空氣源熱泵可行性研究報(bào)告.doc

摘要本文主要從熱泵熱水器原理設(shè)計(jì)節(jié)能環(huán)保等方面進(jìn)行了大體的說明。首先是從空氣源熱泵的概述、起源、發(fā)展歷程等進(jìn)行了介紹。從中可以了解到什么是熱泵熱水器？什么又是超低溫空氣源熱泵以及空氣源熱泵技術(shù)前景等等。其次是從熱泵的運(yùn)行原理,以及蒸汽壓縮式制冷循環(huán)原理方面,進(jìn)行了更詳細(xì)的介紹空氣源熱泵的組成以及設(shè)計(jì)方法。通過這一章可以的了解到熱泵的組成、性質(zhì)、特點(diǎn)等。最后對空氣源熱泵的系統(tǒng)計(jì)算、工質(zhì)性能的分析，從環(huán)保節(jié)能經(jīng)濟(jì)性等方面入手說明空氣源的相對于其他熱泵的優(yōu)勢。北方供暖機(jī)型的前景應(yīng)用。廣州歐式博空調(diào)設(shè)備有限公司企業(yè)簡介廣州歐式博中央空調(diào)有限公司是一家致力于新能源技術(shù)開發(fā)，堅(jiān)持以節(jié)能環(huán)保為企業(yè)核心發(fā)展目標(biāo)，并專注于熱泵技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)及提供綜合節(jié)能、低溫、高溫應(yīng)用解決方案的國際型企業(yè)。一直以來，歐式博作為一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售“歐斯博”品牌熱泵及特種中央空調(diào)的高科技企業(yè)，超過60%的產(chǎn)品出口歐盟、澳洲、北美、東南亞等地區(qū)，主要用于高端商用及家用場所。歐式博在近十年引進(jìn)吸收整合歐盟地區(qū)熱泵技術(shù)，長期與當(dāng)?shù)匮邪l(fā)、工廠、客戶保持良好的溝通與交流，由于低溫供暖與低溫?zé)岜眯阅芊€(wěn)定，是歐盟地區(qū)主要的低溫空氣源熱泵、泳池恒溫?zé)岜谩⒌蜏責(zé)岜眉盁岜弥醒霟崴畽C(jī)主要供應(yīng)商及OEM生產(chǎn)商。近年來，歐式博公司著力把出口到發(fā)達(dá)國家，質(zhì)量性能優(yōu)越的“歐斯博”品牌產(chǎn)品供應(yīng)國內(nèi)市場，以滿足國內(nèi)高端市場日益提高的使用要求。OSBERTGUANGZHOU OSBERT CENTRAL AIR CONDITIONING CO., LTD is an international company devoted to new energy technology development. We design and produce heat pumps, offering energy-saving medium and high temperature hot water solutions in domestic and abroad market. In the past decade, 80% of our products are exported to EU, Australia, North America and Southeastern Asia. We have been introducing, absorbing and integrating advanced heat pump technologies from EU, andestablished good communication channels with local designing/production teams and customers. Thanks to the reliability and efficiency of our products, we have become an important supplier and OEM factory of low temperature air to water heat pump, pool heat pump and hot water heat pump in EU market.To satisfy upgrading demand of local market for high quality products, in China OSBERT begins to sell high quality and performance products designed for export market.企業(yè)優(yōu)勢歐式博公司現(xiàn)有廣州、佛山兩大生產(chǎn)基地。占地面積150多畝，廠房、辦公樓、宿舍近5萬平方米。建有八條主機(jī)設(shè)備生產(chǎn)線，以及鈑金加工、換熱器生產(chǎn)線，并設(shè)立深圳研發(fā)中心。多年來，歐斯博熱泵擁有國內(nèi)外成千上萬個(gè)商用熱泵工程項(xiàng)目在使用。銷售商用熱泵已過十萬臺（套）。擁有中國最多的熱泵工程項(xiàng)目及用戶。