大师解答空气源热泵采暖节能之真伪

1、大大 师师 解解 答答空气源热泵采暖节能之真伪空气源热泵采暖节能之真伪 Page 2目前暖通圈已经有很多网友对热泵及其空气源热泵采目前暖通圈已经有很多网友对热泵及其空气源热泵采暖表现出浓厚的兴趣，但却对其相关知识不甚了解，在此暖表现出浓厚的兴趣，但却对其相关知识不甚了解，在此特邀清华大学热能工程系教授、北京清华索兰环能技术研特邀清华大学热能工程系教授、北京清华索兰环能技术研究所创始人李元哲女士来为究所创始人李元哲女士来为大家大家就空气源热泵热泵采暖的就空气源热泵热泵采暖的相关问题做一个对话和解答。相关问题做一个对话和解答。 Page 3【大师大师简介】简介】 李元哲李元哲清华大学热能工程系教授

2、、北京清华索兰环能技术研究所清华大学热能工程系教授、北京清华索兰环能技术研究所创始人，为我国太阳能热利用、空气源热泵采暖、地板空调科学方面创始人，为我国太阳能热利用、空气源热泵采暖、地板空调科学方面的学术带头人之一。曾担任的学术带头人之一。曾担任“七五七五”期间太阳能热利用国家级公关关课期间太阳能热利用国家级公关关课题组组长，中国太阳能学会光热委员会委员，太阳能学报编委。是我题组组长，中国太阳能学会光热委员会委员，太阳能学报编委。是我国较早从事研究太阳能、空气能热利用方面的专家。先后发表论文国较早从事研究太阳能、空气能热利用方面的专家。先后发表论文40余篇、专著两部，拥有十余项国家专利，曾两次

3、荣获北京市科技进步余篇、专著两部，拥有十余项国家专利，曾两次荣获北京市科技进步二等奖。二等奖。 Page 4什么是热泵？热泵为什么会节能呢？什么是热泵？热泵为什么会节能呢？ 热泵是一种提高热量温度的机械装置，正如水泵能提高水的压力（或热泵是一种提高热量温度的机械装置，正如水泵能提高水的压力（或水位）一样。水泵是利用了电机带动叶轮旋转，热泵是利用电动机带水位）一样。水泵是利用了电机带动叶轮旋转，热泵是利用电动机带动压缩机转动而加压的。不过热泵压缩的不是水或空气而是一种叫动压缩机转动而加压的。不过热泵压缩的不是水或空气而是一种叫“制冷剂制冷剂”的工质。由于这种工质的特性，即在常温常压下它能通过热的

4、工质。由于这种工质的特性，即在常温常压下它能通过热交换器吸收自然环境中物质的热量，从而由液态变为气态。而经过电交换器吸收自然环境中物质的热量，从而由液态变为气态。而经过电力拖动的压缩机将其气体压缩就变为较高温高压的气体。这时，如果力拖动的压缩机将其气体压缩就变为较高温高压的气体。这时，如果再用水或空气通过热交换器就可以获得比环境温度高许多的热水或空再用水或空气通过热交换器就可以获得比环境温度高许多的热水或空气，由能量平衡原理可知所获热水或热空气包含了从环境中吸收的热气，由能量平衡原理可知所获热水或热空气包含了从环境中吸收的热以及压缩机输入做功的大部分，这就叫蒸汽压缩式热泵。该种热泵是以及压缩机

5、输入做功的大部分，这就叫蒸汽压缩式热泵。该种热泵是包含了压缩机、低温低压换热器、高温高压换热器，及节流降压装置包含了压缩机、低温低压换热器、高温高压换热器，及节流降压装置4个主要部分（使高温高压的气体再回到压缩机就需要增加一个节流个主要部分（使高温高压的气体再回到压缩机就需要增加一个节流降压的装置）。至于热泵为什么会节能，那是因为由压缩机消耗的功降压的装置）。至于热泵为什么会节能，那是因为由压缩机消耗的功转化成的热仅是热泵输出的热量的一小部分，而大部分是由自然界提转化成的热仅是热泵输出的热量的一小部分，而大部分是由自然界提供的供的“自然能自然能”，这种能是，这种能是“唾手可得唾手可得”的。所以

