空气制热技术.doc

热交换知识学习空气热泵制热水原理逆卡诺循环 一种被称作冷媒的低沸点工质在制冷四大部件中循环。 四大部件分别为，压缩机，冷凝器，节流阀，蒸发器。 低压气态工质进入压缩机，经过压缩成为高温高压气体，这时工质沸点随压力升高也升高（就像水在海平面烧开时温度最高的性质一样)。高沸点的工质进入冷凝器开始液化，这时工质放出热量，变成液体。接下来在进入蒸发器前先经过节流阀，节流阀又使工质压力降低，压力降低的工质在蒸发器中又开始蒸发，这时工质吸收热量，又变为低压的气体。再进入压缩机，冷媒就这样一直循环下去。 空气源热泵热水器由热泵换热器节流器吸热器热泵等装置构成了一个循环系统。热媒（也叫冷媒）在热泵的作用下在系统中循环流动。它在热泵内完成气态的升压升温过程（通常温度都达到100摄氏度），进入冷凝器后释放出高温热量加热水，同时冷却并转化为流液态，当它运行到蒸发器后，液态迅速吸热蒸发再次转化为气态，同时温度下降至零下20到30摄氏度，这时蒸发器周边的空气就会源源不断地将低温热量传递给热媒。热媒不断地循环就实现了空气中的低温热量转变为高温热量并加热冷水过程。它通过把电能转化为机械能，将空气中低品位热能转化为能够烧开水的高品位热能。在工作时，仅20%的能源来自电能，80%的热能取之于空气，从而把空气取能制热理论变为了现实。” “它消耗1千瓦时的电所提供的热量约4300大卡，而普通电锅炉设备仅为860大卡。首次突破空调产热水损伤压缩机的难题，压缩机寿命达到15年；首次突破50摄氏度以上的水温，出水（蒸汽）最高温度达120摄氏度；而作为附带产品的冷气，则将有效缓解城市的“热岛”效应。 一、为什么本产品；又可称为“全天候太阳能户内空气源热泵中央热水器？太阳能储存在大气中。将户内空气中储存的太阳能转化为加热热水的热能。与普通太阳能热水器不同，它的全部设备都安装在户内，因此不受户外天气的影响，一年四季可全天候运转。二、为什么节电量大？本产品用电驱动装置吸收空气中的热能来制取热水，冷热水自然分层，减少了混水而产生的热损耗。在加热过程中消耗同样的电量，可提供34倍的热水，也就是说，使用同样多的热水，仅需1/31/4的电费，节电效果十分突出。三、为什么节水？传统热水器采用混水式设计，使用时都需先放水调试水温。而本产品采用微电脑控制系统，可以自由设定所需的出水水温，在使用时不需冷水混入，简便舒适，而且节省了调试水温而浪费的部分水资源。四、使用安全吗？本产品采用工质盘管加热热水，切实实现了水电分离，排除了热水带电的可能。同时， 本产品还采用了高压过载、漏电接地等多重保护，并已通过国家家电产品3C认证。五、耐用吗？使用寿命如何？本产品水箱采用最先进的水晶内胆工艺，经久耐用。整机使用寿命可达10年以上。六、抽室内空气制热，冬季会影响室温吗？本产品一小时所需的换气量为260立方米，是建设部规定标准换气量的72（120平方米建筑计算），另外，制热后产生的冷空气由风机直接排除户外，因此，即使在冬季也不会对户内温度产生显著影响。七、安装简便吗？安装与普通的电热水器的安装相类似，但与传统太阳能热水器不同，不需安装户外集热装置，因此安装较为方便。八、运行有噪音吗？采用特制压缩机，并铺以特殊的隔音处理技术，噪音低于47db分贝，远小于国家规定的应53db分贝的噪音标准。九、安装在室内有污染吗？本产品采用当前最先进的环保工质及配套工质，污染物和有害气体零排放，而且对臭氧层无破坏，符合环保要求。十、为什么具有夏季有局部降温的功能户内空气在流经本产品蒸发器时，空气中的热量就被蒸发器中的冷媒吸收，根据逆诺循环原理，在制取热水的同时，这部分空气由于温度下降而成为“冷风”。