前言能源是人類社會求生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，中國作為一個(gè)能源消耗大國,人口眾多,能源相對匱乏,自然資源總量排在世界第七位,能源總量約4萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,居世三位,而人均能源占有量約為世界平均水平的40%。盡管我國人均用能源不及世界平均人均能源消耗水平的一半,但能源消費(fèi)總量已達(dá)世界第二。從能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)來看，我國是世界上最大的煤炭消費(fèi)國，煤炭消費(fèi)約占總能量的67%，這是導(dǎo)致環(huán)境嚴(yán)重污染、生態(tài)逐年惡化的根本原因之一。因此，大力開拓新能源與可再生能源的實(shí)際應(yīng)用成為我國解決能源緊張和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要戰(zhàn)略任務(wù)?？諝庠茨苁切履茉磁c可再生能源的重要組成部分?？諝庠茨芰烤薮螅侨≈槐M。用之不竭的能源?？諝庠茨艿睦貌幌駥Φ厍蛏纤N(yùn)藏的常規(guī)能源那樣，可能會在幾百年后就完全枯竭。空氣源能分布廣闊，獲取方便?？諝庠茨懿恍枰_采和運(yùn)輸，使用安全衛(wèi)生，對環(huán)境無污染，是當(dāng)之無愧的清潔能源?？諝庠茨艿睦镁哂芯薮蟮氖袌銮熬埃粌H帶來很好的社會效益、環(huán)境效益，而且還有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近年來隨著資源和環(huán)境的問題日益嚴(yán)重，在滿足人們健康、舒適要求的前提下，合理利用自然資源，保護(hù)環(huán)境，減少常規(guī)能源消耗，已成為暖通空調(diào)行業(yè)需要面對的一個(gè)重要問題。為了使空調(diào)行業(yè)走可持續(xù)發(fā)展的道路，有必要對其技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新?？諝庠礋岜霉峥照{(diào)系統(tǒng)是一種利用可再生能源的高效節(jié)能、無污染的既可供暖又可制冷的環(huán)保型的新型空調(diào)系統(tǒng)。作為一種有效地節(jié)能綠色產(chǎn)品，空氣源熱泵將在我國建筑空調(diào)系統(tǒng)中發(fā)揮越來越重要的作用。因此，空氣源熱泵技術(shù)在我國有著廣闊的應(yīng)用前景。它的應(yīng)用將產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益?？諝庠礋岜貌恍枰斯さ睦錈嵩?可以取代鍋爐或市政管網(wǎng)等傳統(tǒng)的供暖方式和中央空調(diào)系統(tǒng)。冬季它代替鍋爐從土壤、地下水或者地表水中取熱,向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空調(diào)向土壤、地下水或者地表水放熱給建筑物制冷。同時(shí),它還可供應(yīng)生活用水，可謂一舉三得，是一種有效地利用能源的方式。圖1-3-1第二章熱泵熱水器系統(tǒng)運(yùn)行原理第一節(jié)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)原理熱泵熱水機(jī)組遵循能量守恒定律和熱力學(xué)第2定律，運(yùn)用熱泵的原理，只需要消耗一小部分的機(jī)械功（電能），將處于低溫環(huán)境（大氣或地下水等）下的熱量轉(zhuǎn)移到高溫環(huán)境下的熱水器中，去加熱制取高溫的熱水。熱泵可以與水泵相比擬，水是不能自發(fā)地從低處流向高處，要將低處的水輸送到高處，必須用一臺水泵，消耗一部分電力，才能將水送到高處的水箱中。同樣，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量也是不能自發(fā)地從低溫環(huán)境向高溫環(huán)境中轉(zhuǎn)移（傳送），而要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，必須要有一臺機(jī)器，消耗一部分機(jī)械功（例如電能），才能將低溫環(huán)境中的熱量傳送到高溫環(huán)境中去。這樣的機(jī)器就稱之為“熱泵”。熱泵的作用是將空氣中或低溫水中的熱量取出，連同本身所用的電能轉(zhuǎn)變成的熱能，一起送到高溫環(huán)境中去應(yīng)用。單級蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)如下圖所示。它由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成。其工作過程如下：制冷劑在蒸發(fā)壓力下沸騰，蒸發(fā)溫度低于被冷卻物體或流體的溫度。