6、，热泵又曾被称为的。所以，热泵又曾被称为“热热放大器放大器”，与直接使用电相比是一种高度节能的机械装置。，与直接使用电相比是一种高度节能的机械装置。 Page 5什么是什么是COP值？值？ COP，是性能系数英文（，是性能系数英文（coefficient of performance）字头的缩写，）字头的缩写，译为有效（利用）系数或性能系数，用数学式表达为：译为有效（利用）系数或性能系数，用数学式表达为：COP=输出热输出热量量/输入电总功率输入电总功率=Q/W，单指压缩机的性能系数时，该式的分母可以，单指压缩机的性能系数时，该式的分母可以是压缩机的耗电功率，显然这使得是压缩机的耗电功率，显然

7、这使得COP值比较高，这是过去标准中采值比较高，这是过去标准中采用的方法。热泵的理想性能系数是逆卡尔诺循环的效率，它由下式表用的方法。热泵的理想性能系数是逆卡尔诺循环的效率，它由下式表示：示：COP=Tc/(Tc-Te)=Tc/(1- Te /Tc)，该式中，该式中Tc：冷凝绝对温度：冷凝绝对温度K，Te：蒸发绝对温度：蒸发绝对温度K，由该式可见，热泵的，由该式可见，热泵的COP恒大于恒大于1，与一般的，与一般的热机效率恒小于热机效率恒小于1不同。有人说这违反了能量守恒原理，这种认识的不同。有人说这违反了能量守恒原理，这种认识的错误在于不能区分能量的品位，即电能是有做功能力的高品位能，环错误在

8、于不能区分能量的品位，即电能是有做功能力的高品位能，环境中的能是基本失去做功能力的低品位能。境中的能是基本失去做功能力的低品位能。50的热水是中品位能，的热水是中品位能，热泵是利用少部分高品位能把低品位能提高到中品位能，从能量的数热泵是利用少部分高品位能把低品位能提高到中品位能，从能量的数量上看是守恒的。量上看是守恒的。Page 6什么是什么是COP值？值？ 例如，空调热泵工况例如，空调热泵工况Tc=40，Te=5，Tc=313K，Te=278K，则则COP=313/(313-278)=8.94。但是，由于热泵的高温、低温交换器。但是，由于热泵的高温、低温交换器都存在温差，一般为都存在温差，一

9、般为10左右；电机效率小于左右；电机效率小于1；压缩机容积效率小；压缩机容积效率小于于1；过程中的机械摩擦损失等，实际的；过程中的机械摩擦损失等，实际的COP，不足理想的，不足理想的50%。例。例如目前生产的名牌空调热泵由压缩机厂公布的压缩机的如目前生产的名牌空调热泵由压缩机厂公布的压缩机的COP，也仅为，也仅为2.83.2，即相当于理想循环的，即相当于理想循环的33.5%。 Page 7 热泵热水器的标准工况虽然没有见到规定，但大体上对于能制热泵热水器的标准工况虽然没有见到规定，但大体上对于能制15-50热水的冷凝温度平均在热水的冷凝温度平均在40左右，对于在室外工作的热泵，蒸左右，对于在室

10、外工作的热泵，蒸发温度在发温度在-2020左右，平均为左右，平均为0左右，则：左右，则：COP=(273+40)/(313-273)=7.82，则实际的有效系数也会像空调热泵，则实际的有效系数也会像空调热泵机组那样下降一个相当大的百分数。所以，有些企业对热泵热水器的机组那样下降一个相当大的百分数。所以，有些企业对热泵热水器的有效系数夸大到有效系数夸大到56是不科学的，对于在户内工作的热泵，则因其蒸是不科学的，对于在户内工作的热泵，则因其蒸发温度可能在发温度可能在515左右，取平均值为左右，取平均值为10，则，则COP比在室外工作比在室外工作的热泵有可能提高的热泵有可能提高2030%。什么是什么

11、是COP值？值？ Page 8热泵是怎样从大气中吸取热量的？热泵是怎样从大气中吸取热量的？目前热泵可以在多少温度度范围内使用？目前热泵可以在多少温度度范围内使用？ 如前所述空气源热泵是通过一种如前所述空气源热泵是通过一种“制冷剂制冷剂”进行热力循环，从而把大进行热力循环，从而把大气中的低温热量提升到高温。组成热泵热力循环有四个主要部件，即气中的低温热量提升到高温。组成热泵热力循环有四个主要部件，即（1）低温（低压）侧的热交换器叫做蒸发器、（）低温（低压）侧的热交换器叫做蒸发器、（2）压缩机、（）压缩机、（3）高温（高压）侧的热交换器叫做冷凝器及（高温（高压）侧的热交换器叫做冷凝器及（4）节流装

