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常见的空气源热泵的种类
2019-01-06 18:52

 
一、家用空气能热水器
 
        常规的家用空气源热泵主要是指一些输入功率在5匹以下的空气能热水器,它的特点是产水量较小、价格低、可靠性好、适用范围广。家用空气能热水器主要有三种典型的工作方式,分别为氟循环分体式、水循环分体式和氟循环一体机式。当然在这三种形式之外还有不少其他的形式的家用空气能热水器,但目前这三种形式占了绝大多数的市场份额,所以下面重点介绍这三种。
 
1.氟循环分体式空气源热泵
     分体式是热泵主机和水箱分离的一种结构形式。这种热水器占家用热水器的80%以上,它的典型的特点就是热泵主机与集热水箱的热传递是靠工质(氟)循环来传热的,机器的冷凝器是放在水箱里,一般是些换热管道安装在水箱中,也有的为了防止腐蚀,把换热管绕在水箱内胆的外桶壁上。它的优点是机器结构简单、成本比较低廉,所以被广泛采用。但也有一些明显的缺点:首先它的安装和维修比较困难,往往要求技艺较高的工人才能完成,这就抬高了它的成本;由于工质是不能暴露在大气中的,且哪里密封被破坏,工质马上泄漏,所以它的故障率也比较高; 另外它的换热器是用铜管做成盘管式的,换热效果比较差,远不如专业的换热器;而且铜管比较容易腐蚀,一且铜管被腐蚀穿孔后,水进人压缩机中心造成压缩机报废。现在很多厂家改用不锈钢管做水箱的内盘管,虽然解决了被腐蚀的问题,但普通的不锈钢盘管的传热效力更差,只有紫铜管的1/20,钢的1/4。虽然通过减小管壁的方式来增加传热的效果,但还是无法弥补这方面的不足。
 
2.家用水循环空气源热泵
 
       这种热水器目前用的也比较多,它把工质循环放在主机里面,通过内置的换热器进行换热,效率比较高,这样外界的水箱和主机的热量主要通过水来传递了,水可以在一般的环境下以液体的形式存在,水的泄漏并不影响机器的正常工作,对安装的技术要求就比较低,故障率也比较低。运行比较安全。装水管水电工就可以安装空气能热水器了,安装和维修比较方便,可以节约人工成本,对普及空气能热水器起了推动的作用。它的缺点是一般情况下还要多加一个循环水泵,这样成本就会高一些。
 
        随着国内高质量的廉价水泵的推出,这种水循环空气能热水器市场所占比例也不断扩大。水循环热水器还有一个长处,就是可以和太阳能热水器连接,形成“太空能”热水器,这种热水器的理想效率可以达到节能94%以上。加之我国已经拥有1.3亿台家用太阳能热水器,所以市场很大。从国家不断加强能源节能的角度来预测,这种“太空能”热水器今后可能成为人类热水器的最终产品。
 
3.家用一体式空气源热泵

       图1-8 (c)所示的一.体机将水箱置于机器的底部,把工作部分放在机器的上部,这种布置机器的维修就方便多了。当机器下部的水箱进满水后,机器就稳定下来了。图1-8(b)是一体机的进步开发,它可以将比较热的空气引人空气能机器内,使得空气能吸收热量更多,同时又可以将被吸热的、温度降低的空气引到房间或者厨房里,降低那里的温度。广东很多公司大量出口到瑞士的空气能热水器,就是这种类型,它的能效比会更高。还有一些方形的一体机,如图1-8 (d)所示,外形不一,对建筑的装饰有定的作用,在占位方面和圆形的是一样的,但内部的部件安装就比较灵活,比如可以是双内胆的,一个高温一个低温,这样更节能,压缩机和风扇等其他部件的安放空间就更大了,可以安装较大面积的蒸发器。图1-8 (a) 是目前新出现的璧挂式-一体机,它的内胆是60L的,重量比较轻,适合家庭人口3~4人使用,也可以作为阳台式太阳能热水器和屋顶式太阳能热水器的辅助加热设备,可以达到节能90%以上的效果。这种产品对于目前城市大面积的集中式太阳能供热小区的用户,作为人户辅助加热的装置是十分合适的。
       一体机的优点是结构比较紧凑,工质流动就在机器内部,这样就克服了外界干扰造成的故障,比如氟循环常见的输送工质的铜管被碰动造成漏气的现象,所以故障率比较低。氟循环机由于传递工质的管道比较长,造成热量的散失,因此从理论方面分析,它的效率高于氟循环。还有一个优点就是它的安装很方便,一个工人只要将机器上的两根水管接上,通电就可以使用了,在人工成本逐渐高升的今天,这个特点很突出,正是如此,一体机才有逐步取代分体机的趋势。
 