壓縮機(jī)不斷地抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸汽，并將它壓縮到冷凝壓力，然后送往冷凝器，在冷凝壓力下等壓冷卻和冷凝成液體，制冷劑冷卻和冷凝時(shí)放出的熱量傳給冷卻介質(zhì)（通常是水或空氣）與冷凝壓力相對應(yīng)的冷凝溫度一定要高于冷卻介質(zhì)的溫度，冷凝后的液體通過膨脹閥或其它節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。當(dāng)制冷劑通過膨脹閥時(shí)，壓力從冷凝壓力降到蒸發(fā)壓力，部分液體氣化，剩余液體的溫度降至蒸發(fā)溫度，于是離開膨脹閥的制冷劑變成溫度為蒸發(fā)溫度的兩相混合物?；旌衔镏械囊后w在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，從被冷卻物體中吸取它所需要的氣化潛熱?；旌衔镏械恼羝ǔ７Q為閃發(fā)蒸汽，在它被壓縮機(jī)重新吸入之前幾乎不再起吸熱作用。蒸汽壓縮制冷理論循環(huán)1. 循環(huán)（是簡化了的實(shí)際制冷循環(huán)） 圖2-1-1 圖2-1-2逆卡諾循環(huán)：13451蒸汽壓縮制冷循環(huán)：1234511-2（壓縮機(jī)）：等熵壓縮；2-3-4（冷凝器）：等壓放熱；4-5（節(jié)流閥）：絕熱節(jié)流，等焓；5-1（蒸發(fā)器）：等壓吸熱而制冷。壓縮放熱（冷卻與冷凝）節(jié)流吸熱（汽化、蒸發(fā)）空氣能是一種廣泛存在、平等給予和可自由利用的低價(jià)位能源，利用熱泵循環(huán)提高其能源品位，因而是一項(xiàng)極具開發(fā)和應(yīng)用潛力的節(jié)能、環(huán)保新技術(shù)，具有實(shí)用價(jià)值?？諝庠礋岜脽崴骷訜釙r(shí)間短，水電完全分離，無觸電危險(xiǎn)；無廢煙、廢氣排出，因而無中毒危險(xiǎn)；同時(shí)也克服了太陽能熱水器陰雨天不能工作、電熱水器出現(xiàn)漏電、燃?xì)鉄崴鞒霈F(xiàn)煤氣泄露的缺點(diǎn)?？諝饽軣岜脽崴饕驳玫搅斯俜降膽?yīng)用。第二節(jié)空氣源熱泵熱水器組成及工作原理空氣源熱泵熱水器是繼燃?xì)鉄崴?、電熱水器和太陽能熱水器的新一代熱水裝置，是可替代鍋爐的供暖水設(shè)備?？諝庠礋岜脽崴魇蔷C合電熱水器和太陽能熱水器優(yōu)點(diǎn)的安全節(jié)能環(huán)保型熱水器，可一年三百六十五天全天候運(yùn)轉(zhuǎn)，制造相同的熱水量，使用成本只有電熱水器的1/4，燃?xì)鉄崴鞯?/3，太陽熱水器的1/2。高熱效率是空氣源熱泵熱水器最大的特點(diǎn)和優(yōu)勢，在能源問題成為世界問題時(shí)，這是空氣源熱泵熱水器成為“第四代熱水器”的最重要的法寶之一。21系統(tǒng)介紹空氣源熱泵熱水器內(nèi)專置一種吸熱介質(zhì)冷媒，它在液化的狀態(tài)下低于零下20，與外界溫度存在著溫差，因此，冷媒可吸收外界的熱能，在蒸發(fā)器內(nèi)部蒸發(fā)汽化，通過空氣源熱泵熱水器中壓縮機(jī)的工作提高冷媒的溫度，再通過冷凝器使冷媒從汽化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為液化狀態(tài)，在轉(zhuǎn)化過程中，釋放出大量的熱量，傳遞給水箱中的儲備水，使水溫升高，達(dá)到制熱水的目的。系統(tǒng)組成空氣源熱泵中央熱水機(jī)組一般由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置、過濾器、儲液罐、單向閥、電磁閥、冷凝壓力調(diào)節(jié)水閥、儲水箱等幾部分組成。系統(tǒng)簡圖 圖2-2-2工作原理1.低溫低壓制冷劑經(jīng)膨脹機(jī)構(gòu)節(jié)流降壓后，進(jìn)入空氣交換機(jī)中蒸發(fā)吸熱，從空氣中吸收大量的熱量Q12.蒸發(fā)吸熱后的制冷劑以氣態(tài)形式進(jìn)入壓縮機(jī)，被壓縮后，變成高溫高壓的制冷劑（此時(shí)制冷劑中所蘊(yùn)藏的熱量分為兩部分：一部分是從空氣中吸收的熱量Q1，一部分是輸入壓縮機(jī)中的電能在壓縮制冷劑時(shí)轉(zhuǎn)化成的熱量Q2）；3.被壓縮后的高溫高壓制冷劑進(jìn)入熱交換器，將其所含熱量（Q1+Q2）釋放給進(jìn)入熱換熱器中的冷水，冷水被加熱到60（最高達(dá)60）直接進(jìn)入保溫水箱儲存起來供用戶使用；4.放熱后的制冷劑以液態(tài)形式進(jìn)入膨脹機(jī)構(gòu)，節(jié)流降壓.如此不間斷進(jìn)行循環(huán)?？照{(diào)建筑中新風(fēng)負(fù)荷占相當(dāng)?shù)谋戎兀~定工況下，辦公、旅館等建筑新風(fēng)負(fù)荷占空調(diào)總負(fù)荷的30左右，商業(yè)建筑中新風(fēng)負(fù)荷占50左右。新風(fēng)在數(shù)量上等于排風(fēng)和滲透風(fēng)及侵入風(fēng)等風(fēng)量之和。將滲透風(fēng)、侵入風(fēng)降到最小程度，將排風(fēng)組織起來，通過全熱熱交換器回收其中的能量，具有明顯的節(jié)能意義。由于目前國內(nèi)空氣品質(zhì)差，空氣含塵量大，給全熱換熱器的管理帶來麻煩，也縮短了全熱換熱器的使用年限，從而影響了全熱換熱器的大量推廣。