12、置。他们之间）节流装置。他们之间以管道相连。以管道相连。 Page 9热泵是怎样从大气中吸取热量的？热泵是怎样从大气中吸取热量的？目前热泵可以在多少温度度范围内使用？目前热泵可以在多少温度度范围内使用？ 在蒸发器中，制冷剂是从液态吸热后变成汽态，即发生相变，所以，温度基在蒸发器中，制冷剂是从液态吸热后变成汽态，即发生相变，所以，温度基本不变，该温度叫蒸发温度，对应的压力叫蒸发压力。同样，在冷凝器中制本不变，该温度叫蒸发温度，对应的压力叫蒸发压力。同样，在冷凝器中制冷剂是从汽态变为液态，也即为相变过程，温度基本不变，该温度叫冷凝温冷剂是从汽态变为液态，也即为相变过程，温度基本不变，该温度叫冷凝温

13、度，对应的压力叫冷凝压力。由于多数制冷剂具有一种共性，即常压下，具度，对应的压力叫冷凝压力。由于多数制冷剂具有一种共性，即常压下，具有很低的沸点，也就是说常压的汽化温度很低。例如当前国内用得最多的制有很低的沸点，也就是说常压的汽化温度很低。例如当前国内用得最多的制冷剂冷剂R22在在1个大气压下的沸点为：个大气压下的沸点为：-40,而作为代替而作为代替R12的环保工质的环保工质R134a在在1个大气压下的沸点是个大气压下的沸点是-26.5，这就意味着在图，这就意味着在图1所示的热力循环中，如果所示的热力循环中，如果在蒸发器中保持着虽然高于在蒸发器中保持着虽然高于1个大气压但却是比较低的压力时，则

14、通过蒸发个大气压但却是比较低的压力时，则通过蒸发器的制冷剂能够处于相当低的温度状态，从而由远低于器的制冷剂能够处于相当低的温度状态，从而由远低于0的空气中吸取热的空气中吸取热量，不仅可以吸取空气中的显热（即降低空气的干球温度），而且可以吸收量，不仅可以吸取空气中的显热（即降低空气的干球温度），而且可以吸收空气中的潜热（即使空气中的水分冷凝下来）。这就是为什么热泵能从大气空气中的潜热（即使空气中的水分冷凝下来）。这就是为什么热泵能从大气中甚至低温的大气中提取热量的道理。但是，不是从任何温度空气中都能正中甚至低温的大气中提取热量的道理。但是，不是从任何温度空气中都能正常工作，提取热量，这是因为现有

15、制冷剂物理性质的限制，而且，也受压缩常工作，提取热量，这是因为现有制冷剂物理性质的限制，而且，也受压缩机构造的限制。所以，在国内外众多科教工作者的努力下，目前热泵能工作机构造的限制。所以，在国内外众多科教工作者的努力下，目前热泵能工作的最低环境温度为的最低环境温度为-20-15，最高温度环境为，最高温度环境为35左右。左右。 Page 10空气源热泵与地暖组合具有什么优势？空气源热泵与地暖组合具有什么优势？ 目前，较普遍应用的热泵热源有三种，即空气源、土壤源及浅层地下目前，较普遍应用的热泵热源有三种，即空气源、土壤源及浅层地下水源。水源热泵可以达到最大的供能规模，土壤源次之，空气源热泵水源。水

16、源热泵可以达到最大的供能规模，土壤源次之，空气源热泵较小。依各自供热规模的大小，使用的单台压缩机也不同。近期螺杆较小。依各自供热规模的大小，使用的单台压缩机也不同。近期螺杆式压缩机的发展较快，如使用式压缩机的发展较快，如使用R22的螺杆压缩机单台制冷量可以的螺杆压缩机单台制冷量可以达到达到140-3600kw。 Page 11空气源热泵与地暖组合具有什么优势？空气源热泵与地暖组合具有什么优势？ 空气源热泵由于空气侧的换热器体积相对庞大，故供热规模较小，一空气源热泵由于空气侧的换热器体积相对庞大，故供热规模较小，一般单台在般单台在7kw-70kw范围内，但是有趋势为利用螺杆机，单台可达到范围内，

