剂, 可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质。空气源热泵机组的运行没有任何污染, 可以建造在居民区内, 没有燃烧, 没有排烟, 也没有废弃物, 不需要堆放燃料废物的场地, 且不用远距离输送热量。空气源热泵机组供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统, 无燃烧过程, 避免了排烟、排污等污染;供冷时省去了冷却水塔, 避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗。所以, 空气源热泵机组运行无任何污染, 无燃烧、无排烟, 不产生废渣、废水、废气和烟尘, 不会产生城市热岛效应, 对环境非常友好, 是理想的绿色环保产品。国家十分重视可再生能源开发利用工作, 《中华人民共和国可再生能源法》已于2006年1月1日起实施;同时, 在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中, 又把大力发展和规模化应用新能源和可再生能源作为能源领域的优先发展主题。从国家立法和发展战略的高度, 对可再生能源的发展应用予以强力推动。
日前, 国家财政部、建设部发文《关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》以及《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》, 明确指出“十一五”期间, 可再生能源应用面积占新建建筑面积比例为25%以上, 到2020年, 可再生能源应用面积占新建建筑面积比例为50%以上, 这为我国空气源热泵的发展提供了良好的环境。
5 结束语
庙新煤矿于2008年11月安装运行使用至今, 该系统工作稳定, 热水供水正常, 能满足当时的设计需要, 为公司节约了能源, 减少了排放, 减少了管理成本, 为打造成一个现代化矿井, 倡导节能、减低碳排放的号召, 起到一个先进示范作用, 在本矿井使用良好的影响下, 然后是能渝煤矿、吉源煤矿、官仓煤矿相继安装投入使用, 并且反映较好, 同时重庆和贵州的一些新建矿井到我矿参观后也引进安装使用, 据了解目前有重庆恒宇矿业有限公司部分矿井也在使用该系统, 中国铝业遵义铝厂、四川宝光矿业绥阳矿井、遵义县梯子岩煤矿也有意引进使用。
虽然该设备在新建矿井目前还都是办公系统未形成的情况下安装临时使用, 但是运行使用稳定, 节能减排效果明显, 在今后可利用该设备代替未建设的锅炉设备。
空气源热泵热水 第7篇
关键词：空气源,热泵,热泵热水机
1前言
热泵热水技术是基于热泵技术之上的一种热水供应方式, 利用电能驱动将空气中的低品味热能转化成60℃热水中的高品位热能。这种方式水电分离, 无废烟废热排出, 能效比高, 具有安全环保, 节约能源等优点。
国外学者对热泵热水系统研究得比较早, 产品比较成熟。我国热泵热水机研究应用起步较晚, 还有很多亟需提高之处, 笔者根据多年的空气源热泵热水机开发经验, 旨在对家用空气源热泵热水机产品设计做简单的阐述。
2系统组成
家用空气源热泵热水机主要由热水制取系统和储热水系统组成。其中热水制取系统主要包括压缩机、冷凝器、节流部件、蒸发器及自控装置组成。
3分类方式
机组按照不同分类标准可以分为多种不同形式, 其中按照加热方式进行分类可以分为一次加热式、循环加热式与静态加热式三种。其中静态加热式又可以分为水箱内置盘管与水箱外置盘管两种。
本文仅对市场上最多的循环加热式与静态加热式空气源热泵热水机组进行简单的对比分析。
4系统原理
不同结构形式的产品设计有着不同的系统控制方案, 下面针对不同结构形式的产品作简单阐述。
4.1 循环加热式
通过图1, 可以看出, 压缩机把蒸发器吸收的热量传给冷凝器循环水中, 被加热的循环水通过循环水泵带到承压保温水箱中, 从而把承压水箱的水加热。
4.2 静态加热式
静态加热式热水机的结构形式, 需要在保温承压水箱上加工传热盘管。该方案具体又可细分为水箱内置盘管和水箱外置盘管两种结构形式。
4.2.1 水箱内置盘管式。
通过图2, 可以看出, 压缩机把蒸发器吸收的热量传给冷凝器盘管中, 高温的盘管把热量传给储水箱的水里面, 从而把承压水箱的水加热。
4.2.2 水箱外置盘管式。
与水箱内置盘管式方案不同, 传热盘管和水直接多了一层传热介质水箱内胆。该结构方案设计下, 要注意盘管与水箱内胆紧贴, 还要注意盘管间距, 管间距太小, 冷凝管利用效率较低, 管间距太大则冷凝换热面积不够。笔者通过试验证明, φ80.5的铜管, 管间距在22mm时较为合理。水箱设计方案如图3所示。
5系统性能、加工工艺及成本比较
5.1 系统性能比较
系统性能的好坏将关系到产品的使用可靠性及经济性, 上述几种不同形式的系统其性能也存在较大的差异。