對于熱泵空調(diào)系統(tǒng)，如能將排風(fēng)有組織地排至熱泵機(jī)組入口，也是有利于提高熱泵機(jī)組效率的，不失為一個(gè)簡便有效的節(jié)能措施。（7）其他措施在炎熱的夏天，不少工程的熱泵機(jī)組由于通風(fēng)不良或機(jī)組質(zhì)量上的問題，出水溫度很難得到保證，這種情況下在進(jìn)風(fēng)側(cè)往換熱器噴水的方法可收到明顯效果。噴水的不利后果是可能導(dǎo)致?lián)Q熱器表面積垢，而影響換熱，但由于盤管表面還有一定的灰塵，水垢也許不會直接在盤管表面形成甚至造成影響傳熱之程度。為了防止結(jié)垢，噴軟化水是解決問題的根本方法，但會增加費(fèi)用。為提高噴水效率，應(yīng)改噴水為噴霧，噴多少量恰到好處、怎樣噴效率最高、非軟水噴有何不良影響及其影響程度多少都是值得深一步研究的課題。（8）運(yùn)行與節(jié)能從前面討論的熱泵特性曲線可知，熱泵機(jī)組出水溫度的改變可以改變熱泵機(jī)組的效率。比如在環(huán)境溫度為30，出水溫度為12時(shí)，熱泵機(jī)組的效率要比出水溫度7時(shí)高出6，環(huán)境溫度為30時(shí)，出水溫度為15時(shí)熱泵的效率為出水溫度為7時(shí)的1.07倍左右。水溫的變化會降低末端空調(diào)器的換熱效率，但在部分負(fù)荷條件下，適當(dāng)降低水溫同樣能滿足室內(nèi)要求。冬天的情況也有類似結(jié)果，在室外溫度為-6時(shí)（南京空調(diào)設(shè)計(jì)室外計(jì)算溫度），熱泵機(jī)組出水溫度為40時(shí)的效率，比出水溫度為50時(shí)的效率高出13左右，在0時(shí)，熱泵機(jī)組出水溫度40時(shí)的效率是出水50時(shí)的1.14倍。南京及有相近氣候條件的地區(qū)，冬季40水溫能滿足末端空調(diào)供暖要求。除此以外，空調(diào)系統(tǒng)在上班人員到達(dá)前提前開啟，有利于節(jié)能，另外由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)及家具等的蓄熱特性，空調(diào)系統(tǒng)熱泵機(jī)組比下班時(shí)間提前關(guān)閉半小時(shí)至1小時(shí)，既不影響整體舒適，又有明顯節(jié)能效果。提前開機(jī)，提前關(guān)機(jī)的確切時(shí)間根據(jù)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，室內(nèi)家具特性、使用功能等因素而定，因工程而異一般提前半小時(shí)左右開、停熱泵機(jī)組的方案是有效可行的?；菬岜脵C(jī)組不得于而為之的動作，化霜期間不但不供熱，反而制冷，對供熱效率影響明顯。改善化霜控制方式，提高智能化化霜控制的精確性是熱泵機(jī)組改進(jìn)性能的重要課題之一。在采用非智能化霜控制器的熱泵的運(yùn)行管理中，管理人員根據(jù)氣候特點(diǎn)，隨時(shí)根據(jù)氣候的變化調(diào)整化霜間隙及化霜時(shí)間可明顯提高熱泵機(jī)組的供熱效率，減少能源浪費(fèi)。另外，熱泵與蓄冷空調(diào)技術(shù)結(jié)合起來，可起到對電網(wǎng)削峰填谷作用，具有明顯的社會效益和良好的市場前途。熱泵機(jī)組冷凝熱的回收也應(yīng)成為制造商、業(yè)主、工程設(shè)計(jì)人員共同關(guān)心的節(jié)能課題?？傊?，熱泵空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)用面廣量大，節(jié)能的空間很大，可節(jié)省的能量可觀。推廣節(jié)能技術(shù)改良既有的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，優(yōu)化設(shè)計(jì)新的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，可節(jié)省巨大能源，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能效益、環(huán)境效益和社會效益。第三章熱泵熱水器設(shè)計(jì)計(jì)算熱泵熱水器的計(jì)算熱水器的系統(tǒng)計(jì)算進(jìn)一步擴(kuò)展到優(yōu)化計(jì)算，從熱泵的工質(zhì)選擇分析到系統(tǒng)的理論循環(huán)和熱力計(jì)算，需要進(jìn)一步解決的問題和研究方向等問題進(jìn)行了計(jì)算和闡述?？傮w來說，空氣源熱泵熱水器發(fā)展前景還是不錯(cuò)的。第一節(jié)空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算空調(diào)制冷量計(jì)算并不復(fù)雜。嚴(yán)格講，空調(diào)器輸出制冷量的大小應(yīng)以W（瓦）來表示，而市場上常用匹來描述空調(diào)器制冷量的大小?？