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空气能的工作原理
2022/2/5 1:33:40 来源:张家口沃鑫节能设备销售有限公司 加入收藏
 

空气(热泵)热水器工作原理如何?

通过压缩机系统运转工作,吸收空气中热量制造热水。具体过程是:压缩机将冷媒压缩,

 

压缩后温度升高的冷媒,经过水箱中的冷凝器制造热水。热交换后的冷媒回到压缩机进行下一循环。在这一过程中,空气热量通过蒸发器被吸收导入水中,产生热水。这样的通过压缩机空气制热的新一代热水器,即是空气(热泵)热水器。空气(热泵)热水器正是这样的产品。空气(热泵)热水器的工作原理即是如此。

空气能热泵在运行中,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空气源热泵贮水箱中的水。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。

空气能热泵传热工质是一种特殊物质,常压下其沸点为零下40℃,凝固点为零下100℃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,空气源热泵中传热工质的蒸发极限温度为零下20℃左右,因此5℃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0℃,相比之下也是热的,因此,仍可交换一些热能。

市场上多数热泵热水器标注的最高出水温度是60℃,但是有时候我们需要更高的热水温度,是不是水温还可以提高呢?当然不是,出水温度受热泵热水器志用压缩机的采取的冷媒的影响。以R134a冷媒为例进行说明。

1、R134a冷媒冷凝温度可高达80度,如果按照换热温差5℃计算,则最高的出水温度可达75℃,但是并不是所有条件下都可以达到75℃的,当在低温环境下,就需要适当降低冷凝温度,在温度降至-15℃的情况下,建议将冷凝温度控制在不超过70℃。

2、相比空调压缩机的5-6最大压缩比,热泵热水器专用压缩机可以承受很高的压缩比,可以10以上(11-13范围内安全),但是压缩比不可无限提高,过高的压缩比将提高了压缩机内部局部温度,严重影响使用寿命。

3、针对不同的季节特点,设计热泵热水器的不同运行模式。在春秋夏季时热水出水温度设定低一点,在冬季时将水温设高一点。55℃的水温完全可以满足国标和消费者的需求。这样既可以保证较高的出水温度,能效较高,又可以保证整个系统的安全可靠性。但家用机主机及水箱的配比就要注意,建议200L一下配1P主机,200-400L配1.5P主机,400-500配2P主机。这样空气能热水器既能保证 热水量充足,热水加热快,同时也比较省电节能。

空气源热泵热水器行业经过十余年的发展,发展迅猛,生产企业已经达到500多家,且今年六月顺利入围国家节能惠民工程,享受最高600元的补贴,进一步促进了行业的发展。热泵热水器很重要的组成--制冷剂,直接关系到产品的能效比。南方热泵热水器制冷剂主要为R22,R134a,后来又有一些混合制冷剂问世R415b,R417a等,不同的制冷剂各其优缺点。

 

R22用于空调非常合适,因为冷凝温度总能控制在45度以下(因为空气温度几乎总在40度以下);但是热泵热水器水温总是要求在40度以上,这时冷凝温度总在45度以上,R22排气温度很容易超过85度(润滑油容易裂解温度),尤其是空气温度在40度以上时。因此,R22用于热泵热水器会因为R22排气温度高,致使压缩机润滑油冷却不好,裂解速度急剧加快,从而使压缩机寿命缩短。并且R22的ODP值为0.05,对臭氧层有破坏作用,但是根据《蒙特利尔议定书》规定,从2004年开始欧洲地区以R407C和R410A替代R22,同时日本地区则开始全部使用R410A制冷剂,即以1985年的生产量为基准,2003年压缩为65%,2010年为35%,2015年为10%,到2030年时,发达国家将全面禁用R22,发展中国家也将于2040年淘汰R22。根据制冷剂替换时间表,我国最迟必须在2040年全面禁止制冷剂R22产品的生产。

R134a(CH2FCF3)属于环保制冷剂,排气温度也低,但是其沸点(标准大气压下)为-26.5度,这会导致热泵在冬季因为制冷剂蒸发缓慢而使制热效率低下,因此,我们见到的R134a全是用于室内制冷设备,或者热带地区,北方室外制冷设备没有用的(除非冬天不用该设备)。

R415b,为混合制冷剂,是由清华大学朱明善教授系发明的(联合国环境规划署国际制冷空调热泵技术委员会委员)国际制冷统一编号:R415A、R415B、R418A、R425A,并已列入国家重点环境保护实用技术(A)类项目推广使用。荣获国务院“国家技术发明奖”、国家环保总局“国家重点环境保护实用技术A类推广项目”、并取得美国国家环保总局《SNAP计划》认证,在欧美地区得到了广泛应用。其ODP不为零,且与417a相比,排气温度稍高一些。R415b替换R22后,系统制热能力有大约10%的衰减。

R417a为混合制冷剂(HFC-143、HFC-125和R600), 最早由罗地亚1997年发明(2005年卖给杜邦,李兵为负责人),欧洲主要用来替换R22工质(不够环保和节能),占了替代工质的80%市场份额,根据《蒙特利尔条约》,中国将开始逐步淘汰R22工质,R417a是替代选择方向之一。R417a具有环保,高效和排气温度低等特点。比较适合热泵热水器用,如今,国内热泵热水器厂家开始增大该制冷剂的使用范围,国内出口欧洲的空调使用R417a较多。