在产品的设计开发过程中, 可靠性应该是放在首位的。而在热泵热水机系统当中, 压缩机的可靠运行又是我们考虑的重中之重。在国内目前的热泵热水系统中, 大部分是采用R22冷媒的转子式压缩机。对于这种压缩机, 其运行时的高压侧压力应控制在2.65MPa以下。否则, 将超出压缩机的运行范围, 压缩机的高压侧压力长时间的2.65MPa以上时将会严重的影响压缩机的使用寿命。
在上述几种方案中, 循环加热式热泵热水机由于冷凝器一般使用的是板式换热器或套管式换热器, 其换热效率高, 传热温差小 (由于传热量Q=kAΔt, 当传热量Q与换热面积A一定时, 传热系数k越大则传热温差Δt越小) 。当需要同样温度的热水时, 其相应的冷凝温度较低, 冷凝侧压力也会较低, 不会减短压缩机使用寿命。静态加热式 (水箱外置盘管式) 热泵热水机, 由于其传热过程是先将冷媒携带的热量传递给铜管外壁, 然后再传给水箱外壁, 再经过水箱内胆传递给箱体内静止的水。此时, 传热热阻相当大 (特别是水箱内胆传递给箱体内静止的水这一过程的热阻非常大) , 要想的到相同温度的热水就需要较大的传热温差。此时, 其所要求的冷凝温度也相对较高, 冷凝侧压力也会随之变高, 当要制取60℃热水时, 其高压侧压力将会超过2.7MPa, 此时将严重影响压缩机的使用寿命。静态加热式 (水箱内置盘管式) 热泵热水机, 由于冷凝管直接放置于所需加热的水中, 其换热效率较高, 传热温差较小, 冷凝侧压力相对较低, 也不会影响到压缩机的使用寿命。但是, 由于一般的冷凝管均为铜管, 放置于水中容易产生铜绿, 严重影响换热效率, 从而增大其传热温差, 长时间使用后同样会使高压侧压力偏高而影响压缩机的使用寿命。此外, 当铜管被腐蚀后水会进入系统, 从而严重危害压缩机的使用寿命。
在经济性方面, 由于循环加热式热泵热水机冷凝器一般使用的是板式换热器或套管式换热器, 其换热效率较高, 使用经济性较好。但是由于系统中有一循环水泵需要消耗一定的功率, 因此会对使用经济性有一定的影响。静态加热式 (水箱外置盘管式) 热泵热水机, 其换热效率最低, 使用经济性最差, 特别是当水箱内壁产生水垢及长时间使用后由于冷凝铜管与水箱外壁膨胀系数不一致导致冷凝管与水箱外壁接触不佳等原因造成的效率下降更为明显。静态加热式 (水箱内置盘管式) 热泵热水机, 由于冷凝管直接放置于所需加热的水中, 其换热效率最高, 但是长时间使用后由于铜管产生铜绿, 会严重影响加热效率, 长时间来看经济性也不是最好。
5.2 加工工艺比较
循环加热式热泵热水机的结构形式对水箱的制作工艺要求不高, 就在一般的承压水箱上加两个循环水管接头即可。对主机而言, 只需把压缩机、蒸发器、冷凝器、节流部件和循环水泵有序连接起来即可。静态加热式 (水箱内置盘管式) 热泵热水机的结构形式对水箱的制作工艺要求较高。首先, 水箱内部的冷凝管需要支撑管支撑, 制造有一定难度;其次, 盘管和端盖的密封为铜-钢焊接, 焊接有一定难度。静态加热式 (水箱外置盘管式) 热泵热水机的结构形式对水箱的制作工艺要求最高。由于冷凝管要紧密的等间距的缠绕于水箱外壁, 以确保其换热效率, 在加工工艺上有一定的难度。
5.3 成本比较
循环加热式热泵热水机较其他两种结构形式的家用热泵热水机相比, 少了水箱内的盘管, 多了一个板式换热器 (或套管式换热器) 与一个循环水泵。由于板式换热器 (或套管式换热器) 与水箱内的盘管的成本相差无几, 因此循环加热式热泵热水机较其他两种结构形式的家用热泵热水机的产品成本相对会高出一个循环水泵的价格。
6总结与展望
通过上述分析介绍, 笔者认为, 循环加热式家用空气源热泵热水机, 冷凝器换热系数高, 制造工艺不复杂, 但是零部件成本高 (需要一个高质量的屏蔽式循环热水泵) ;系统防冻结要求高, 在低温环境中, 循环水系统一旦被结冻, 循环水泵等重要零部件可能会被冻裂。静态加热式家用空气源热泵热水机, 对于水箱内置盘管式承压水箱, 盘管易泄漏, 存在安全隐患;一旦盘管泄漏, 冷媒系统就会进水, 系统就没有可维修性, 代价很大。对于水箱外置盘管式承压水箱, 主要是要注意盘管与水箱内胆紧贴性;当然该方案中, 冷凝器传热效率不是很高, 但系统运行安全, 安装简便, 具有成本优势。
目前, 家用热泵热水机的开发还处于初级阶段, 还存在以下几个需要完善的方面: (1) 空气源热泵热水机在低温下制热水效率不高的问题。 (2) 循环加热式热泵热水机在低温下的防冻结问题。 (3) 水箱设计不佳导致的水箱有效容积率 (水箱放出的有效热水与水箱容积之比) 低的问题。 (4) 静态加热式热泵热水机水箱内温度梯度大的问题。 (5) 静态加热式热泵热水机存在冷媒存积的问题。
参考文献
[1]唐文涛, 罗刚, 王瑞祥, 等.家用空气源热泵热水器实验研究[J].流体机械, 2005, 33 (增刊) :53-56.