照{(diào)匹數(shù)，原指輸入功率，包括壓機(jī)、風(fēng)扇電機(jī)及電控部分，因不同的品牌其具體的系統(tǒng)及電控設(shè)計(jì)差異，其輸出的制冷量不同，故空調(diào)制冷量以輸出功率計(jì)算。通常情況下，家庭普通房間每平方米所需的制冷量為115-145W，客廳、飯廳每平方米所需的制冷量為145-175W（注：因?yàn)榭蛷d人流大）?？照{(diào)制冷量計(jì)算一般來說，1匹的制冷量大致是2000大卡，換算成國際單位應(yīng)乘以1.162，故1匹之制冷量應(yīng)力2000大卡1.1622324（w）,這里的w（瓦)即表示制冷量，則1.5匹的應(yīng)為2000大卡x1.5x1.1623486（w），以此類推，根據(jù)此情況，則大致能判定空調(diào)匹數(shù)和空調(diào)制冷量，一般情況下，2200W一2600W都可稱為1匹，4500(w）-5100（w）可稱為2匹，3200W一3600W可稱為1.5匹。（注：一般習(xí)慣地把2500W稱為1匹，而把2300W稱為小1匹，3500/3600W稱為1.5匹，而把3200稱為小1.5匹）空調(diào)制冷量是判斷使用何種空調(diào)的重要依據(jù)。比如，某家庭客廳使用面積為15平方米，若按每平方米所需制冷量160W考慮，則所需空調(diào)制冷量為：160W152400W。這樣，就可根據(jù)所需2400W的制冷量對應(yīng)選購具有2500W制冷量的KF-25GW型分體壁掛式空調(diào)器?？照{(diào)制冷量確定后，即可根據(jù)目己家庭之實(shí)際情況估算制冷量，選擇合適的空調(diào)機(jī)。家用電器要消耗制冷量的較大部分，電視、電燈、冰箱等每w（瓦）功率要消耗制冷量1（w），門窗的方向也要消耗一定的制冷量，東面窗150Wm2，西面窗280m2，南面窗180Wm2，北面窗100Wm2，如是樓頂及西曬可考慮適當(dāng)增加制冷量。在選擇空調(diào)時(shí)，最好估算一下空調(diào)制冷量大小，以便選到滿意的空調(diào)機(jī)。就現(xiàn)有系統(tǒng)而言，除改變冷凝盤管長度外，調(diào)整充注量和膨脹閥開度對系統(tǒng)COP也有明顯的提高，并且穩(wěn)定性得到改善。例如在環(huán)境溫度25C的工作條件下，管長60m、充注量2kg的系統(tǒng)優(yōu)化前COP僅為30，優(yōu)化后的系統(tǒng)冷凝盤管長為50m、充注量15kg，其COP可以達(dá)到48?，F(xiàn)提出改進(jìn)與建議如下：1)充注量在熱泵系統(tǒng)運(yùn)行中起重要作用。它不僅與運(yùn)行的氣候條件有關(guān)，還和膨脹閥的開度有耦合關(guān)系。雖然不易直接計(jì)算得出，但能得出一些經(jīng)驗(yàn)性的結(jié)論。今后的研究中，可以考慮用一些數(shù)學(xué)方法進(jìn)行系統(tǒng)識別，以便找出充注量和其他參數(shù)的關(guān)系；2)冷凝器盤管的長度關(guān)系到熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性與經(jīng)濟(jì)性，在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，可以對其進(jìn)一步優(yōu)化；3)壓縮機(jī)功率的波動顯示了系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，加裝了儲液器后，冷凝器出口溫度曲線波動明顯變小，穩(wěn)定性有明顯提高；4)家庭用空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)中，應(yīng)注意水箱容積與壓縮機(jī)匹配的合理性，否則影響到用戶的使用方便與否。第二節(jié)熱泵熱水器工質(zhì)性能分析2.1應(yīng)用于熱泵熱水器的工質(zhì)分析現(xiàn)在市場上，用于熱泵熱水器的工質(zhì)種類繁多，而且很多企業(yè)為了技術(shù)保密，多數(shù)也不愿意公開自己采用的工質(zhì)，這就導(dǎo)致其他廠家在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)難于選擇。為解決此問題，本文選取常用于熱泵熱水器的四種工質(zhì)分別進(jìn)行理論計(jì)算，希望可以對熱水器的設(shè)計(jì)提供參考。(1)R22無色無味，不燃、不爆，毒性小，對金屬無腐蝕，使用安全。標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-40.8，凝固溫度為160，具有較好的熱力性質(zhì)和熱物理性質(zhì)。它在常溫和普通低溫范圍內(nèi)壓力比較適中，單位容積制冷量大，傳熱性能雖然不如氨，但是比某些氟利昂工質(zhì)(如R134a)強(qiáng)，溶水性差，在潤滑油中有限溶解。