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探析低温空气源热泵供热原理

发布时间:2025-01-20 14:32:06 作者: 产品中心

  空气源热泵的历史以压缩式最悠久。它可追溯到18世纪初叶,可以说1824年卡诺循环的发表即奠定了热泵研究的基础。热泵的发展受制于能源价格与技术条件,所以其历史较为曲折,有高潮有低潮,但热泵发展的前景肯定是光明的。当前热泵研究的方向是向高温高效发展,即开发高温热泵并最大限度提高COP(性能系数Coefficient of Performance)值,同时积极发展吸收和化学热泵等。

  备注:1、额定热水工况:进风干球/湿球温度:7℃/6℃,进水温度40℃,出水温度45℃。2、采用风机盘管及风柜等末端:则出水温度设定为40℃~45℃。3、采用地板采暖方式:则出水温度设定为30℃~35℃。

  以上是依照国家标准配置的能效走势图,随着出水温度的不同,空气源热泵的曲线图大小也不一样。不过综合来说,空气源热泵还是比较节能的。

  从这几年的运作情况来看,在环境和温度-20度的时候综合的COP还高达2.0左右,在-25度的情况下还能正常制热,所以机组最低的运行环境和温度-25度能正常运行制热的。

  空气源热泵是通过吸收空气中的热量,经过压缩机做功产热的节能设备,环境和温度的高低会直接影响到它的效率的;

  通过使用证明,空气源热泵在环境和温度-25度-50度是可以正常运行,制热的;只要我们在选用产品的时候,根据气候环境不同的地区,场所选用不同的低温型热泵或者常规型热泵,以保障在低温-25度的场所适用;目前市场上常见的热泵类型有超低温空气源热泵;常规热泵,高温热泵,泳池热泵等等。

  所谓热泵,就是靠电能拖动,迫使热量从低位热源流向高位热源的装置。也就是说,热泵可以把不能直接利用的低品位热能(空气、土壤、井水、河水、太阳能、工业废水等)转换为可通过的高位能,进而达到节约部分高位能(煤、石油、燃气、电能等)的目的。类似于人们把水自低水头压送至高水头的机械称为“水泵”,把气体自低压区送至高压区的机械称为“气泵”(在我国习称气体压缩机),因而把这种输送热能的机械称为“热泵”。因此,在矿物能源逐渐短缺、环境问题日渐严重的当今世界,利用低位能的热泵技术已引起人们的关注和重视。

  空气源热泵能效的定义:实际就是热泵系统所能实现的制热量(制热量)和输入功率的比值,在相同的工况下,其比值越大说明这个热泵系统的效率越高越节能;因此在作制热系统COP值比较之前,首先要确定各个热泵系统是否在相同的工况之下,然后再进行计算比较;能效的高低是直接衡量机组是否节能,是不是能够满足用户热量需求的唯一标准。通过某实验室测试了解到:

  热泵技术是基于逆卡诺循环原理实现的。通俗的说,如同在自然界中水总是由高处流向低处一样,热量也总是从高温传向低温。但人类能用水泵把水从低处提升到高处,以此来实现水的由低处向高处流动,热泵一样能把热量从低温热源传递到高温热源,所以热泵实质上是一种热量提升装置。热泵的作用就是从周围环境中吸取热量(这些被吸取的热量可以是地热、太阳能、空气的能量),并把它传递给被加热的对象(温度比较高的媒质)。

  热泵热水机组以清洁再生原料(空气电)为能源,既不使用也不产生对身体有害的气体,同时也减少了温室效应和大气污染。目前,在我国电力资源短缺的前提下,采用热泵热水机组制取热水,既能以最小的电力投入获得最大的供热效益。将热泵热水机组放在建筑物的顶层或室外平台即可工作,省却了专用锅炉房。在设备结构上真正的完成了水、电分离,确保了用户的安全。

  近年来各国学者对提高空气源热泵的低温适用性做了大量工作,大多分布在在在环境和温度-20度甚至-25度的情况下还能正常制热。

  机组运行基础原理依据是逆卡诺循环原理:液态工质首先在蒸发器内吸收空气中的热量而蒸发形成蒸汽(汽化),汽化潜热即为所回收热量,而后经压缩机压缩成高温度高压力气体,进入冷凝器内冷凝成液态(液化)把吸收的热量发给需要的加热的水中,液态工质经膨胀阀降压膨胀后重新再回到膨胀阀内,吸收热量蒸发而完成一个循环,如此往复,不断吸收低温源的热而输出所加热的水中,直接达到预定温度。相比于普通热泵在-10℃及更低温度下,由于蒸发温度过低,引起蒸发量较少,导致压缩机回气量少,进而影响冷凝放热。超低温热泵增加了一条联通压缩机的喷射增焓支路,当压缩机回气不够时,喷射增焓支路会给压缩机补气,这样冷凝器的放热量就会提高,因此在-25℃的温度下仍能正常制热。

  空气源热泵是利用设备内的吸热介质(冷媒)从空气或自然环境中采集热能,经压缩机压缩后提高冷媒的温度,并通过热交换器冷媒放出热量加热冷水,同时排放出冷气,制取的热水通过水循环系统送入用户进行采暖或直接用于热水供应。

  超低温空气源热泵与普通型空气源热泵主要的不同之处在于运行环境和温度更低,效率更加高,稳定性更好,目前在北方市场已得到了推广和使用,并慢慢的变成了了很多地区煤改电指定使用的产品。

  热泵热水装置,主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四大部件组成,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。

  热泵热水机组是利用热泵技术原理,在热泵系统的工作循环中,将免费能源——空气热能搬运到水中,进而达到加热冷水生产热水的目的的一种高效、环保、节能型热泵产品。它的最高热效率可达590%,年平均热效率可达360%。

  从以上数据能够正常的看到,能效的高低跟环境和温度有直接关系外,还跟机组的进出水温差有关系,环境和温度越高,能效越高,制热效果越好;相反环境和温度越低,制热效果越差;进水温度越高,效率也越高;进水温度效率也越低;所以我们在使用的过程中,尽量符合这样的特性,尽量把它的效率發挥越好。

  综上所述,低温空气源热泵供热方式单位面积的一次能源消耗量较低、折合一次能源后的二氧化碳排放量较小,与传统的大型燃煤锅炉房、区域燃煤锅炉集中供热和直接电供暖供热方式相比,在节能环保方面有较好的优势;通过实验对低温空气源热泵供热方式的适宜性进行研究,为工程实践提供一定的理论指导。