[2]黄逊青.家用空气源热泵热水器制冷系统安全要求探讨[J].中国制冷学会2005年制冷空调学术年会:332-336.
空气源热泵热水 第8篇
空气源热泵热水器是按照“逆卡诺循环”的原理进行工作的。热泵制热工作原理与空调制冷工作过程正好相反。根据逆卡诺循环工作原理, 一台供热系数为3.4的热泵热水器, 其消耗的电能为1 k W时, 产生的热量为4.4 k W, 把这些热量输送到保温水箱可为建筑提供热水供应, 其耗电量只是相同功率下电热水器的22%左右。同时空气源热泵热水器不需要阳光, 因此可放在室内或室外。一般的太阳能热水器当储存的水用完之后, 很难马上再产生热水, 采用电加热又需要较长的时间, 而空气源热泵热水器只要有空气, 温度在0℃以上, 就可以24 h全天候承压运行。同时它也能从根本上消除了电热水器漏电、干烧以及燃气热水器使用时产生有害气体等安全隐患, 克服了太阳能热水器阴雨天不能使用及安装不便等缺点, 具有高安全、高节能、寿命长、不排放毒气等诸多优点。其热水制取的工作原理如图1所示[1]。
2 空气源热泵热水器节能效果计算
2.1 热水需求量计算
本项目为一大型企业医院项目, 项目规划病床数1 200床, 项目总占地面积44 747.3 m2, 总建筑面积179 000 m2 (其中地上建筑面积125 000 m2, 地下建筑面积54 000 m2) 。项目建设内容主要包括医院门急诊楼、医技楼、住院大楼、传染病楼、后勤保障楼、高压氧舱房、体检及科研办公大楼、生活综合楼及围墙、门岗、垃圾处理站、污水处理站以及道路广场、绿化、公用工程、医疗设备等。项目总投资100 000万元。该项目的主要耗能系统包括空调通风系统、照明系统、电梯系统、医疗设备、热水供应系统等。根据项目的实际情况, 本项目的热水供应系统供热量计算见表1。
根据表1统计计算结果表明, 该医院每年需要60℃的热水量总计为25.75万m3。
2.2 节能量及能耗成本计算
自来水的平均温度为20℃、热水供应平均温度60℃, 把25.75万m3的水从20℃加热到60℃, 每年则所需的加热量为:
其中, Q为年需要供热量, k J/年;cp为常温下水的定压比热, 取4.2 k J/ (kg·℃) ;ρ为水的密度, 取1 000 kg/m3;tin为自来水平均温度, ℃;tout为热水供应平均温度, ℃。
如采用电加热器供应热水, 取电加热器的效率为ηpower=95%[2], 则年耗电量为:
其中, Gpower为年耗电量, 万k Wh/年;qpower为每千瓦时电能供热量, 取3 600 k J/k Wh;ηpower为电热水器效率, 取95%[2]。
如采用燃气热水器供应热水, 则年消耗燃气量为:
其中, Ggas为年燃气消耗量, Nm3/年;ηgas为燃气热水器的效率, 取95%[3];qgas为燃气的低位热值, 取qgas=35 280 k J/Nm3[4]。
如采用空气源热泵热水器热水供应, 其年耗电量为:
其中, Ghp, power为热泵系统年耗电量, 万k Wh/年;qpower为每千瓦时电能供热量, 取3 600 k J/k Wh;COP为空气源热泵热水器的性能系数, 取3.2。
根据上述计算结果, 采用电加热器、燃气加热器和空气源热泵加热器, 其能耗量见表2。
计算结果表明:采用空气源热泵热水器进行供热, 其能耗成本与电加热器相比降低70.3%;与燃气热水器相比其能耗成本降低约51.8%, 可以看出空气源热泵热水器具有良好的能耗成本降低效益。
3 空气源热水器经济效益评估
本项目热水系统全部采用空气源热泵热水系统, 其系统总额定输入功率假定为1 000 k W, 与使用电热水器相比, 设备投资增加约640万元。按民用电0.58元/k Wh计, 每年节约电量为889.4万k Wh, 本项目使用空气源热泵热水器的年经济效益为515.85万元, 则其投资回收期为:1.24年。考虑到系统的维护及其运行费用, 其投资回收期不会超过2.5年, 因此空气源热泵热水系统具有较好的投资收益率。
参考文献
[1]陆亚俊, 马最良, 邹平华.暖通空调[M].北京:中国建筑工业出版社, 2006.