二、商用空气源热泵
 
       对于较大功率的空气能热水器,我们一般称为其商用空气能热水器。商用空气能热水器的规模般在3~20匹范围内,如热水需求量大,一般采用多机井联的方案。
 
①商用机一般采用专用的热交换器,配合外置的水泵形成换热系统,常用的换热器有套管式、板式、壳管式换热器等,效果都比较好。
 
②商用机的节流装置形式比较多,除了较小的机种采用毛细管节流器外,大部分都采用热力膨胀阀,这两种方式是比较可靠的。目前也有相当部分果用电子膨胀阀等较高级的节流阀。采用这类节流阀,提高了热泵的能力,但也降低了系统的可靠性,加大了维护维修的难度,所以选用时要慎重。
 
③在压缩机方面,大多选用美国谷轮涡旋式压缩机。从2.8kW (3匹)到21.5kW(25匹),电源一般是三相的。
 
④蒸发器的分布常用的有两种形式,V形安装和L形安装,也有一部分是W形安装的,安装的形式主要是根据蒸发量的大小来确定的,3~ 10匹的空气能使用L形的布局较多,10匹以上的空气能,大多采用V形和W形的布局。其中L形的较简单、价格较低。在风扇布置上一般都采用顶出风的方式,这样在布局上比较合理,但无法防雨,往往还要增加防雨设施。也有部分小功率的机子采用侧吹风的,这种机子的成本高一点,但对保护机器的部件有好处。
 
⑤商用机的控制部分功能就比较多,在机器保护、运行控制、除霜、显示、故障告警等方面功能都比家用机要更完整。
 
⑥商用机由于价值较高,空间也比较大,所以还有不少制造商根据用户情况增加了一些功能,如增焓运行、智能化霜等。

三、直热循环型空气源热泵

       家用和商用的都有,它的类型与家用,商用基本样。唯一不同的就是直接输出用户设定温度的热水,而不像其他的热水器要经过一段时间的热量循环传递,水箱里的水慢慢升到设定温度才能使用。它的特点如下。
 
①可以及时提供热水,在某种情况下,减少了水箱的散热损失,比较节能。但也存在水箱水热量散失后要靠电加热等进行辅助加热的情况。
②机器进出水的温度比较固定,机器就可以处在一种比较恒定的工作状态下,压缩机的功耗比较小。同时也克服了循环机组存在的水温在高温段循环加热时效率降低的缺点。所以与循环式比较,从理论上看是比较节能的。
 
③但为了达到这一目的,空气能的自身制热能力要求大一些,否则在较低温度下它的制热能力就不足了,机器部件的配置就要充裕一些,机器的成本就比较高,价格也就相对高一些。
 
现有一些直出水机已开发出了直热+循环模式的功能,即使水箱的水因散热低温的时候,机组会自动启动循环加热模式。从而解决直出水机最初的不足。
 
下图为直热型机的原理图,图1-12为托姆节能的直热机外形,表1-6就是某品牌直热式空气能的技术数据。
 
四、泳池空气源热泵
 
泳池空气能热水器的组成形式与商用空气能的基本一样,不同的有以下两点。
 
①泳池往往用较多的氯来达到消毒的目的,铜、铝等有色金属鯛属于强的氯高子服容易发生反应,所以不适合作为泳他的换热器的材料。日前一般采用钛合金材料和铜镍合金这能比较抗腐蚀材料来制作换热器。换热器的外壳一般为塑料和不锈钢的,它的耐腐蚀能力更强。一般情况下,尽量不要用普通的换热器作为泳池机的换热器。
 