盡管R22屬于HCFC類物質(zhì)，環(huán)境指標(biāo)ODP(Ozone-destroyPotential消耗臭氧層潛能值)為0.05左右，GWP(Global-warmPotential溫室效應(yīng)潛能值)為0.35左右，對大氣臭氧層也有一定的破壞作用，但比R12小得多，所以在一些場合，它適合用于某些禁用制冷劑的過度性替代物，目前廣泛應(yīng)用在家用空調(diào)器以及中型冷水機(jī)組中，在工業(yè)制冷中也有所使用。（2）R134a它已被廣泛應(yīng)用于替代R12，它的消耗臭氧潛能值ODP為0，全球變暖潛能值GWP為0.27，比R12的GWP3.2小的多。R134a不可燃，且蒸發(fā)器和冷凝器都在正壓下工作。對于它的替代情況很多文獻(xiàn)都有相關(guān)介紹，在這里就不一一贅述。（3）R407C近年來，有不少學(xué)者進(jìn)行了專門針對熱泵熱水器的研究，VinceC.Mei研究了用R407C代替R22在熱泵熱水器中應(yīng)用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在相同設(shè)計(jì)運(yùn)行能力的熱泵系統(tǒng)中，R407C熱泵熱水器的熱水加熱能力明顯高于R22系統(tǒng)，但是，R407C系統(tǒng)的耗能也有所增加，使得它在高水溫時(shí)的COP低于R22系統(tǒng)。如果使用專門為R407C設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器，COP就會比R22系統(tǒng)明顯提高20%，水加熱功率也會提高4%3。R407C具有與R22相近的制冷量，壓力基本相當(dāng)，對整個(gè)系統(tǒng)的改動小。但其傳熱特性較差，需用酯類潤滑油更換R22的潤滑油4,5。另外，R407C是非共沸型制冷劑，一旦發(fā)生泄漏，其COP值就急速下降，屬于過渡工質(zhì)。（4）R417a它的ODP值為零，CWP值較低，故有良好的環(huán)境可接受性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明R417a系統(tǒng)的吸、排氣壓力比R22系統(tǒng)稍高或接近，但對應(yīng)于同一溫度下的飽和壓力R417a小于R22，有利于裝置的運(yùn)行。在相同設(shè)計(jì)運(yùn)行能力的熱泵系統(tǒng)中，R417a的制熱量略小于R22，耗功也比R22小，COP值高于R22，因此R417a完全可以在熱泵熱水系統(tǒng)中作為替代工質(zhì)直接替代R22，并可以安全可靠運(yùn)行。此外，還有資料表明，目前，在熱泵系統(tǒng)中，R22的混合替代工質(zhì)為R407C和R410a7,8。近共沸混合物R410a雖具有基本恒定的沸點(diǎn)，但它的排氣壓力較高，作為替代制冷劑就要求對設(shè)備改型，因而難以用作灌注式替代。2.2系統(tǒng)的理論循環(huán)和工質(zhì)熱力計(jì)算現(xiàn)選取R22、R134a、R407C和R417a四種工質(zhì)，蒸發(fā)熱量為1KW時(shí)，考慮一定的過冷度和過熱度，對過渡季、夏季和冬季三種典型工況進(jìn)行熱力計(jì)算，系統(tǒng)的理論循環(huán)如圖2所示，理論計(jì)算結(jié)果列表如下：（其中過冷度和過熱度均取5）一般工況：取T0=15，Tk=60（見表1）夏季工況：取T0=20，Tk=60（見表2）冬季工況：取T0=-10，Tk=60（見表3）圖2.2系統(tǒng)的理論循環(huán)顯然，由圖中可以看出：單位工質(zhì)的制熱量qh=h2-h4，單位工質(zhì)的耗電量w0=h2-h1，則制熱系數(shù)為：表1一般工況不同工質(zhì)熱力性能比較表:計(jì)算結(jié)果分析（1）由計(jì)算結(jié)果可知，不管用何種制冷工質(zhì)，一般工況下其平均制熱系數(shù)h=4.42，夏季平均h=5.01，冬季平均h=2.76，都比電熱水器和燃?xì)鉄崴鞲叩亩啵@表明其具有顯著的節(jié)能經(jīng)濟(jì)性；（2）從系統(tǒng)運(yùn)行來看，由于冬季溫差較大，故冬季運(yùn)行時(shí)制熱系數(shù)相對較低，而且壓比較大，對壓縮機(jī)等設(shè)備運(yùn)行有很大影響，因此建議熱泵熱水器夏季和過渡季運(yùn)行，而冬季適當(dāng)輔以電加熱，安全合理地發(fā)揮熱泵的效能；（3）R22的排氣溫度最高，不利于系統(tǒng)的運(yùn)行，加之對大氣臭氧層有破壞作用，因此替代在所難免；（4）R134a的制熱系數(shù)最大，但其溶水性較強(qiáng)，少量的水即可以使其產(chǎn)生較強(qiáng)的金屬腐蝕性，或產(chǎn)生“鍍銅”現(xiàn)象；（5）R417a的排氣溫度最低，排氣溫度低對潤滑油的粘度影響降低，可防止?jié)櫥头纸庾冑|(zhì)，改善系統(tǒng)的工作條件，提高機(jī)器的使用壽命；雖然其制熱系數(shù)比R22稍低，但在環(huán)保方面有一定優(yōu)勢，因此具有廣闊的市場前景。結(jié)論根據(jù)以上的計(jì)算和分析，本文推薦在熱泵熱水器中使用R417a和R134a制冷工質(zhì)。