[2]艾效逸, 傅忠诚, 詹淑慧, 等.燃气热水器的理论效率及其计算[J].煤气与热力, 2007, 27 (3) :30-35.
[3]杨晚生, 韩海涛, 辛云岭, 等.绿色建筑应用技术[M].北京:化学工业出版社, 2011.
空气源热泵热水 第9篇
关键词：空气源热泵,热水器,冷凝口
(一) 热泵热水器的工作原理
热泵作为一种热量传递和转移的方法已被广泛应用于空调制冷行业, 如冰箱和家用分体壁挂机。冰箱在工作时, 热量被从低温的冷藏室和冷冻室中转移到温度较高的房间空气中;而分体壁挂机夏天制冷运行时, 热量则被从温度较低的室内转移到温度较高的室外空气中, 分体壁挂机冬天制热运行时, 热量则被从温度较低的室外转移到温度较高的室内空气中来。其基本热力学原理表示如下:
根据热力学第一基本定律:能量既不能创造, 也不能消亡, 而只能从一个物体转移到另一个物体, 或从一种形式转变成另一种形式。热泵并没有创造或产生热量, 只是把热量QC从低温热源 (如对冰箱而言的冷藏箱或冷冻箱, 对制冷运行的壁挂机而言的室内空气) 转移到高温热源 (如对冰箱而言的房间空气, 对制冷运行的壁挂机而言的室外空气) , 低温热源失去的热量QC都被释放到高温热源中去。
根据热力学第二基本定律:热量自发地从高温流向低温, 不可能把热量从低温物体传至高温物体而不需要附加条件。热泵在把热量QC从低温热源转移到高温热源过程中所需要的附加条件就是要消耗功W, 又根据热力学第一定律, 消耗掉的功W并没有消失, 只是也转变成热量并释放到高温热源中, 这样高温热源得到的热量QH就等于QC和W之和。
一般从低温热源中转移出的热量QC要大于消耗的功W, 由此可见, 高温热源通过热泵原理所获得的热量QH要远大于所消耗掉的功W。热泵热水器只不过是利用热泵原理把从低温热源 (如空气、水或土壤等) 中所转移出的热量传递到高温热源-生活热水中去罢了, 在原理上与冰箱和空调没有本质区别, 只是具体应用层面上的差异。若低温热源为空气则称为空气源热泵热水器, 若低温热源为水则称为水源热泵热水器, 若低温热源为土壤则称为地源热泵热水器, 本文以下内容中所提及的热泵热水器均指空气源热泵热水器。
空气源热泵热水器也采用了如下图所示的蒸汽压缩式热泵循环。
从压缩机2中排出的高温高压的制冷剂气体进入冷凝器3中与生活用水进行热交换, 制冷剂温度下降被冷凝成液体, 而生活用水的温度则被升高, 冷凝成液体的制冷剂经节流阀4变成低温低压的制冷剂并进入蒸发器1中与环境空气进行热交换, 制冷剂从环境空气中吸热被蒸发成低温汽体并被压缩机2吸入。在此循环过程中, 制冷剂液体在蒸发器1中蒸发时从低温热源 (环境空气) 中吸收热量QC, 然后通过压缩机压缩进入冷凝器中, 在压缩过程中制冷剂又吸收了压缩机功耗转换而来的热量W, 最终这两部分热量之和QH在冷凝器中被传递给了生活用水, 使得生活用水温度升高。一般此热泵循环的热效率 (压缩机每消耗1KW的能量, 能把多少倍的热量传递给生活热水) 根据不同的环境温度和生活热水温度在2~5之间变化, 也就是说热泵热水器每消耗1KW的电能所产生的热水加热量, 相当于2~5KW电热水器所产生的热水加热量。
(二) 空气源热泵热水器的应用技术分析和产品结构形式
1. 出水温度和制冷剂
从以上热泵循环过程可知, 热泵热水器可以提高生活用水的温度, 而一般与人体皮肤直接接触的最适宜热水温度在40~45℃之间, 因而热泵热水器要能满足洗浴等一般生活热水需求, 必须至少能把出水温度升高到50℃以上, 另外考虑到一些应用场合会要求超过50℃的生活热水, 最合适的热泵热水器是要能产生60℃以上的出水温度。而这一点主要受到制冷剂参数和压缩机性能及供应的限制, R22、R134a、R410a和CO2是目前热泵热水器最常用的几种制冷剂。
从国内外的热泵热水器发展现状来看, 应该说R134a的应用逐渐已替代了R22, 除了环保要求的原因外, R134a能产生较高的出水温度及压力较低应是主要因素。R410a和CO2因压力较高应用相对较少。
