空氣源熱泵工作原理

1、空氣源熱泵四大件

目前使用的空氣源熱泵是基于逆卡諾循環(huán)的蒸氣壓縮制冷循環(huán)工作的機組。該類型機組由傳統稱為四大件的壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、冷凝器,以及制冷劑、控制系統和其它附件組成。該機組是一個封閉的系統,制冷劑在系統內循環(huán),由壓縮機提供循環(huán)動力。節(jié)流閥是一個具有較好的阻力調節(jié)性能的閥門,使流經它的液態(tài)制冷劑的壓力降低到冷源側所需的壓力,即蒸發(fā)壓力。冷凝器和蒸發(fā)器均為換熱設備在其中通過制冷劑和機組外面的介質,如空氣、水等進行熱量的交換。

圖1.1蒸氣壓縮制冷循環(huán)工作原理

圖1.1所示,空氣源熱泵中的壓縮機是最重要的核心部件之一。通過壓縮機吸入來自蒸發(fā)器的低壓制冷劑蒸氣,經過壓縮機壓縮后,使制冷劑蒸氣變成高溫高壓的制冷劑氣體。然后排到冷凝器(散熱端),再經過冷凝器與傳熱媒介(水或空氣)的降溫使氣體冷凝(降溫),變成高壓低溫制冷劑。在節(jié)流裝置(毛細管或膨脹閥)作用下變成低溫低壓的氣體流向蒸發(fā)器(吸熱端)。制冷劑在蒸發(fā)器內進行蒸發(fā)吸熱沸騰,變?yōu)橹评鋭┱魵夂笥直粔嚎s機的吸氣管吸入,這樣就使系統中的制冷劑在壓縮機動力的作用下不間斷循環(huán)流動。其結果是,機組內部制冷劑分為高壓和低壓兩個區(qū)域(圖中上下兩個部分),液態(tài)和氣態(tài)兩個區(qū)域(圖中左右兩個區(qū)域)。而從外部看,則分為高溫和低溫兩個區(qū)域,上部冷凝器側為高溫區(qū)域,有熱量Q2散發(fā)到外界,下部蒸發(fā)器側為低溫區(qū)域,有熱量Q1從外界吸入系統?？偟臒崃科胶馐菑耐饨缥氲臒崃縌1加上壓縮機消耗的軸功W永遠等于散發(fā)到外界的熱量Q2。

高溫區(qū)域冷凝器內的溫度稱為冷凝溫度,低溫區(qū)域蒸發(fā)器內的溫度稱為蒸發(fā)溫度。夏季環(huán)境空氣溫度為40℃時,若冷凝溫度設為50℃(與空氣換熱約需要10℃的溫差),蒸發(fā)溫度設為5℃,蒸發(fā)器外界溫度可以降為15℃,此即為家用空調制冷模式。這時,Q1即為制冷量,E=Q1M即為制冷系數。反之,冬季環(huán)境空氣溫度為0℃時,蒸發(fā)溫度設為10℃(與室外空氣換熱約需要10℃的溫差),若冷凝溫度設為40℃,冷凝器外界溫度可以升為30℃,這即為家用空調制熱模式。此時,Q2即為制熱量n=Q2N即為制熱系數。

制熱時,裝置將0℃的環(huán)境空氣中的熱量Q1通過循環(huán)(合并裝置耗功W)提升為30℃的熱量Q2就像水泵將水從低處拾升到高處一樣,所以我們稱它為熱量之泵,熱泵。

2、空氣源熱泵分類

除了消耗電能的熱泵以外,還有消耗熱能驅動的熱泵,如吸收式熱泵、吸附式熱泵。由于該類熱泵占地面積大、能效低,或者使用條件限制,或者技術不夠成熟,所以目前尚沒有大量推廣應用。按照冷凝器側換熱介質的不同,主要有風冷熱泵、水冷熱泵。顧名思義,風冷熱泵是由空氣作為冷凝器熱交換介質的,水冷熱泵是由水作為冷凝器熱交換介質的。這種概念是源于用作冷暖空調的熱泵機組而言的。目前市場上出現的空氣源熱泵熱水器屬于單熱機組,冷凝器側即為被加熱水,其系統構成與水冷熱泵是相似的,但不稱為水冷熱泵。

按照蒸發(fā)器側換熱介質的不同,主要有空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵(土壤源熱泵)、污水源熱泵等。顧名思義,空氣源熱泵是由室外環(huán)境空氣作為蒸發(fā)器熱交換介質的,水冷熱泵是由水(地表水、地下水等)作為蒸發(fā)器熱交換介質的,地源熱泵(土壤源熱泵)是由埋設于地下(100m左右)的埋管中的水與地下土壤換熱后再與蒸發(fā)器換熱的間接“水源”熱泵,污水源熱泵由經過處理的具有一定溫度的污水作為蒸發(fā)器熱交換介質的。這些熱泵機組均大量作為冷暖空調的冷熱水機組或氟機組。

在空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵(土壤源熱泵)、污水源熱泵各種機組之間,尤以空氣源熱泵機組的系統最為簡單,使用更加靈活。尤其是對于相對較小的系統,改造項目系統,空氣源熱泵機組無需專設的機房,無需專門的水面、地埋管等,在很多場月成為最適用的機組型式之一。

3、空氣源熱泵供暖機組

隨著夏熱冬冷地區(qū)對供暖的需求的上升,越來越多的空氣源熱泵機組被作為供暖的熱源,或者作為供暖加熱水供應的熱源。也有將空氣源熱泵機組作為制冷、熱水、供暖的 三聯供機組使用。空氣源熱泵熱水器作為供暖熱源使用時,有兩點必須說明。是熱水供應既消耗熱量也消耗水,而供暖系統只消耗熱量不消耗水;二是供暖系統是循環(huán)系統,入口水溫不是自來水溫度,而是供暖系統回水溫度,略低于供暖系統供水溫度5~10℃。所以,必須獲得相對準確的供暖室外計算溫度下的機器產熱量數據來進行計算。

近幾年,在北方開始使用空氣源熱泵供暖機組為供暖系統提供熱源。由于北方氣溫低,這就促使能適應較低氣溫環(huán)境下的低溫機組出現。所謂低溫機組,就是采用噴氣增焓技術的空氣源熱泵機組,可以將運行溫度擴展到零下20℃,甚至更低。