空气能热泵是新一代的加热设备，相比较于天然气、太阳能、电加热有着高效节能

　　的点。本文介绍了应用空气能加热的理论及相关知识，在与其他能源对比的基础上，

　　详细分析了空气能热泵的优势，探讨其高能效的物理机理，分析了水温、空气温度、环

　　境湿度、结霜、工质等因素对空气能热泵能效的影响。最后，指出了其可能的改进方向。

　　类生存的主体问题，怎么样才能解决这一问题，已经成全人类的课题。在这样的背景卜，以

　　节能和环保主要特征的空气能热泵产品应运而生。空气能热泵是当今世界上最先进的

　　能源利用产品之一。以空气低温热源，以电能动力从空气中吸取热量来加热生活用

　　水，热水通过循环系统直接供给用户作热水供应，目前在学校宿舍、酒店、洗浴中心

　　在节能减排己经成时代潮流的今天，节约能源，减少碳排放是最时尚的生活方式。

　　大大节约了电力的消耗。我国电力70%是通过火电厂烧煤产生的，节约电力意味着减少

　　碳的排放。如空气能热泵热水器只是将周围空气中的热量转移到水中，完全做到零排放，

　　对环境几乎不产生一定的影响，是真正的环保热水器。由于它不是采用电热元件直接加热，故

　　相对电热水器而言，杜绝了漏电的安全风险隐患；相对燃气热水器来讲，没有燃气泄露，或

　　一氧化碳中毒之类的安全风险隐患，相对于太阳能热水器而言，弥补了太阳能热水器阴雨天、

　　晚间、无阳光、水管冻时无热水可用的尴尬。因而空气能热水器具有更卓越的安全性能。

　　诚然，国内空气能热泵热水器的未来市场发展的潜力非常看好，政府有关政策也有所支持，但

　　是我们还是该看到，我们毕竟处于发展初期，还有好长一段路要走，尤其是在市场开

　　发、研发技术和行业标准等方面还存在着相当多的问题。这也是今后空气能热泵热水器

　　空气能热泵热水器在技术上还不是很成熟，特别是节能方面的关键技术，离产业化

　　还有一个过程。据了解，从2004年开始，国内不少空气能热泵热水器厂家都推出了多

　　款商用机和家用机，占据了一定的市场占有率，但是市场拓展的步履还是有些艰难，现在

　　并没有其留下一席之地。因此，我们应当将空气能热泵热水器纳入绿色节能建筑发展

　　计划中，并且在房子设计时就其留下相应的空间，以使空气能热泵热水器在更大程度

　　文章通过对比分析，对空气能热泵的能效做全面的解释，了解什么是热泵及其原

　　理，对影响空气能热泵能效的不同因素进行理论分析，提出一些修改完善意见，空气能热泵

　　热泵是将中低温热能转化为中高温热能的装置。它的基本特点是只需消耗少量高品

　　原理和系统设备组成及功能是一样的，系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀组

　　1、压缩机：起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温度高压力处的作用，是热泵

　　2、蒸发器：是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，

　　4、膨胀阀或节流阀：对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工

　　质流量。根据热力学第二定律，压缩机消耗的功（电能）起到补偿作用，使循环工质

　　一台压缩式热泵装置，主要有蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分所组成，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