 

R417a有个一个缺点:替换后的系统,系统制热功率衰减10%左右;也就是说,10匹压机能力变成了约9匹的能力。 由R417A发明厂家罗地亚公司提供的检测表格可以看出,同样的空调,用R417A比R22的效率相比提高了13%(3.00/2.65),这是其优点。但是用R22的制热量为3548瓦(热泵热水器只需要制热),用R417A的制热量为3149瓦,用R417A比用R22制热量衰减了10%。这就是R417A用于制热时的不利一面,需要设计时加大压机及换热器的配比来弥补衰减。

优点:

 

空气能热水器主要向空气要热能,具有太阳能热水器节能、环保、安全的优点,又解决了太阳能热水器依靠阳光采热和安装不便的问题。由于空气能热水器通过介质交换热量进行加热,不需要电加热元件与水接触,没有电热水器漏电的危险,也消除了燃气热水器中毒和爆炸的隐患,更没有燃油热水器排放废气造成的空气污染。

空气能热水器最大的优点是“节能”。拿具体数据来说:30℃温差热水价格分别为:电热水器1.54分钱/升热水(电价0.42元/度);燃气热水器1分钱/升热水(气2元/立方米);热泵热水器是通过大量获取空气中免费热能,消耗的电能仅仅是压缩机用来搬运空气能源所用的能量,因此热效率高达380%-600%,制造相同的热水量,热泵热水器的使用成本只有电热水器的1/4,燃气热水器的1/3。

缺点:

1、环境适应性问题

空气能热水器的热量来源就是我们都必须要的空气而作为一种节能产品其节能程度的好坏都与COP值能效比密切相关。由于市场上大部分的空气能热水器设计正常工作温度在0-40℃。故在环境温度比较高的南方,空气能热水器往往有上佳的表现。而冬季气温只有-10℃的北方城市空气能热水器很难达到设计中预想的效果。如果气温为-20℃机组甚至都不能启动。

2、安装

家用空气能热水器往往需要一个水箱来加热和储存热水。以一家3-5口人为例需要150L-210L的水箱。这样大尺寸的水箱不容易与整体家居协调,这样消费者只能安装在阳台上。但随着人们对家居环境要求的提高,阳台上的这个大家伙消费者是不愿意接受的。

3、消费者对热泵热水器认知程度

热泵热水器在国内市场是一个新生事物,消费者对它的认知程度还很低。有很多人认为用一份的热量就能得到三份的热量是不可能实现的,而且对有关热采技术应用的其它产品也是一样,虽然热泵空调器普及率已经非常高。人们的认识仅仅局限在空调器是耗电大户,却不知道其比烧煤球炉了、更节能。如今国内市场,因为一些较大的商场还没有空气能热水器销售,所以消费者对空气能热水器的认知还是很低。

空气能热水器技术源于空调,但又不完全等同于空调,由于工作环境不同,比较恶劣的使用工况对压缩机品质的要求很高,据我所知,在如此恶劣工况下可以维持较长使用寿命和达到较高能效比的,只有松下和谷轮两种压缩机,所以建议您在选购时首先要看看其使用的是什么压缩机。

空气能产品在国外已经应用了几十年,技术早已成熟,国内的厂家只是仿制而已,技术大同小异,基本同质化了。严格来说,只要做过空调,具备起码的研发能力和焓差房等实验设备,在这基础上进行改良和匹配试验,做好空气能是轻而易举的事,并不象某些厂家吹嘘的那样是什么高新技术。那些打着德国技术、美国公司旗号的牌子,大都是骗人的,不要相信。空气能热水器哪还是不要太迷信外国的品牌比较好。前段时间被中国质量万里行曝光的所谓美国公司在江门开的全球最大的热泵生产基地,原来只是一间连起码检测设备都没有的螺丝刀工厂,就是一个最好的证明。

建议从以下几个方面选购空气能热水器。

一、技术的权威性:看下空气能产品所在企业的技术是否得到行业的认可,是否拥有政府认定的工程技术研发中心,有没有承担或参加过国家级的空气能热水器科研项目。

二、品质的可靠性:判断空气能热水器产品品质的一个重要指标就是看压缩机,压缩机可以说是空气能热水器的心脏,在压缩机应用上松下、三菱、艾默生等品牌比较知名,部分企业采用国产空调压缩机,机组性能和寿命无法得到保证。

三、品牌的专业性:针对空气能行业而言,有些品牌只做空气能产品,有些是通过其他领域转型过来,有些则是半路出家。所以消费者在选择空气能品牌和产品的时候就要结合以上两点来判断品牌的专业性和技术的成熟度。

四、性能的优越性:在选购空气能热水器产品时,除了要对照节能、环保、安全等相关行业共性的优点和数据外(这是所有空气能热水器都相通的功能和卖点),关键要综合考量产品的其他附加性能,比如日常清洁、保养、智能保温性能等。

五、售后的保障性:但消费者在选购时也不能简单地轻信保修期限,比如有没有专人不定期巡查检修,报修多少小时回应,维修多少小时上门等。如今行业做得好的品牌服务承诺年限为:家用机主机保修3年,水箱保修5年。

 
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