但是使用R134a要加強(qiáng)干燥防水措施，防止對設(shè)備和管道腐蝕，這點(diǎn)要特別值得注意。2.3、熱泵水器的討論隨著能源在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用愈加凸現(xiàn)，節(jié)能已成為一個(gè)熱門的話題和研究方向。目前衛(wèi)生熱水能耗在建筑能耗中的比例越來越大，建筑衛(wèi)生熱水節(jié)能日益受到重視。在熱水器行業(yè)，用戶熱水能耗的節(jié)約途徑主要是采用新型高效熱水器，提高熱水器的效率。人們一直致力于發(fā)展各種新技術(shù)，尋找各種新材料來提高熱效率，減少熱損失以達(dá)到節(jié)能目的。雖然也取得很多成果，不過現(xiàn)在看來，要從這些方面繼續(xù)改進(jìn)比較困難(當(dāng)然這并不代表這方面的改進(jìn)不重要)。各種燃?xì)鉄崴鞯男室话愣家堰_(dá)80%左右，有的甚至已達(dá)85%，進(jìn)一步提高效率較難，最多還有5%的節(jié)能潛力。近年來，一些上海居民選用了電熱水器，熱效率已高達(dá)90%95%，進(jìn)一步提高更難。這就引發(fā)了我們對于熱水器的思考：能不能設(shè)計(jì)出一種安全節(jié)能又方便使用的熱水器呢？熱泵是以冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統(tǒng)，它被形象的稱為“熱量倍增器”。目前在市場上廣泛出現(xiàn)的家用冷暖空調(diào)器上，就已經(jīng)廣泛地應(yīng)用了熱泵制熱，其制熱系數(shù)已高達(dá)3以上。那么，利用熱泵的原理來制取熱水，消耗一度電所獲得的熱水，比普通電熱水器消耗三度電所獲得的熱水還要多，這是傳統(tǒng)熱水器所不能企及的。目前市場上熱泵熱水器種類很多，主要有太陽能助推型、水源和空氣源三種系列。太陽能助推式熱泵是熱泵與太陽能技術(shù)結(jié)合使用的一種熱泵技術(shù)；水源熱泵是利用一定溫度的水源(20以上)作為熱源以制冷劑為媒介，將水源中的熱量吸收后經(jīng)壓縮機(jī)壓縮制熱，通過熱交換器與冷水交換熱量以達(dá)到取暖和制取熱水的目的,水源熱泵必須有一定溫度和流量的水源；空氣源熱泵以水源熱泵類似方法從空氣獲得熱量來加熱水。三種熱泵中，空氣源熱泵受到的條件限制最小，發(fā)展空間最大，因此本文著重對空氣源熱泵熱水器進(jìn)行分析討論。熱泵熱水器的基本原理如圖1所示：它主要是由壓縮機(jī)、熱交換器、軸流風(fēng)扇、保溫水箱、水泵、儲液罐、過濾器、電子膨脹閥和電子自動控制器等組成。接通電源后，軸流風(fēng)扇開始運(yùn)轉(zhuǎn)，室外空氣通過蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，溫度降低后的空氣被風(fēng)扇排出系統(tǒng)，同時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)部的工質(zhì)吸熱汽化被吸入壓縮機(jī)，壓縮機(jī)將這種低壓工質(zhì)氣體壓縮成高溫、高壓氣體送入冷凝器，被水泵強(qiáng)制循環(huán)的水也通過冷凝器，被工質(zhì)加熱后送去供用戶使用，而工質(zhì)被冷卻成液體，該液體經(jīng)膨脹閥節(jié)流降溫后再次流入蒸發(fā)器，如此反復(fù)循環(huán)工作，空氣中的熱能被不斷“泵”送到水中，使保溫水箱里的水溫逐漸升高，最后達(dá)到55左右，正好適合人們洗浴，這就是空氣源熱泵熱水器的基本工作原理。第四章超低溫空氣源熱泵一、產(chǎn)品概述超低溫空氣能熱泵是以空氣作為高溫(低溫)熱源來進(jìn)行供熱(供冷)的裝置。相對于其它熱泵類型而言,我國對空氣源熱泵的研究起步較早,研究內(nèi)容也較多。以環(huán)境空氣作為低品位熱源,可以取之不盡,用之不竭,處處都有,無償獲取?？諝庠礋岜脛t安裝靈活、使用方便、初投資相對較低,且比較適用于分戶安裝,目前我國室內(nèi)空調(diào)器大都采用的是這種形式。目前我國北方地區(qū)的采暖大多使用高能耗的鍋爐系統(tǒng)，鍋爐能效低，排放物多，對環(huán)境造成了極大的浪費(fèi)，超低溫泳池?zé)岜玫臋M空出世，給北方地區(qū)的泳池恒溫提供了一種更好的選擇，也使為子孫后代留下更多的藍(lán)天白云成為了一種可能。二、工作原理空氣源熱泵機(jī)組由蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)、膨脹閥四大主要部件構(gòu)成封閉系統(tǒng)，其內(nèi)充注有適量的工質(zhì)。機(jī)組運(yùn)行基本原理依據(jù)是逆卡循環(huán)原理：液態(tài)工質(zhì)首先在蒸發(fā)器內(nèi)吸收空氣中的熱量而蒸發(fā)形成蒸汽（汽化），汽化潛熱即為所回收熱量，而后經(jīng)壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓氣體，進(jìn)入冷凝器內(nèi)冷凝成液態(tài)（液化）把吸收的熱量發(fā)給需要的加熱的水中，液態(tài)工質(zhì)經(jīng)膨脹閥降壓膨脹后重新回到膨脹閥內(nèi)，吸收熱量蒸發(fā)而完成一個(gè)循環(huán)，如此往復(fù)，不斷吸收低溫源的熱而輸出所加熱的水中，直接達(dá)到預(yù)定溫度。