2. 用水方式和产品类型
生活热水主要有两种典型的用水方式, 一种是连续长时间大量用水如淋浴, 另一种是短时间少量频繁多次用水如洗手。目前市场上主要有两种类型的热水器:快速热水器和容积式热水器。
快速热水器是指冷水在从流进热水器到流出热水器的极短时间内就被加热到所需热水温度, 最常用的就是燃气快速热水器, 也有电快速热水器, 其优点是即开即用、无储水热损失、体积小、占地面积小、安装方便、价格较低。缺点是不太合适第二种用水方式, 一般也不能供多个用水点同时用水, 有最低供水压力限制要求, 另外对能源输入能力也有较高要求, 比如若使用电快速热水器则配电能力至少也要6~8KW以上。
容积式热水器则使用一个大容积的承压水箱把热水器产生的热水先储存起来, 等需要时再放出来使用, 最常用的就是容积式电热水器, 也有燃气容积式热水器, 其优点是适用于任何一种形式的用水方式, 可作为热水供应中心来满足多点同时用水的需求, 水温稳定, 无水压限制, 所需的能源输入能力也较小, 一般小于同样用途的快速热水器, 以家用容积式电热水器为例, 配电功率只需1KW以上就可满足使用。缺点是要提前启动热水器来加热水箱中的水, 有保温热损失, 水箱占用空间大, 运输安装不方便, 价格也较贵。
热泵热水器由于需要压缩机工作时才能产生热水, 而压缩机又不能象燃气燃烧器或电加热管一样频繁起停, 因而热泵热水器只能采用容积式的结构形式来既满足频繁用水的要求又保证压缩机的起停次数限制。
3. 蒸发器结构形式
热泵热水器的蒸发器主要有三种形式:强制空气对流换热翅片式盘管 (与空调换热盘管类似) , 自然空气对流换热平板 (与冰箱散热板类似) , 太阳能加热平板 (与平板式太阳能吸热板类似) 。后两种蒸发器结构因加工工艺复杂, 吸热能力小 (只适用于家用小型机) , 安装不方便, 除霜困难, 因而很少采用。而翅片式盘管加工工艺成熟, 工作可靠, 能适应各种大小换热量的要求, 故应用最广泛。
4. 冷凝器常用结构形式和布置方式
(1) 冷凝器与水箱分开布置, 水泵带动水箱中的水经过冷凝器并升温, 冷凝器可采用套管式、板式或壳管式等。
优点–热泵完全同水箱分离, 水箱和冷凝器可单独更换;水箱内无结垢问题, 只要不漏水即可长期使用;水箱可使用各种普通保温热水箱, 不需专门定制;容易实现根据水温对冷凝压力的控制;能用于各种加热能力的热泵热水器。
缺点–需要水泵;冷凝器结垢会比较快且除垢困难;水泵一旦循环会导致水箱内的冷热水混合加剧而破坏水温分层, 导致水箱顶部的水温下降, 使得水箱顶部的出口供水水温降低, 也就降低了水箱的热水产率。
(2) 冷凝器与水箱一体布置, 采用浸泡式盘管等形式的冷凝器直接加热水箱内的水。
优点–不需水泵;水箱内传热均匀;压缩机启动运行时不破坏水温分层, 不影响热水产率, 且优先加热水箱顶部的出口水温。
缺点–水箱和冷凝器一体, 一旦任一部件损坏必须一同更换;整个水箱部件需定制;只适合用于小加热量的热水器;冬天冷水温度较低且刚启动时较难控制冷凝压力。
5. 系统结构形式
(1) 整体式结构, 水箱、压缩机、冷凝器 (包括水泵) 、蒸发器 (包括风机) 和冷媒系统、电控等所有部件都集合在一起成为一个整体。
优点–整装出厂容易保证产品质量, 且现场安装工作量小, 对安装工人的技术要求相对较低, 只涉及到水路和电路连接;热水器既可室内安装也可室外安装, 若安装在室内在夏天还可用来降低其周围环境温度和湿度。
缺点–考虑到水箱尺寸不能太大, 只适合加热量小和水箱容积小的家用或轻型商用热水器采用;若安装在室内而冬天又需要采暖的话, 蒸发器排出的冷气就会成为负荷而起不到节能效果;安装在室内时会有压缩机和风机运行的噪音, 且对安装空间有最小尺寸限制, 不能安装在壁柜等狭窄空间内。
因家用或轻型商用热泵热水器的压缩机和蒸发器等部件尺寸比较小, 一般就直接把这些部件布置在水箱顶部, 并设计成圆筒状以减小占地面积, 如下图所示。