17、但是有趋势为利用螺杆机，单台可达到700kw。所以空气源热泵有特别适应中小型公建的优点，它还具有以。所以空气源热泵有特别适应中小型公建的优点，它还具有以下优势：下优势： 1、空气是可再生的清洁能源，唾手可得免费使用。与水源、土壤源相、空气是可再生的清洁能源，唾手可得免费使用。与水源、土壤源相比，不涉及地质资源限制，也不污染地下水。比，不涉及地质资源限制，也不污染地下水。 2、无需特设机房，安装方便，大型可装在屋顶节省占地。、无需特设机房，安装方便，大型可装在屋顶节省占地。3、初投资相对于水源、土壤源低。、初投资相对于水源、土壤源低。 4、类似普通空调机，操作方便，无需专管技术人员。、类似普通空

18、调机，操作方便，无需专管技术人员。 5、可按户计量，收费方便，用户使用自主性强。适宜用在小型用户。、可按户计量，收费方便，用户使用自主性强。适宜用在小型用户。 Page 12空气源热泵采暖是否真的节能？空气源热泵采暖是否真的节能？ 空气源热泵采暖并非不节能，关键是要选对机组空气源热泵采暖是否空气源热泵采暖并非不节能，关键是要选对机组空气源热泵采暖是否节能，有一个关键因素，那就是空气源热泵机组容量的确定。当室外节能，有一个关键因素，那就是空气源热泵机组容量的确定。当室外气温低于标准工况所制定的气温低于标准工况所制定的7时，空气源热泵的供热量会下降，所时，空气源热泵的供热量会下降，所以大部分网友认

19、为在室外温度低于以大部分网友认为在室外温度低于5的情况下，空气源热泵就不会的情况下，空气源热泵就不会节能。而事实上，这个解决是可以解决的，那就是要选对机组。设计节能。而事实上，这个解决是可以解决的，那就是要选对机组。设计者不能根据标准工况的供热量选用机组，而应该按照用户所在地区的者不能根据标准工况的供热量选用机组，而应该按照用户所在地区的供暖设计工况及热泵在所需供水温度下的供热量来选用机组，这样空供暖设计工况及热泵在所需供水温度下的供热量来选用机组，这样空气源热泵才会是实现它的节能效果。气源热泵才会是实现它的节能效果。 Page 13热泵地暖的耗电量为热泵地暖的耗电量为20-30度度/m2,比

20、燃气炉省比燃气炉省58%的采暖费。那么，的采暖费。那么，空气源热泵采暖是否会冲击燃气热水采暖炉市场？空气源热泵采暖是否会冲击燃气热水采暖炉市场？ 以空气作为低品位热源的空气源热泵与水源热泵或土壤源热泵等其他以空气作为低品位热源的空气源热泵与水源热泵或土壤源热泵等其他热源相比，有更广泛的应用领域，更便于分户管理，更容易实现行为热源相比，有更广泛的应用领域，更便于分户管理，更容易实现行为节能，更无损于环境和资源保护，属于可再生能源的范畴。在集中热节能，更无损于环境和资源保护，属于可再生能源的范畴。在集中热网和天然气管道不能覆盖地区建筑的供暖、供冷及生活热水领域有极网和天然气管道不能覆盖地区建筑的供暖、供冷及生活热水领域有极大的优势。当采暖负荷为大的优势。当采暖负荷为55瓦瓦/平方米、室温要求平方米、室温要求20摄氏度时，所需摄氏度时，所需热水温度为平均热水温度为平均35摄氏度；当采暖负荷为摄氏度；当采暖负荷为35瓦瓦/平方米时，只需平均平方米时，只需平均水温水温30摄氏度，上述供回水温差为摄氏度，上述供回水温差为3摄氏度摄氏度5摄氏度。在此供热水温摄氏度。在此供热水温度下，度下， 中国家用电器研究所在北京地区对中国家用电器研究所在北京地区对“清华索兰清华索兰”生产的分体式生产的分体式热泵机组测试