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(jī)組。該類型機(jī)組由傳統(tǒng)稱為四大件的壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、冷凝器,以及制冷劑、控制系統(tǒng)和其它附件組成。該機(jī)組是一個(gè)封閉的系統(tǒng),制冷劑在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán),由壓縮機(jī)提供循環(huán)動(dòng)力。節(jié)流閥是一個(gè)具有較好的阻力調(diào)節(jié)性能的閥門,使流經(jīng)它的液態(tài)制冷劑的壓力降低到冷源側(cè)所需的壓力,即蒸發(fā)壓力。冷凝器和蒸發(fā)器均為換熱設(shè)備在其中通過制冷劑和機(jī)組外面的介質(zhì),如空氣、水等進(jìn)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(jī)是最重要的核心部件之一。通過壓縮機(jī)吸入來自蒸發(fā)器的低壓制冷劑蒸氣,經(jīng)過壓縮機(jī)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(jīng)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(xì)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(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)吸熱沸騰,變?yōu)橹评鋭┱魵夂笥直粔嚎s機(jī)的吸氣管吸入,這樣就使系統(tǒng)中的制冷劑在壓縮機(jī)動(dòng)力的作用下不間斷循環(huán)流動(dòng)。其結(jié)果是,機(jī)組內(nèi)部制冷劑分為高壓和低壓兩個(gè)區(qū)域(圖中上下兩個(gè)部分),液態(tài)和氣態(tài)兩個(gè)區(qū)域(圖中左右兩個(gè)區(qū)域)。而從外部看,則分為高溫和低溫兩個(gè)區(qū)域,上部冷凝器側(cè)為高溫區(qū)域,有熱量Q2散發(fā)到外界,下部蒸發(fā)器側(cè)為低溫區(qū)域,有熱量Q1從外界吸入系統(tǒng)?？偟臒崃科胶馐菑耐饨缥氲臒崃縌1加上壓縮機(jī)消耗的軸功W永遠(yuǎn)等于散發(fā)到外界的熱量Q2。

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

制熱時(shí),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(qū)動(dòng)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(shù)不夠成熟,所以目前尚沒有大量推廣應(yīng)用。按照冷凝器側(cè)換熱介質(zhì)的不同,主要有風(fēng)冷熱泵、水冷熱泵。顧名思義,風(fēng)冷熱泵是由空氣作為冷凝器熱交換介質(zhì)的,水冷熱泵是由水作為冷凝器熱交換介質(zhì)的。這種概念是源于用作冷暖空調(diào)的熱泵機(jī)組而言的。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的空氣源熱泵熱水器屬于單熱機(jī)組,冷凝器側(cè)即為被加熱水,其系統(tǒng)構(gòu)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(cè)換熱介質(zhì)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(zhì)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(zhì)的,地源熱泵(土壤源熱泵)是由埋設(shè)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(jīng)過處理的具有一定溫度的污水作為蒸發(fā)器熱交換介質(zhì)的。這些熱泵機(jī)組均大量作為冷暖空調(diào)的冷熱水機(jī)組或氟機(jī)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(jī)組之間,尤以空氣源熱泵機(jī)組的系統(tǒng)最為簡(jiǎn)單,使用更加靈活。尤其是對(duì)于相對(duì)較小的系統(tǒng),改造項(xiàng)目系統(tǒng),空氣源熱泵機(jī)組無需專設(shè)的機(jī)房,無需專門的水面、地埋管等,在很多場(chǎng)月成為最適用的機(jī)組型式之一。

3、空氣源熱泵供暖機(jī)組

隨著夏熱冬冷地區(qū)對(duì)供暖的需求的上升,越來越多的空氣源熱泵機(jī)組被作為供暖的熱源,或者作為供暖加熱水供應(yīng)的熱源。也有將空氣源熱泵機(jī)組作為制冷、熱水、供暖的 三聯(lián)供機(jī)組使用?？諝庠礋岜脽崴髯鳛楣┡療嵩词褂脮r(shí),有兩點(diǎn)必須說明。是熱水供應(yīng)既消耗熱量也消耗水,而供暖系統(tǒng)只消耗熱量不消耗水;二是供暖系統(tǒng)是循環(huán)系統(tǒng),入口水溫不是自來水溫度,而是供暖系統(tǒng)回水溫度,略低于供暖系統(tǒng)供水溫度5~10℃。所以,必須獲得相對(duì)準(zhǔn)確的供暖室外計(jì)算溫度下的機(jī)器產(chǎn)熱量數(shù)據(jù)來進(jìn)行計(jì)算。

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