(2) 半分体式结构, 将压缩机、蒸发器及其风机系统和相关冷媒系统、电控组成一个独立的部件, 水箱和冷凝器 (包括水泵) 等其它部件则集合在一起成为一个另一部件。
优点–现场安装方式布置灵活, 水箱部件和蒸发器部件即可同时安装在室内, 也可同时安装在室外, 或一个部件安装在室内另一个部件安装在室外;水箱部件对室内安装空间也没有特别要求, 可安装在壁柜等狭窄空间内以配合装修, 而蒸发器部件则可安装在室外以完全避免机组运行噪音对室内的影响。
缺点–现场安装调试较复杂, 除水路和电路连接外, 还涉及到冷媒管路连接;考虑到水箱尺寸不能太大, 只适合加热量小和水箱容积较小的家用或轻型商用热水器采用;若压缩机蒸发器部件放在室内时噪音会较大。
(3) 分体式结构, 除水箱外, 将压缩机、冷凝器 (包括水泵) 、蒸发器 (包括风机) 和冷媒系统、电控等其它所有部件集合在一起成为一个整体, 大多数情况下热泵热水器厂家并不提供标准配置水箱, 而是根据不同客户的工程实际情况另行购买水箱。
优点–现场安装方式布置灵活, 水箱和热泵本体即可同时安装在室内, 也可同时安装在室外, 或一个部件安装在室内另一个部件安装在室外;现场安装相对较简单, 只涉及到水管路和电路连接;水箱与热泵本体之间的安装距离没有限制;水箱容积可灵活配备来满足不同热水需求, 比如一台小型热泵热水器也可能通过配一个大水箱来满足短时间超过其能力十几倍的大量热水需求;热泵本体也可根据需要安装在常年需要制冷的房间内来利用制热水时的免费冷量, 而此时仍可将大尺寸的水箱放在室外以免占用室内空间;适合各种大小加热能力的热泵热水器采用, 大型热泵热水器一般采用此种形式。
缺点–每个工程项目都需要专门订购水箱;热水器若室内安装时, 噪音会比较大;除了冷热水进出水路外, 还需要安装热水循环管路。
通常室外安装的产品形式如下图所示 (蒸发器风机一般采用轴流风扇) , 国内商用热泵热水器大多采用此种结构形式:
通常室内安装的产品形式如下图所示 (蒸发器风机一般采用离心风机) , 国外商用热泵热水器大多采用此种结构形式:
(三) 热泵热水器的经济性分析
热泵热水器在市场上的竞争对手主要是太阳能热水器、天燃气热水器和电热水器, 热泵热水器仅热效率较高并一定意味着经济性好, 关键是要根据不同的能源价格比较其实际使用费用的差异。
以下的经济性分析以广州地区的气候和能源价格为基准进行, 考虑到不同季节的环境温度和水温不同会对热水器的运行效率和使用费用产生明显影响, 将全年分为夏天、冬天和过渡季节三种气候进行热水器的年运行费用核算, 其中夏天按5个月、冬天3个月、过渡季节4个月进行计算, 夏天的自来水平均进水温度取25℃, 热泵热水器平均效率取3.5, 冬天的进水平均温度取10℃, 热泵热水器平均效率取2.5, 过渡季节的平均进水温度取20℃, 热泵热水器平均效率取3.0。热水供水温度则按55℃进行核算。下表是各种形式热水器的年使用费用对比:太阳能热水器按一年有120天时间完全靠电加热来加热热水 (夏季、冬季和过渡季节各40天) , 其余时间则完全由太阳能加热热水。
从上表可得出以下结论:
(1) 空气源热泵热水器与电热水器相比, 具有明显的经济性。
(2) 空气源热泵热水器与天燃气热水器相比也具有一定的经济性, 再考虑到管道天燃气价格的不断上调和燃气热水器安装位置的限制, 热泵热水器与天燃气热水器相比在市场上将有不错的竞争力。
(3) 热泵热水器与太阳能热水器相比, 并无明显的经济性, 但因太阳能热水器在城市内的安装位置受到限制, 且加热能力受天气影响较大、不如热泵热水器供热水能力稳定, 在城市内应用, 热泵热水器与太阳能热水器相比在市场上也将有不错的竞争力。
(4) 因家庭热水用量比较小, 家用热泵热水器的经济性不如商用的明显。
参考文献
[1]Graham Morrison.Heat Pump Water Heaters.Sydney:The University of New South Wales, 2004.
