空气源热泵机组由哪些部分组成,各部分的工作原理?
热泵产品的热源来自空气,所以同样水量和温度的热泵热水器耗能少,噪音低,使用寿命长。运行费用是电热水器的1/4,天然气锅炉、燃油锅炉、燃煤锅炉的1/3,太阳能热水器的1/2。而且在制热水的同时,出风口排出冷气,可以有效利用。
空气源热泵热水器的工作原理及结构
一、热泵热水机组工作原理图
空气源热泵热水器主要由压缩机A、工质B(本文称为制冷剂)、蒸发器C、冷热交换器D和节流装置E(膨胀阀)五部分组成。
低温低压的液体制冷剂通过蒸发器(空气侧换热器)吸收空气中的热量而蒸发,由液体变为气体——将制冷剂从空气中吸收的热量设定为Q1。
吸收热量的制冷剂变成低温低压气体,然后通过少量电能输入被压缩机压缩,使低温低压气体中的制冷剂变成高温高压状态——压缩机压缩功转换的热量定为Q2。
高温高压的气态制冷剂在冷的热交换器中与冷水进行热交换,制冷剂被冷却到室温,冷凝成液态。在这个过程中,制冷剂释放的热量加热冷水——将冷水吸收的热量设为Q3。
热交换后的高压液态制冷剂被节流机构(膨胀阀)减压。由于压力下降,制冷剂回到低于外界环境温度的低温低压液态,具有再次吸收蒸发的能力。
因此,冷水被加热,直到获得所需温度的热水,并储存在保温热水箱中。
根据能量守恒定律,Q3=Q1+Q2。热泵热水机组的制热量Q3 > Q2。也就是说,最终用来加热冷水的热量大于压缩机消耗的电能,两者之差就是从周围环境吸收的热量。热泵在制备热水的过程中,每输入一次电能,就从环境中吸收2 ~ 3份低品位热能,因此所用电能仅为电锅炉的1/4左右,大大降低了电能的消耗。这就是热泵热水机组比电暖器省电的原因。利用热泵技术和环境中的低品位热能制备热水,完全符合我国的能源战略。
第二,热泵移动空气中的热量
空气源热泵热水机组在运行过程中,将输入的电能转化为机械能,带动压缩机做功,使安装在蒸发器侧的轴流风机快速旋转,制冷剂与空气进行热交换。节流后的低温低压液态制冷剂流入蒸发器中的盘管,迅速汽化并吸收空气中的热量。当制冷剂变成液体时,它释放蒸发器吸收的空气中的热量。节流后,液态制冷剂进入蒸发器,蒸发并吸收流过蒸发器翅片的空气中的热量。蒸发器吸收的热量与热媒本身的性质、气流速度以及室外环境的温度和湿度有关。还与蒸发器的结构和尺寸有关。为了加强传热效果,翅片缠绕在蒸发器盘管上。据现场测量,安徽省江北地区室外温度为38℃时,蒸发器进出空气温差达到6℃以上。一般蒸发器吸收的热量随四季气温的变化而变化,约为2 ~ 4倍。这个倍数的内涵是空气源热泵热水机组每1份电能可以提供2 ~ 4倍于电能的热量,并传递给冷热交换器中的水,从而提高水温。
以上分析表明,空气源热泵热水机组是一种移动热量的装置,热量来自空气,空气中的热量通过热泵传递给被加热的水,而不是用电阻丝加热水。
第三,空气中的热能是可再生能源。
空气中的热能来自太阳辐射能,温度每升高65438±0℃或降低65438±0℃,就会吸收或释放约0.3kcal的热量。即使气温在0℃以下上升1℃,气温在0℃以上上升1℃所吸收的热量也几乎相同。它是地球“与生俱来”的丰富资源,在自然界中可以不断再生和利用。它是一种取之不尽、用之不竭的资源,对环境无害,分布广泛,适合就地开发利用。只要大气覆盖地球,有太阳辐射,空气就能吸收太阳热能并储存起来。空气源也是太阳能利用的延伸,是大自然赋予全人类的可再生能源。
4.空气源热泵热水机组相关参数分析。
1.空气源热泵热水器机组的能效比
空气源热泵热水器的能效比(COP),又称性能系数(COP),是指制热能力与热泵输入功率的比值。比值越大,空气源热泵热水器的效率越高,生产相同容量和温度的热水所消耗的电能越少。COP值是设计输入功率的主要依据。
我们计算了安徽省长江以北(亳州)已建成项目热泵热水器机组(1 ~ 12)在不同季节的实际月运行数据,年平均COP可达3.5以上,而1和年气温相对较低的2月的COP仍达2.6以上。
公司的核心理念和技术大胆采用热泵换热的“气泡”进行热泵换热。由于“泡泡”技术在热泵行业应用已久,经受住了使用时间和效率的双重考验,其独有的专利“管壳式(俗称泡泡)”和“动态换热”技术,彻底解决了普通热泵热水器铜管腐蚀和结垢的隐患,大大提高了热泵的工作效率和使用寿命。
2.单位(容量)输入功率设计:
一般设计院在设计供暖设备时,供暖设备的总产量会超过实际使用量。有些单位往往设计供热锅炉一用一备,热泵热水机组不需要设计备用机组。空气源热泵热水机组可以由几个小容量机组组成,可以称为模块化机组。每个热泵热水机组是一个独立的供热机组,其进出水管并联在冷热水主管上。任何一台机组的故障都不会影响其他机组的正常运行。因此,不必根据热负荷的大小设计一用一备,可以减少设备的一次性投资。在日常操作中,有时某些单元会出现故障,但可以很快排除,不影响正常使用。因此,在确定机组的总设计容量时,机组的总输入功率是用55℃热水的日总消耗量(吨)乘以一个富余系数(1.25 ~ 1.35)来确定的。
五、影响空气源热泵热水机组制热性能的其他因素。
(1)室外环境温度。在不同的气温下,机组的进口冷水温度会直接影响单位时间产生的热水量。
(2)进水温度。如果热水温度为55℃,所需混合水温为40℃。冷水温度为20℃时,混合水中55℃的热水仅占57%,冷水温度为5℃时,混合水中55℃的热水占72%。冬季水温和气温较低时,热泵热水机组的COP降低,而热水产量减少,热水消耗量大幅度增加。满足冬季热水供应,只能根据冬季气温较低月份的COP值计算热水消耗量。
4.热水储水箱
热水储水箱规格从1m3到22m3不等,储存的热水每昼夜只下降1 ~ 4℃。一般单位卫生间的开放时间都集中在每天的某个时间段,所以设计容量必须以最大容量为准。因为热泵热水机组每小时产生的热水比较均匀,所以在浴室开放之前,需要储存足够浴室所需的热水,以满足用水高峰。
5.直热式热水机组加热热水的工艺
通过对比空气源热泵热水机组与我公司的热水加热流程,可以得出结论:热泵热水机组仅依靠自来水管网提供的压力(约0.15MPa)就可以实现整个水系统的循环,无需再配置水泵。由于加热时不需要循环泵,这样节约了运行成本,降低了设备故障率。热水箱满了,进水会自动停止。当热水储水箱的水位下降到一定高度时,热泵热水机组将重新启动。如果长时间不用水,储水箱水温降至设定温度,系统会自动将储水箱中的水重新加热至设定温度,而不会排出冷水,从而节约用水。保证热水的持续供应。