三、性能熱泵循環(huán)是在冷凝溫度（TCO）下定溫放熱，在蒸發(fā)溫度（TEV）下定溫吸熱，定熵地進(jìn)行膨脹和壓縮，所需的平衡功由外界提供。由熵的定義和熱力學(xué)定律可知逆卡諾循環(huán)熱泵的性能系數(shù)COP為：COP=TCO/(TCO-TEV)（1）COP值反應(yīng)了熱泵的效率，由（1）式可見，熱泵的COP值恒大于1，與一般的熱機(jī)效率恒小于1。這是因?yàn)樵谘h(huán)過程中有電能的輸入，電能是做功能力的高品位能，環(huán)境中的能是基本失去做公能力的低品位能，熱泵是利用少部分高品位的能把低品位能提高中品位能。能效說明：空氣源熱泵技術(shù)最大的優(yōu)勢就是經(jīng)濟(jì)節(jié)能，因?yàn)樗哂泻芨叩哪苄?，它只需消耗一部分電能，而能得?-4倍于所耗電能的熱能。而今年來得到發(fā)展的超低溫空氣源熱泵，在北方寒冷地區(qū)，COP值一般在2.00-4.1之間，完全可以滿足要求。目前空氣源熱泵熱水技術(shù)已在建筑給排水領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，超低溫機(jī)型也在北方得到大規(guī)模應(yīng)用，如酒店，賓館，學(xué)校、工廠等中央熱水供應(yīng)和采暖需求。四、產(chǎn)品特點(diǎn)超低溫型空氣源熱泵是歐盟國家近年來所普通采用制冷、供暖、生活熱水一體化設(shè)備，如德國西門子熱泵，世界最大的供暖設(shè)備供應(yīng)商Dimplex熱泵，瑞典的IVT熱泵。1、采用歐洲寒冷地區(qū)普遍使用的超低溫壓縮機(jī)及低溫高效環(huán)保制冷制404A，機(jī)組在環(huán)境溫度大幅下降時(shí)制熱量衰減極小。在低溫下制熱能效比比常規(guī)機(jī)組高50%-80%，機(jī)組在環(huán)境溫度大幅下降時(shí)而制熱量衰減很少，充分保證制熱效果。機(jī)組在制冷、制熱、待機(jī)模式下，生活熱水都優(yōu)先制取在-25可以正常制取熱水，-20能效比達(dá)2.0以上，充分保證低溫工況下制取熱水效果。在華北寒冷地區(qū)也可作為供暖單獨(dú)使用。2、機(jī)組主要零部件均采用國際著名品牌元件。3、水電分離、無廢氣、廢渣、安全可靠、高效節(jié)能、綠色環(huán)保。4、多重保護(hù)，一體式設(shè)計(jì)，機(jī)組運(yùn)行更穩(wěn)定。5、具有斷電自動記憶功能，來電后自動啟動機(jī)組運(yùn)行，無需專人看管。6、在環(huán)境溫度較低時(shí)，微電腦自動啟動化霜功能。7、無需專用機(jī)房，全天候運(yùn)行。8、工程安裝簡便，運(yùn)行及維護(hù)成本低廉。第五章空氣源熱泵熱水器前景分析說明2014年國內(nèi)空氣能熱水器產(chǎn)業(yè)環(huán)境2014年，國家統(tǒng)計(jì)局今日公布數(shù)據(jù)顯示，2014年，全國房地產(chǎn)開發(fā)投資95036億元，比上年名義增長10.5%（扣除價(jià)格因素實(shí)際增長9.9%），增速比1-11月份回落1.4個(gè)百分點(diǎn)，比2013年回落9.3個(gè)百分點(diǎn)。其中，住宅投資64352億元，增長9.2%，增速比1-11月份回落1.3個(gè)百分點(diǎn)。住宅投資占房地產(chǎn)開發(fā)投資的比重為67.7%。據(jù)中國消費(fèi)者報(bào)報(bào)道，2005年，歐盟以節(jié)能減排為目標(biāo)，發(fā)布了節(jié)能產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)要求，即EuP指令，在該指令中，電加熱方式直接淘汰,帶電輔助加熱的太陽能熱水器，由于輔助加熱效率太低，2011年后也將淘汰，2013年后，只有冷凝式燃?xì)鉄崴?、帶冷凝式燃?xì)鉄崴鬏o助加熱的太陽能熱水器和空氣能熱水器允許銷售。2015年國內(nèi)整體熱水器行業(yè)規(guī)模和竟?fàn)幐窬治覈鵁崴餍袠I(yè)在經(jīng)歷了2011年的平淡和2012年的低迷之后，2013年終于扭轉(zhuǎn)頹勢，而且在2013年較高基數(shù)因素的影響下，2014年熱水器市場整體規(guī)模將繼續(xù)向上，但同比增速會有所回落。中怡康預(yù)計(jì)，2015年熱水器零售量將達(dá)到3842萬臺，零售額將達(dá)到559億.2014年中國家電市場呈現(xiàn)出三大特征，即大規(guī)模增量、渠道變革和產(chǎn)品升級。中怡康的數(shù)據(jù)顯示，截至2014年9月份，全國家電市場規(guī)模達(dá)到10266億元，同比增幅達(dá)到17.6%。其中熱水器產(chǎn)品表現(xiàn)較為突出，前9個(gè)月零售量累計(jì)為202