空气源热泵工作原理
主讲人:刘海棠
职务:技术部部长
课题:空气源工作原理
㈠空气源热水器工作原理
一、空气源热水器的定义
空气源热泵热水器又称热泵热水器,由热泵吸收空气热源制取热水。空气源热水器就就是通过热泵用逆卡诺原理,以极少的电能,吸收空气中大量的低温热能,通过压缩机的压缩变为高温热能,传输至水箱,加热热水,这种通过热泵运动来获得加热的热水器叫做空气源热水器。
目前,空气能热泵热水生产厂家与市场集中分布在长江以南。主要生产厂家集中在珠江三角洲的佛山、东莞、深圳、珠海以及长江三角洲的杭州、宁波地区。消费市场主要分布在长江以南的广东、广西、福建、江西、上海、浙江、安徽等省区,并逐步从长江以南向长江以北扩展。
二、空气源热水器的组成部分
热泵热水装置,主要由蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀、风机五大部件组成,通过让工质(制冷剂)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。
蒸发器直接从空气中吸取热量,将节流后的制冷剂吸热气化达到预期效果的设备。
压缩机就是空气源热水器的心脏,把制冷剂从低压提升为高压,并使制冷剂不断循环流动。
冷凝器就就是将压缩机排出的高温高压气体释放出热量后冷凝成低温高压液体的换热设备。
膨胀阀就是一种节流装置,控制制冷剂的流量,可提高系统的能效比与可靠性。
风机主要就是起加强气体流通量的作用,就是依靠输入的机械能,提高气体压力并排送气体的设备。
制冷剂就是热泵系统中实现制热循环的工作介质,也称冷媒。作为一种特殊的物质,制冷剂的物质状态在热泵循环过程中不断发生变化:在蒸发器中,制冷剂在较低的压力状态下吸收热能由液态变为气态;压缩机将此低压的气态制冷剂压缩升温为高压气态制冷剂;在冷凝器中,制冷剂在较高压力状态下放出热能由气态便为液态。
三、空气源热水器的基本工作原理
热泵技术就是基于逆卡诺循环原理实现的;如同在自然界中水总就是由高处流向低处一样,热量也总就是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处,从而实现水的由低处向高处流动,热泵同样可以把热量从低温热源传递到高温热源,所以热泵实质上就是一种热量提升装置。热泵的作用就就是从周围环境中吸取热量(这些被吸取的热量可以就是地热、太阳能、空气的能量),并把它传递给被加热的对象(温度较高的媒质)。
热泵热水机组工作时,蒸发器吸收环境热能,压缩机吸入常温低压介质气体,经过压缩机压缩成为高温高压气体并输送进入冷凝器,高温高压的气体在冷凝器中释放热量来制取热水,并冷凝成低温高压的液体。后经膨胀阀节流变成低温低压液体进入蒸发器内进行蒸发,低温低压液体在蒸发器中从外界环境吸收热量后蒸发,变成低温低压的气体。蒸发产生的气体再次被吸入压缩机,开始又一轮同样的工作过程。这样的循环过程连续不断,周而复始,从而达到不断制热的目的。
热泵原理示意图如下:
热泵在工作时,把环境介质中贮存的能量Q A通过蒸发器进行吸收;热泵本身做功消耗的能量,有部分转化为热能Q B;热泵循环工质在冷凝器中释放的热量Q C等于Q A+Q B,由此可以瞧出,热泵输出的能量为机组做功产生的热能Q B与热泵在环境中吸收的热量Q A;因此,采用热泵技术可以节约大量的电能。
热泵的节能原理如下图所示
举例:WEAKR-5H机组,热泵系统输入功率4、1 kW,周围环境温度20℃,输出的制热功率却达到16、4kW,这意味着热泵工作时从周围环境吸收了大量的免费热能。在此过程中,系统仅仅只消耗了4、1 kW的电能,却等同于传统加热方式16、4 kW×0、95=15、58 kW的输入功率热水器才能完成的工作,因此,系统的能效系数COP = 16、4/4、1 = 400%。
该产品就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,从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%。
在制取低温(60摄氏度以下)的热能方面,以消耗电能或燃料的化学能这种传统方式已经开始逐步让位给热泵制热方式,因为在这一领域,热泵系统的制热效率可以轻易的超出传统方式数倍以上;因此,制55℃热水费用小于太阳能辅助电加热系统;比电热锅炉节电80%;比燃
油锅炉节省耗能费用50%;制热水量可以根据需求自动调节。适温度范围在-10～50℃的地区。
㈡四种热水器的对比
一、四种热水器的外观及工作原理
燃气热水器(壁挂式)
使用过程中会因燃烧不充分而排出有毒气体,造成安全事故;起动水压高,有些住高层的用户,如不装增压泵就无法起动;安装不方便,要在墙上打洞,安排气扇等;不同的燃气,其燃烧器形状、喷嘴大小、燃气通道截面积都不一样。
储水式电热水器(落地式)
储水式电热水器体积大,占用卫生间空间;电热水器使用前需要预热,不能连续使用超出额定容量的水量。要就是家庭人多,洗澡中途还得等;内部温度达到80℃后,电热水器容易生垢,为加热管破裂、漏电埋下了安全隐患,需一年除垢一次。此外,许多老式住房的电路接地不可靠,目前采用的漏电保护器仅解决了电热水器产品本身的安全问题,但用户仍面临由外部环境引入的水带电等触电隐患。
太阳能热水器(集热式)