　　空气能热泵运用了逆卡诺循环原理，用少量能源驱动热泵机组，通过热泵系统中的

　　工质进行变相循环，把自然环境中（如空气、土壤、水）的低温热量吸收压缩升温后加

　　以利用。自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用

　　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

　　低温传递到高温。以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸

　　取热量，并把它传递给被加热的对象（温度比较高的物体），其工作原理与制冷机相同，

　　工作流程为：压缩机将回流低压冷媒压缩后，变成高温度高压力的气体，它经过缠绕在

　　水箱外面的铜管，热量经铜管传导到水箱内，冷却下来的冷媒在压力的持续作用下变成

　　液体，经膨胀阀后进入蒸发器，由于蒸发器压力下降，因此液态冷媒蒸发变为气态，并

　　吸收大量的热量。同时，在风扇的作用下，大量的空气流过蒸发器外表面，空气中的能

　　量被蒸发器吸收，空气温度降低，变成冷气排进室内随后吸收了一定能量的冷媒回流到

　　由于热泵系统是能量搬运系统而非能量转换系统，通常用一份能源驱动热泵系统，

　　可以搬运三、四于此的能量加以利用，节约能源的效果非常明显。热泵系统根据利用能量来

　　空气源热泵热水器是这一技术的典型利用形式，它消耗一度电可以产生三到四度电

　　的热能，具有巨大的节能优势。其效率是电热水器的3-4，燃油锅炉的2-3。由于无

　　须太阳光直射即可工作，空气源热泵热水器工作较为稳定，因此节约能源的效果恒定而明显。

　　在阴天太阳能热水器采用电热丝辅助加热时，空气源热泵热水器仍然照常工作。从全年

　　综合节约能源的效果看，热泵的全年综合能效比甚至超过太阳能热水器。如果应用于家庭采暖，

　　在温和的天气给建筑物取暖，空气源热泵可能提供COPH为3-4的能效，而一个电

　　加热器理论上只能提供COPH为1的能效。也就是说电阻发热的取暖器用1焦耳的能量

　　只能提供1焦耳的热量，热泵则可以用1焦耳的能量从更热或更冷地方移动大于1焦

　　耳的能量。不过必须要格外注意到环境和温度差别很大，譬如在非常寒冷的冬天要给屋子取暖，

　　限制，随着室内与室外的温差的增加，热泵的效能最终有一定的概率会接近COPH=1。对于空

　　同时，当热泵从室外低温的空气中获取热量时，空气中的水分会凝结并冻结在室外

　　交换器上。系统就必须阶段性地除去这些冰霜。换言之，当外面空气极端寒冷时，空气

　　对第一类热泵，其制热系数为热泵热泵制热量与热泵消耗的高品位能量之比，即：

　　即COPH1?COPH2。所以我们接下来再对影响第一类热泵能效比的其它因素进行讨

　　下面我们研究一下空气能热泵对水加热时水温对能效的影响。由于水的比热容

　　C已知，水的质量能够最终靠说明书上水箱的容积通过m??V进行计算。因此利用热水

　　就可以得到热泵的制热量MH?(?0)（3.2-3），并利用家庭电能表直接记下这段时

　　22、、实验数据（空格内数据由于电能表精确度限制未能记录）（环境度24℃）

　　从上面的规律能够准确的看出空气能热水器使用时，水的温度与所消耗的电能呈一次函数

　　在电压恒定的情况下，该空气能热水器的功率是一个定值，由公式I=Pt可知其

　　因为、、是个定值，所以在不变的情况下，令COP/Cm=k,由于E=Pt,

　　也就是空气能热水器的COPH1值是影响空气能热泵热水器在单位时间内水箱内水升高

　　从上面的公式能看出：此空气能热泵热水器每消耗1kWh时的电能，可80L的

　　空气能热水器与普通电热水器加热方式不同，它必须先让热泵工作一段时间后，等

　　到压缩机将回流的低压冷媒压缩后，变成高温高压的气体排出，高温高压的冷媒气体流

　　经缠绕在水箱外面的铜管，热能经铜管传导到水箱内，所以刚开始通电时，水温变化并

　　所用的空气能热水器是一体化的，也就是压缩机与水箱都集成在一起，便于安装在

　　墙壁上，不占地面空间。随着空气能热水器工作时间延长，水箱内水温上升的同时，由

　　“逆卡诺循环”原理可知:在加热热水的同时，排出冷气导致室内空气温度降底，从而

　　COP值逐渐变小，由于热水温度通常设置于60℃左右，再加上空气的对流，从而室内温

　　空气能热泵在吸收空气中的热量时主要考虑空气的焓值。焓值是指空气中含有的热

　　量，通常以干空气的单位质量为基准，称作比焓。空气的热焓本身随温度变化，温度越

　　空气中的热焓越，温度越低空气中的热焓越低。环境温度0℃时，空气中的热焓为

　　7.653kJ/kg；环境气温最低达-10℃，空气中热焓下降到-9.3kJ/kg左右；东北地区冬

　　干球温度（dybulbtempeatue）是空气的真实温度，可直接用普通温度计测出，称这种真

　　湿球温度（wetbulbtempeatue）是相对干球温度而言的，是温度计水银球包裹水棉芯，并

　　从表3-2“湿空气焓-湿图”中能够准确的看出，0℃等湿球温度线以下的空气热焓都小于

　　0kJ/kg；从表3-1不同温度下湿空气的焓中可看出，空气中的热焓随温度的降低而降低。

　　空气源热泵机制热量的大小与热泵产品的蒸发器和冷凝器的吸热和放热效果有关，