空气源热泵热水 第10篇
太阳能在热水系统中的作用是将太阳辐射转变为热能, 是永不枯竭的清洁再生能源, 有着明显的节能优势, 但也有着明显的局限性:能量密度低, 不能满足瞬时加热;辐射照热量受地理位置、季节、气候、天气等因素的影响大;太阳能集热器位置对建筑的影响大等等;且仅在日照系数大于1400h/a且年太阳辐射量大于4200MJ/m2、年极端最低气温不低于-45℃的地区宜优先采用。在不允许热水供应间断的场所, 太阳能热水供应系统应设辅助热源。空气源热泵是通过吸收空气的热量来制热, 虽然在运行过程中需要消耗一定的电能, 通常空气源热泵能效比可达3.0~4.0。但相对太阳能也具有自身的优势:受天气影响较小, 在最冷月平均不小于10℃的地区, 可不设辅助热源;初次投资相对小;对建筑影响较小等。福建地区属于夏热冬暖气候但太阳能资源相对一般的地区, 年太阳辐射量为4200~5400MJ/m2, 月平均气温≥10℃、日照时数≥6h的天数为150~200d。因此福建地区最常见的做法就是太阳能-联合空气能热水。这样能使优势互补, 既能实现最大的节能, 又能保证全天的热水。本文就结合某个职工宿舍的设计实例, 根据具体工程提出热水系统的具体思路, 与同行们一起探讨热水系统的系统选型、计算及控制。
1工程概况
该项目位于福建福州市, 九层III类集体员工宿舍, 楼高28.5m, 总建筑面积为5685m2。共有宿舍160间, 每间4个床位, 每间宿舍配有独立卫生间, 定时早上6∶00~8∶00, 傍晚18∶00~20∶00开放两次热水供淋浴, 热水采用直热式空气源热泵、太阳能的强制循环集中热水系统。
2太阳能系统选择
在工程设计中, 设计用水量、太阳能保证率、初期投资和可设置集热器的建筑位置这些因素决定集热器的面积。其中可设置集热器的建筑位置是客观因素, 在排除客观因素下, 我们选择太阳能、热泵的原则应是优先地利用太阳能, 同时避免空气源热泵设备常时间的闲置, 再与初期投资达到一个平衡。
福建福州地区地处纬度为26°08′, 夏季太阳辐射量资料年平均日辐射量为12.32MJ/d·m2 (根据中国气象局信息中心气象资料室1971~2003年实测气象数据) 。本工程热水量设计日用水量 (取最高日用水量下线值) 40L/ 人·d, 冷、热水温度分别取15℃、55℃, 太阳能板按正南向顺坡26°摆放, 太阳能按保证率取50%, 集热器年平均集热效率按60%计, 贮水箱和管路热损失取15%, 计算得出直接加热集热器面积为335m2, 按计算得出的集热器面积, 对比太阳能在不同季节的保证率, 如表1:
3空气源系统选择及设备选型
从表1中数据可得, 所选用的太阳能全年的保证率相对较高, 为避免空气源热泵选型过大, 造成浪费, 建议将热泵在不同的季节, 采用不同的工作时间来降低热泵供热量, 空气源系统选择及设备选型详表2:
福州地区最冷月平均不小于10℃, 采用空气源热泵系统可满足全年的热量要求, 可不再设置其他的设辅助热源, 但考虑到冬天阴雨的极端天气, 本设计设置电辅助加热来保证极端天气的热水量, 并通过电加热起到消毒的作用。
4热水箱容积计算
为了保证用水点供水的连续性及稳定性, 常设计成集热水箱与供热水箱双水箱供水。集热水箱能及时把达到设计温度的热水放到供热水箱, 降低集热水箱内的初始水温, 提高了集热效率;供热水箱的补水是由集热水箱供给, 提高了供热水箱的初始水温, 保证了系统水温的稳定性。但是系统设置了两个水箱, 提高了系统造价及增加了水箱的占地位置, 且增加了二次污染。本工程以一个供水箱来设计, 系统为定时供应系统, 水箱容积为最大时段 (傍晚18∶00~20∶00) 的全部热水量 (按最高日用水量的70%来考虑) 计算得V=40× 160×4×0.7/1000=17.92m3, 取18m3。