冬季，将冷风直接排放到户外，夏季，则可将这部分冷风切换至室内排放，从而起到局部降低温度的作用。1.2 热泵技术概况热泵的发展应用起源于欧美，我国是最大的市场。19世纪初，英国物理学家J.P.Joule提出了“通过改变压缩流体的压力就能使其温度发生变化”的原理。1854年，W.Thomson（威廉汤姆逊）发表论文，提出了热量倍增器（Heat Multiplier）的概念，首次描述了热泵的设想。1912年瑞士苏黎世成功安装了一套以河水为低位热能的热泵设备用于供暖这是世界上第一个水源热泵系统。此后的几十年是热泵的研究发展阶段，其发展长期滞后于空调的发展。1973年的全球性能源危机，使人们重视能源的节约及回收利用，加速了热泵在全球范围内的发展。而大规模的商业应用则是近20年的事，拿发达国家美国来说，1985年有14000台热泵在用，到1997年又新装45000台，截止2004年已安装了400000台，每年以10%的速度稳步增长。在我国，热泵事业近几年开始起步。2001、2002年开始有进口产品及合资产品，发展势头很猛。随着人们节能、环保意识的提高即人们可测算到只要使用热泵产品一、两年的时间节省下来的燃料费，就可回收投资购买设备的费用。因此，不久的将来（23年）热泵热水器必将“飞入寻常百姓家”，成为热水器市场的主流。据专家保守估计，未来3年，我国热泵市场将有300亿元的商机。1.3 主要性能特点1.3.1 高效节能由工作原理可知，热泵机组能从周围空气获取大量的免费热量，一般情况下，每消耗1度电大约能产生34度电以上的热量。机组的能效比（COP）平均可达34以上，相当于热效率超过300%400%，比用直接电加热方式节能6775%以上。运行费用是普通电热水器的1/4，燃气热水器的1/3，燃油热水器的1/2.5，太阳能热水器的1/1.5。1.3.2 经济耐用由于效率高，运行费用低，是电锅炉的1/31/4还少，而且可以大大降低供电负荷，节约电力增容费。跟燃气燃油锅炉比较，无需相应的燃料供应系统，因此无需燃料输送费用和管理费用。设备紧凑，操作、维护简单，无需人工管理费用。机组安装在室外，比如裙楼或顶层屋面、敞开的阳台等处，无需设立专门的设备房，不占用有效的建筑面积，节省土建投资。压缩机、热交换器和主要零部件均选用名牌优质产品，运行可靠，使用寿命长。外壳采用镜面不锈钢，高雅美观，经久耐用，不易生锈。1.3.3 安全环保热泵机组对大气及环境无任何污染,而且节能效果明显,属于绿色环保类产品,符合我国目前的能源、环保方面的基本政策。热泵机组设有高低压异常保护、压缩机过载保护、风机过热保护、缺相保护、漏电保护、传感器故障保护、限温保护等多种自动安全保护功能。与传统的热水锅炉相比，没有相应燃料供应和烟气排放系统，系统安全、卫生、清洁，没有燃料泄露、火灾、爆炸等安全隐患。与传统的活塞压缩式热泵机组相比较，长菱热泵采用涡旋式压缩机，其噪音小，对周围环境不会产生不利。1.3.4 适应性强空气源热泵型热水机组的工作性能随室外气候变化比较明显，室外环境温度在040范围内，热泵机组都能正常工作。热泵机组提供可达60以上的热水，充分满足卫生热水、泳池恒温和采暖等各种需求。与水箱配套使用，充分利用夜间优惠电价时段来加热，预先储存大量的热水。可多台机组并联满足更大量的热水需求，另外，在热水需求量减少的季节或需要检修时，可以停用部分机组而不影响其他机组运行。 “制冷、制热”型空气源热泵系统及分析摘要：本文结合实际提出一种小型中央空调用“制冷、制热、卫生热水”型空气源热泵系统，能够利用空调部分冷凝热提供生活用卫生热水。