②泳池所用的空气能热水器的出水温度不要求那么高,一般情况下35oC就足够了,由于出水温度低,所以空气能的效率很高,COP值一般在4.8以上,所以采用空气能热水器来加热泳他是比较经济的办法。

五、冷、暖、热三联供空气源热泵
 
       三联供机组是在空气能热泵多年的推广、应用,总结经验、技术不断进步的基础上研制出来的。
 
       空气能热水器在制热时,经过蒸发器的冷空气并没有充分利用,所以人们就研发了冷热两用空气能机组。冷热联用机组在制冷的同时也生产热水,在产热水的同时也可以供应冷气,既是空调机,又是热水器,最大限度地发挥了热泵的功效。它的COP值最大可以达到6.5,是空气能热泵的发展方向。制冷、采暖、热水三联供空气能热泵机组如图1-14所示。
 
俗话说:“鱼和熊掌不可兼得”,冷热联供机型的主要特点。

①它对机组的自动控制要求很高,尤其是可靠性方面。所以需要比较可靠的控制系统。
②由于热泵运行机理比较复杂,从制热考虑就要舍去制冷;从制冷考虑就要舍去制热。制冷消耗的电力远大于制热,为此制冷同时制热时,在热水达到一定高的温度时,可以散发掉-部分能量,保证制冷的正常运行,目前托姆已经拥有这方面的技术和专利。
 
       理想的状态是,制热量较大的场合,最好该单位的热量需求等于该机的供热能力,供应的冷气过头,可以排掉; 供冷能力不足,可采用纯制冷的空调机补充。如果反过来排掉的是热水就很浪费了。比如泳池、浴室等,对热水需求量很大,这样它在制冷的同时产生的大量的热水就可以消耗了。对于一般家庭,由于夏天供冷后生产的热水大大超出家庭的需求,对机器的自动控制就要求较高,选用这种机型就要慎重考虑机型的配比问题。
 
      人们也是在充分了解了空气能热泵的特点后才逐步研发出冷热联供机组,但冷热联供的技术目前也处于推广阶段,所以除托姆外,目前拥有这方面技术的厂家还不多。
 
 
六、空气源热泵供暖机组
 
      在供暖方面,目前还没有一个理想的供暖设备。通过北京地区的试运行,空气能供暖机组在-15C时还是可以运行的,可以解决北方的取暖的问题。随着我们对空气能热复的逐步熟悉,空气能供暖机组在我国大部分地方大部分季节可以使用已经成为事实。空气能供暖机组有以下特点。
①机组的功率-般在2.5kW 以上;机组要具备防冻的功能:机组的冷凝温度要尽量低,一般不超过40%oC,才能保证它的效率。
 
②目前主要的供暖应用技术。
 
a.喷气增焓系统,是由高效的喷气增焓压缩机、高效过冷却器及电子膨胀阀形成的经济器共同构成了高效节能的喷气系统。通过喷气增焓增大了压缩机在严寒下的制热能力,-10oC下制热能力提高近20%,实现了一25 ~ 29C内有效的制热运转,因此适用于寒冷地区供暖。
 
b.回路加热增焓技术。这种技术,可以利用价格较低的优质压缩机,在回路中进行增焓处理以达到较好的制热目的。
 
C.二级压缩机技术。如果加热温度范围更大,比如要加热到60oC,这时要求压缩机的压缩倍数要增大一倍,一般的压缩机难于达到此要求,所以干脆采用二级压缩机来完成制热任务,就比较容易,压缩机分工也比较明确,内部回路也比较简单。因此压缩机的负担轻、故障率较低、寿命长、易于维修维护。
 
③目前供暖媒介有水和工质两种,一般水是通过储热水箱和管道输送到客户端,然后通过暖气片或地暖管道供暖。这种方式存在冻裂的风险,如果采用工质作为媒介,直接送风,机器的故障率会下降,没有冻裂损毁的风险,目前在北方供暖还没有取得较多经验的情况下,建议新机尽量采用后一种供暖方式。
 
 
 





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