5系统控制
热水系统为图1所示, 系统控制要点如下:1热水箱补水由生活水池提升泵补给 (电动阀液位控制) , 早上8∶00开始补水; (水位保护:保证水箱水位不低于20%, 如果低于20%, 自动加水至100%) 。2供热水箱的热量补充由空气源热泵 (直热式) 及太阳能联合供给, 当集热器出水温度T3高于热水箱T1达到7℃时, 太阳能循环泵启动, 两者温差达到3℃时, 集热循环泵关闭。3从节能上考虑, 为避免夜间水箱带着大量的热水过夜, 造成不必要的热损耗, 在夜间把水位设置在最高水位的50%处, 高于此水位, 在早上6∶00前冷水进水管强制关闭。早上 (6∶00~8∶00) 热水水量仅为最高日30%左右, 为了优先利用太阳能, 应推迟热泵的开启时间。 早上 (6∶00~8∶00) 用水过后, 水箱仅储存最高日用水量20%, 到下个时段用水还需热水量50%。按冬季在阴天不考虑太阳能制热的情况下全用空气能热泵加热一整天热水需14h, 还剩50%的热水需加热14×0.5=7h左右 (乘以一定的安全系数) , 故在傍晚 (18∶00~20∶00) 使用前8h使用热泵, 即热泵设定在10点开启, 开启后再判断若热水箱温度T1小于52℃, 启动热泵循环泵继续运行;当热水箱温度T1大于56℃, 关闭热泵循环泵;当然还可以根据不同的季节来设置热泵开启时间时间。4由于是定时供应热水, 管路系统循环泵没必要一直开启, 故热水给水回水管的温度T2在热水系统开放前1h低于设定值 (46℃) 且供热水箱的温度高于51℃ 时启动热水回水泵, 直至T2达到设定值 (50℃) 时停泵;集热板采取防冻措施, 当集热板的温度低于2℃时, 启动太阳能集热循环泵, 直至集热板的温度达到7℃。
6集热器的防冻及防晒
当集热板的温度低于2℃时, 启动太阳能集热循环泵, 直至集热板的温度达到7℃;当水箱水温高于70℃, 强制关闭太阳能集热循环泵。
7保温
本系统水箱储存了最高日最大时段热水量, 定时早上6∶ 00~8∶00供应的热水绝大部分是要一个夜间的储存保留下来, 为了尽量地减少热损耗, 系统的保温很重要。常用做法是屋面热水箱均外包橡塑保温材料 (50mm) 及铝板 (0.5mm) 保护。
8集热水箱的消毒
由于热水系统在经过加热设备, 热水管道及用水器具的使用过程中, 可能产生军团菌等及其他微生物污染, 且本系统水箱储水量较大, 热水停留时间长, 循环不充分、水温不均匀, 特别容易引起二次污染。故应控制设计热水水温55℃, (此温度基本满足使用及防治军团菌的要求) , 且应选用内表光滑不生锈、不结垢的管道及阀件。必要时设计电辅助加热, 定时启动电热水器, 在下半夜, 启动电热水器将热水水温升高至70℃, 开启管道循环回水泵让高温水在管路及设备中循环, 在回水水温达到65℃后, 保持运行5min杀灭军团菌等, 已达到消毒的目的, 定期消毒运行可考虑每月一次。
9结束语
因各地生活习惯、气候情况差异、设置的出发点及设计思路的不同, 太阳能集热器和空气源热泵系统的设置也多种多样, 因此具体工程还需具体分析。但一个合理的系统一定要优先利用太阳能, 同时避免空气源热泵设备常时间的闲置, 且达到与初期投资的一个平衡。只有因地制宜地进行正确选型、合理设置控制原理, 才能尽可能地发挥出节能设备的运行效益。以上是对太阳能及空气源热泵系统的一些浅显的认识及体会, 不足之错还请同行批评指正。
参考文献
[1]B50015-2003 (2009版) 建筑给排水设计规范[S]
[2]王增长.建筑给水排水工程 (第六版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2010