该系统可与家用中央热水系统连接。本文也论述了系统各部件的设计修正，并对该系统进行了全年运行分析。 关键词：小型中央空调 热泵热水 热回收 前言 在全世界共同面临越来越升温的能源危机面前，我国作为耗能大国，能量利用率仍然不高，在能源收支平衡中，热损失占很大一部分，空调系统中的冷凝热属于低温余热，利用方便而且从焓平衡角度来看，热损失也不大。在我国，中央空调在运行时产生大量的冷凝热，白白排放至大气环境中，造成可用能量的损失。同时采用中央空调的酒店、宾馆全年需要提供热水，一般采用蒸汽供热水，由于冬高夏低的热水需求量，按照冬季热水需求设计的锅炉在夏季常常处于低负荷运行。如能够回收冷凝热产生卫生热水，满足夏季热水需求，在冬季分担锅炉供热量，降低能耗，将是一条变废为宝的节能途径。 1 系统 1.1不带热回收的风冷冷热水机组制冷循环图1 用全封闭往复式压缩机地风冷热泵机组lgp-h图由图1，25点的过程为整个冷凝过程，其中23点是制冷剂的过热段放显热，34点制冷剂放潜热，45点是过冷段放显热过程。 在制冷工况下运行，4蒸发，49冷凝，5吸气过热，5节流过冷，冷凝热可达制冷量的1.151.3倍。等熵时，压缩机排气口t2s为70左右，实际中，压缩机排气过热,t2可达到83左右，有可能提供5565的生活热水。 以R22为例，单位制冷剂可回收的低温余热为2-3段的热量，占冷凝热的17%左右，剩余的液相可冷凝的热量仍大于6-1可蒸发的热量，故即使有部分热量被回收后，在冬季仍可以满足设计的热负荷。 1.2带热回收的风冷冷热水机组 1.2.1本热回收机组的装置: 1压缩机7单向阀13热力膨胀阀的感温包19空调出水温度传感器2电磁三通阀8高压贮液器14气液分离器20出水管3热回收换热器9热力膨胀阀15空调水泵21进水管4电磁四通阀10单向阀16水侧换热器22生活热水出水管5空气侧换热器11单向阀17除垢装置23自来水进水管6风机12单向阀18水压传感器图2 热回收机组装置示意图制冷剂循环回路：压缩机1的排气口依次连接四通阀4，空气侧换热器5，单向阀7，高压贮液器8，热力膨胀阀9，单向阀11，水侧换热器16，四通阀4，气液分离器14，再返回压缩机1的吸气口，在单向阀11出口与单向阀7的出口之间设置单向阀12，热膨胀阀9的感温包13安装在四通阀4与气液分离器14之间的连接管路上； 1.2.2本热回收机组的特征 （1）在该空调装置的压缩机的排气口与四通阀入口之间设置一个热回收换热器，该压缩机的排气管与热回收换热器内部的制冷剂通道的入口相连，该热回收换热器的出口与四通阀的入口相连，生活热水通道的进出口分别与生活热水进水管和热回收换热器水通道的入口相连。 （2）在该空调装置的压缩机的排气口和热回收换热器之间设置电磁三通阀，电磁三通阀的入口和压缩机的排气口相连，另两个出口分别与四通阀的入口和热回收换热器制冷剂通道的入口相连，热回收换热器制冷剂通道的出口与四通阀的入口相连。 （3）为解决传统方案中生活热水管路容易结垢的问题，除了在热水管路增设除垢装置外，还在压缩机排气管和热回收换热器之间设置电磁三通阀，利用电磁三通阀转换高温制冷剂的流向，在热水装置不进行供热水运行时，使高温气态制冷剂不经过热回收制冷剂而直接旁通进入电磁四通阀，避免了高温气态制冷剂将热回收换热器内的水继续加热而导致热水管路结垢。 2 部件组成 2.1压缩机 该热回收机组的压缩机选型与普通风冷冷热水机组一致,即根据各种型号压缩机的制冷量和蒸发温度、冷凝温度的关系曲线（性能曲线）一般由制造厂提供。