　　式中:Q为换热器的吸热量，kJ；i为进换热器的空气焓，kJ/kg；i为出换热器的空气焓，

　　又由（3.2-1）式可知空气能热泵的COPH1与外界环境中的温度成正比。

　　空气中的热焓随水蒸气的含量减少而降低空气中的热焓除了随空气温度变化外，也

　　相对湿度越高，湿空气的热越高。由(3.2-1)和（3.2-9）可知空气能热泵的能效与外

　　气会结成霜附着在蒸发器的管道和散热片上，管道和散热片上的霜会越积越多，最终会

　　堵死蒸发器的风道，霜层成为散热器的一道绝热层，管内热通过铜管、铝箔传给霜层

　　再由霜层以白然对流方式传给空气，使强迫空气对流换热变为自然对流和导热传热方

　　式。铜管的导热系数是109W(mk),霜的导热系数是0.106W(mk)，空气的导热系数

　　是0.024W(mk)，很明显，霜的传热效果只有铜的0.097%，大大降低了传热效果。根

　　据空气流速的不同，强迫对流传热方式的传热量是自然对流传热方式的几倍、几十倍甚

　　工质实现热能和机械能相互转化的媒介物质称为工质，依靠它在热机中的状态变化

　　（如膨胀）才能获得能量，而做功通过工质才能传递热。热泵工质就是实现热水器传

　　导热的关键物质。它的物性对热泵的能效有着重大影响。如果说压缩机是整个热泵机

　　中高温热泵工质循环特性的基本要求与一般常温热泵工质是一致的，但要求在更高

　　的工作温度水平上满足。由于其蒸发温度以及冷凝温度均比较高，要利用现有的通用制

　　冷系统部件，如压缩机、换热器等有一定的难度，主要表现在高温度高压力和容积制热量的

　　矛盾。如果要满足现有热泵系统部件压力标准(大多数要求小于2SMPa)，需要采用低压

　　的高温工质，但是高温工质在降低压力的同时也减小了容积制热量，如果要利用现有的

　　对于现在常用的热泵工质氟利昂（R22）,R134a等，当冷凝温度为80℃时，其饱

　　和压力分别达到3.66MPa和2.63MPa。由于工质本身的这种性质和一些相关技术问题，

　　现有的采用R22的热泵机的供热温度最高只能接近55℃，采用R134a的热泵机的供

　　热温度最高可能达到70℃o因此，目前应用于常温热泵的工质(主要是R22或其替代物，

　　如R407C,R410A等)，在中高温工况下的压力水平过高、COP过低，不适用于中高温

　　不同热泵工质对空气能热泵能效影响不一，所以选取热泵工质需考虑外部环境、对

　　环境影响和经济效益等很多因素。目前，热泵工质的环保特性主要是通过其臭氧层破坏

　　潜能（ODP）和温室效应潜能（GWP）进行衡量。《蒙特利尔议定书》和《京都议定书》

　　是分别对ODP值和GWP值较高的制冷剂进行淘汰。在R22及其替代物R410A,R407C,

　　R134a以及二氟甲烷（R32）等制冷剂中，除了R22的ODP值为0.034外，其余制冷剂的

　　ODP值都近似为0。也就是说，以ODP值衡量，这些制冷剂已基本达到《特利尔议定

　　书》中对ODP值规定要求。目前，对于环保工质替虑主要还是以GWP值为准。根据

　　《京都议定书》的规定，GWP值最好小于150，但目前除天然工质外，很难找到合适的

　　L的贮热水箱中的水可在2h内达到60℃。使用费用比传统的太阳能热水器(带辅助电加

　　表4-1列出了几种热水供应方式的能源费用，其计算依据是每吨水温升40℃耗能

　　（2）全天候：不受天气变化影响，晴天、阴雨天、夜间都能源源不断地高效制取

　　（3）适用性强：分体式空气能热泵热水系统使得系统的安装非常灵活，装置控制

　　与维护也比较方便，解决了太阳能只能安装在顶层的不足，而且不受建筑朝向的影响，

　　（4）安全可靠：不需大电流的电气连接，运行安全可靠，噪音小，安全环保，热

　　1、加热速度慢:空气源热泵产品是采用压缩机压缩制热方式，与锅炉或电直接加

　　4、压缩机易烧坏：目前市面上的热泵热水器普遍采用循环式加热系统，该系统日

　　益暴露出技术缺陷，即在高温度高压力工况下运行，容易使压缩机老化、碳化，加之系统润

　　摄氏度，在这个温度范围内水是最易结垢的，如果不能定期清洗换热器，对于板式换热

　　器而言，就会胀破，对于套管式换热器而言，其内管会破裂，因此导致整个热泵热水机

　　通过对空气能热泵能效进行详细分析指明了提高压缩热泵制热效率的途径，归结起

　　1、选择安装的地方，空气能热水器安装在厨房或温度较高的地方。选择分离式空气

　　5、在北方等冬季气温过低，结霜严重的城市需要加装除霜设备，以提高其COP达

　　6、开发冷热双效应同时利用的热泵产品，可以使制冷产品和高效节约能源的效果发挥到

　　的市场。我通过搜集量文献，对空气能热泵能效影响的因素作出了分析，得出结论如

　　5、不同工质对空气能热泵能效的影响不同，所以选取比较合适的热泵工质时不能仅考

　　空气能热水器的心脏是热泵，对于热泵技术，即使是对于传统的空调企业，也尚属

　　新兴技术，仍需不断研发创新。空气能热水器在加热水时，对制冷剂和压缩机的要求都

　　相当高。一些空气能热水器企业的产品，存在热泵技术不可靠，节约能源的效果不理想的问题。

　　空气能热水器属于空调和热水器的边缘行业，行业规范工作尤其显得迫切，国家需要制

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