空气源热泵供暖技术与应用基础知识_空气能加热器电阻

空气源热泵工作原理

1、空气源热泵四大件

目前使用的空气源热泵是基于逆卡诺循环的蒸气压缩制冷循环工作的机组。该类型机组由传统称为四大件的压缩机、冷凝器、节流阀、冷凝器,以及制冷剂、控制系统和其它附件组成。该机组是一个封闭的系统,制冷剂在系统内循环,由压缩机提供循环动力。节流阀是一个具有较好的阻力调节性能的阀门,使流经它的液态制冷剂的压力降低到冷源侧所需的压力,即蒸发压力。冷凝器和蒸发器均为换热设备在其中通过制冷剂和机组外面的介质,如空气、水等进行热量的交换。

图1.1蒸气压缩制冷循环工作原理

图1.1所示,空气源热泵中的压缩机是最重要的核心部件之一。通过压缩机吸入来自蒸发器的低压制冷剂蒸气,经过压缩机压缩后,使制冷剂蒸气变成高温高压的制冷剂气体。然后排到冷凝器(散热端),再经过冷凝器与传热媒介(水或空气)的降温使气体冷凝(降温),变成高压低温制冷剂。在节流装置(毛细管或膨胀阀)作用下变成低温低压的气体流向蒸发器(吸热端)。制冷剂在蒸发器内进行蒸发吸热沸腾,变为制冷剂蒸气后又被压缩机的吸气管吸入,这样就使系统中的制冷剂在压缩机动力的作用下不间断循环流动。其结果是,机组内部制冷剂分为高压和低压两个区域(图中上下两个部分),液态和气态两个区域(图中左右两个区域)。而从外部看,则分为高温和低温两个区域,上部冷凝器侧为高温区域,有热量Q2散发到外界,下部蒸发器侧为低温区域,有热量Q1从外界吸入系统。总的热量平衡是从外界吸入的热量Q1加上压缩机消耗的轴功W永远等于散发到外界的热量Q2。

高温区域冷凝器内的温度称为冷凝温度,低温区域蒸发器内的温度称为蒸发温度。夏季环境空气温度为40℃时,若冷凝温度设为50℃(与空气换热约需要10℃的温差),蒸发温度设为5℃,蒸发器外界温度可以降为15℃,此即为家用空调制冷模式。这时,Q1即为制冷量,E=Q1M即为制冷系数。反之,冬季环境空气温度为0℃时,蒸发温度设为10℃(与室外空气换热约需要10℃的温差),若冷凝温度设为40℃,冷凝器外界温度可以升为30℃,这即为家用空调制热模式。此时,Q2即为制热量n=Q2N即为制热系数。

制热时,装置将0℃的环境空气中的热量Q1通过循环(合并装置耗功W)提升为30℃的热量Q2就像水泵将水从低处拾升到高处一样,所以我们称它为热量之泵,热泵。

2、空气源热泵分类

除了消耗电能的热泵以外,还有消耗热能驱动的热泵,如吸收式热泵、吸附式热泵。由于该类热泵占地面积大、能效低,或者使用条件限制,或者技术不够成熟,所以目前尚没有大量推广应用。按照冷凝器侧换热介质的不同,主要有风冷热泵、水冷热泵。顾名思义,风冷热泵是由空气作为冷凝器热交换介质的,水冷热泵是由水作为冷凝器热交换介质的。这种概念是源于用作冷暖空调的热泵机组而言的。目前市场上出现的空气源热泵热水器属于单热机组,冷凝器侧即为被加热水,其系统构成与水冷热泵是相似的,但不称为水冷热泵。

按照蒸发器侧换热介质的不同,主要有空气源热泵、水源热泵、地源热泵(土壤源热泵)、污水源热泵等。顾名思义,空气源热泵是由室外环境空气作为蒸发器热交换介质的,水冷热泵是由水(地表水、地下水等)作为蒸发器热交换介质的,地源热泵(土壤源热泵)是由埋设于地下(100m左右)的埋管中的水与地下土壤换热后再与蒸发器换热的间接“水源”热泵,污水源热泵由经过处理的具有一定温度的污水作为蒸发器热交换介质的。这些热泵机组均大量作为冷暖空调的冷热水机组或氟机组。

在空气源热泵、水源热泵、地源热泵(土壤源热泵)、污水源热泵各种机组之间,尤以空气源热泵机组的系统最为简单,使用更加灵活。尤其是对于相对较小的系统,改造项目系统,空气源热泵机组无需专设的机房,无需专门的水面、地埋管等,在很多场月成为最适用的机组型式之一。

3、空气源热泵供暖机组

随着夏热冬冷地区对供暖的需求的上升,越来越多的空气源热泵机组被作为供暖的热源,或者作为供暖加热水供应的热源。也有将空气源热泵机组作为制冷、热水、供暖的 三联供机组使用。空气源热泵热水器作为供暖热源使用时,有两点必须说明。是热水供应既消耗热量也消耗水,而供暖系统只消耗热量不消耗水;二是供暖系统是循环系统,入口水温不是自来水温度,而是供暖系统回水温度,略低于供暖系统供水温度5~10℃。所以,必须获得相对准确的供暖室外计算温度下的机器产热量数据来进行计算。

近几年,在北方开始使用空气源热泵供暖机组为供暖系统提供热源。由于北方气温低,这就促使能适应较低气温环境下的低温机组出现。所谓低温机组,就是采用喷气增焓技术的空气源热泵机组,可以将运行温度扩展到零下20℃,甚至更低。

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