若无性能曲线作为参考，可按压缩机产品样本所提供的输气量选型。 可回收的热量理论上能够达到17%，但在实际运行中，由于换热一侧是气相，热阻较大，即使采用高换热效率的板式换热器，可能也达不到这么多。以设计一台20kW的热回收机组为例，根据一般工程实例，宾馆所需的热水供热量约为其制冷量的20-30%5，可适当选取稍大容量的压缩机，即蒸发温度和冷凝温度不变，制冷量提高为设计负荷的1.2-1.3倍，满足热水的供热量。设计本身还是以保证制冷效果为前提的，尽可能回收余热。在冬季热水需求较大的情况下，还需要使用辅助热源。 2.2空气侧换热器 设计空冷冷凝器时,热负荷为图1（lgp-h图）上制冷剂5点与3点的焓差值,小于无热回收的机组的设计热负荷，因部分冷凝热用于热回收，被热回收换热器承担,所以本机组的空冷冷凝器的换热面积必然较无热回收机组的空冷冷凝器的换热面积小。 冬季进行校核计算，由图1（lgp-h图）计算可得，冬季3-5段冷凝放热量仍略大于设计负荷，而且由于选型时适当的放大了压缩机的容量，能够满足冬季的供热量。 2.3热回收换热器 该机组的热回收换热器，热回收过程为图1（lgp-h图）上从2点至3点的过程，高温高压的制冷剂气体从压缩机排出，将其气体显热与自来水在热回收换热器中交换，以加热自来水，从而获得5565的生活热水。 换热量为图1（lgp-h图）上制冷剂3点与2点的焓差值。 夏季自来水进水温度2830，生活热水出口温度65，结合制冷剂进出口的温度计算出平均温差tm，只有5-40，所以只有小流量连续制备热水，由式A=Q/(Ktm),需要估算热回收换热器的传热系数。对于小型中央空调，热回收负荷较小，气相侧热阻大，一般选用板式换热器或板翅式换热器。 自来水循环量:得到传热系数后，自来水的循环量就可依式W=Q/(cpt)算得。 2.4水侧换热器 水侧换热器在夏季即为蒸发器。其选用或设计方法与普通风冷冷热水机组一致，当压缩机选稍大容量时，根据新的负荷确定蒸发器的传热面积、选择合适的蒸发器及计算载冷剂（水）流量。 3 系统分析 3.1夏季单独制冷时: 空调装置制冷运行，但用户不使用热水时，压缩机1运行，四通阀4关闭制冷工况，空调水泵15运行，此时，电磁三通阀2关闭，切断高温制冷剂流向再热器3的流道，而旁通进入四通阀4，制冷剂经过四通阀4在空气侧换热器5内冷凝成高压液态制冷剂，并沿单向阀7流入高压贮液器8，经热力膨胀阀9节流降压后，沿单向阀11进入水侧换热器16内，吸收经空调水泵15返回的空调用水的热量而蒸发，最后经四通阀4、气液分离器14返回压缩机1，实现空调系统的制冷运行。 3.2夏季制冷及供热水联合运行时: 装置制冷运行且用户使用热水时，压缩机1运行，四通阀4关闭，空调水泵15运行，此时，水压传感器18指令电磁三通阀2开启，切断直接进入四通阀4的高温制冷剂流道，使高温制冷剂旁通到热回收换热器3，高温气态制冷剂在热回收换热器3中释放部分热量后，进入四通阀4，其后制冷剂的流动方向和单独制冷时相同。在热水装置中，自来水经生活热水进水管进入除垢装置17后流入热回收换热器3中，利用压缩机排气的部分热量加热后，经水压传感器18、生活热水出水管22流向用户。 3.3冬季单独采暖时: 空调装置采暖运行时，但用户不使用热水时，压缩机1运行，四通阀4开启，空调水泵15运行，此时，电磁三通阀2关闭，切断高温制冷剂流向热回收换热来源:论文 器3的流道，而旁通进入的四通阀4，制冷剂经过四通阀4，流入水侧换热器16，在水侧换热器16内将热量释放至空调热水中并冷凝成高压液态制冷剂，并