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青岛求实职业技术学院高职毕业论文第1页共16页引言改革开放以来,我国的房地产和建筑业迅猛发展。随着GDP的不断上升,采暖、空调和生活热水供应已成为或即将成为人民生活的必需品。采暖、空调、生活热水供应的能耗约占建筑总能耗的55%～60%。随着生活质量的不断提高,生活热水的耗能量占到民用建筑能耗的比例也超过了20%考虑到人数增加、住房面积的增长、夏季空调利用率和开启时间的增加、生活热水用量的加大、其他家电能耗略有增加而照明和炊事能耗不变的条件下，清华大学建筑节能研究中心对我国城镇住宅能耗发展惊醒了简单的预测，见表1。从表中可以看出，从2020年，空气耗能将增加2.58倍，生活热水耗能将增加1倍。因此，在空调、采暖、生活热水中采用当前最为节能、最为环保的热泵技术成为首选。青岛求实职业技术学院高职毕业论文第2页共16页第一章空气源热泵空气源热泵是指通过空气换热器与室外空气换热制取冷（热)量的热泵系统。空气源热泵是目前应用最广泛的系统，鉴于其使用量巨大，提高其能效水平将是建筑节能的重要措施。故自2004年起，我国已颁布实施了房间空调器、单元式空调机、冷水机组的能效标准；数量日益增长的变频式空调器和多联机等空气源热泵产品的能效标准也已形成报批稿，不久将颁布实施。与其他热泵相比，空气源热泵的主要优点就在于其热源获取的便利性。只要有适当的安装空问，并且该空间具有良好的获取空气的能力，该建筑便具备了安装空气源热泵的基本条件。然而任何一类热泵都有其最佳的适用场合和条件。我们倡导因地制宜使用热泵，以推进热泵技术的健康发展，实现其真正意义上的节能减排。从技术层面上讲，欲扩大空气源热泵的应用地域，需要面对的核心技术主要为“高效，除霜，低温”。只要解决好上述3个问题，空气源热泵的适用性将得到很大的提高。在我国的长江以北，陇海铁路以北，甚至在黄河中下游流域的寒冷地区也会得到广泛地推广使用。第二章热回收技术及其应用用热泵原理制取生活热水是当前最为节能环保的手段，也是最为安全、可靠、简便的热水设备，而空气源热泵热水机则是当今世界上开拓利用新能源最好的设备之一，是继燃气(油)热水器、电热水器和太阳能热水器之后的第四代热水制取装置。在热泵热水机组的研发中，广泛使用了热回收的技术。2.1热回收技术热回收技术就是通过一定的方式将冷水机组运行过程中排向外界的大量废热回收再利用，作为用户的最终热源或初级热源。如图1所示，压缩机排出的高温高压气态制冷剂先进入热回收器，放出热量加热生活用水(或其他气液态物质)，再经过冷凝器和膨胀阀，在蒸发器吸收被冷却介质的热量，成为低温低压的气态制冷剂，返回压缩机。图1中热回收器便是热量回收的载体，起着热量回收和转移的作用。2.2热回收技术在冷水机组上的一般应用分析根据冷水机组通常的使用场所，一般以水作为热量回收的媒介，在此以制取免费卫生热水为例展开讨论，见图2。热回收技术原理可知，热回收器里通过的是高温高压的气态制冷剂(温度约70~85℃)，在高温高压制冷剂通过热回收器的同时，利用循环水泵将常温的水送入热回收器，在热回收器里水与高温制冷剂蒸汽进行热交换，制冷剂被冷凝的同时水被升温，然后返回热水储存箱，水泵再次从储存箱中将水送入热回收器进行循环加热，使热水温度进一步升高。储存箱中的青岛求实职业技术学院高职毕业论文第3页共16页水经热回收器多次热交换，最终达到客户要求的水温(55~60℃)。当热水温度达到设定值时，循环水泵停止工作。用户通过热水阀自储存箱中提取卫生热水，一旦水箱中水位降低补水装置则自动补水，此时水温开始下降。当水温降到低于设定值时，热水循环泵自行启动运转，再次通过热回收器对储存箱的水进行循环加热(前提是冷水机组在运行中)，这样就确保储存箱中的热水温度维持在相对恒定的范围内。针对热回收器回收热量的多少，热回收又可以分为部分热回收和全部热回收。其中，部分热回收只能回收冷水机组排放的部分热量，全部热回收基本回收了系统排入环境中的全部热量。通过热回收技术的应用，一方面减少了冷水机组运行过程中排放的大量余青岛求实职业技术学院高职毕业论文第4页共16页热，降低了对环境的废热污染；另一方面，由于制取免费的卫生热水，降低了对锅炉、电加热器等传统加热设备的过度依赖，同时，对液态制冷剂的进一步过冷作用，提高了冷水机组的能效比，改善了机组的运行条件，并提高了机组的运行寿命，整体上降低了企业的综合运营成本。第三章空气源热泵热水(回收）机组一般普通的集中空调系统，特别是空气源中央空调系统总会把大量的空调冷凝热直接排入大气，造成了极大的能源浪费，并且对周围环境造成了极大的污染，不但增加了城市的“热岛效应”，恶化了城市的大气环境，而且进一步加剧全球气候变暖。与此同时，对于高层住宅建筑来说，建筑物又需要大量的生活热水供应，特别是酒店、宾馆等娱乐性建筑，生活热水的需求量越来越大，加热生活热水所需的热量也越来越多。因此，从节能的角度来看，空气源热泵+热回收技术组成的空气源热泵热水机组必将在我国得到社会的广泛认同和应用。3.1空气源热泵热水机组的原理及简图3.1.1技术简介空气源热泵热水机组根据逆卡诺原理，以少量电能为驱动力，以制冷剂为载体，源源不断地吸收空气中难以利用的低品位热能，转化为可用的高品位热能，实现低温热能向高温热能的转移；再将高品位热能释放到水中制取生活热水，通过热水供应管路输送给用户，满足生活热水及供暖需求。3.1.2系统简图3、4空气源热水机系统一般由空气源热泵热水机组保温水箱、水泵及相应的管道阀门等组成。空气源热泵热水机组一般由压缩机、水侧换热器、空气侧换热器、节流装置、低压储液罐、水路调节阀等组成。3.1.3原理说明①少量电能驱动机组运行，单位时间用电量为Q；青岛求实职业技术学院高职毕业论文第5页共16页②机组运行，利用制冷剂的相变从空气中吸收大量热能Q：；③冷水进入机组，被加热成高温热水，得到热量Q。根据能量守恒定律：输入能量=输出能量即Q1+Q2=Q3标准工况下:Q2=3.6Q1,故Q3=Q1+3.6Q1=4.6Q1性能系数cop=输出能量／输入能量=Q3／Q1=4.6Q1／Q1=4.6即：消耗1kW电能得到4.6kW热能注：从空气中吸收的热能Q2是免费的,故公式中“输入能量”不包括Q2。3.2空气源热泵热水机组特点空气源热泵热水机组根据能量守恒原理，把空调房间的热量转移到水中，进行二次有效利用：一方面避免了空调冷凝排热对环境造成的影响；另一方面节约了加热生活热水的运行费用,可谓一举两得。其具备的特点如下：3.2.1免费热水,运行费用低夏季制冷时，整个制冷季节的热水全为免费获得。3.2.2效率更高,寿命更长热回收技术应用于空气源热泵机组,减少原冷凝器的热负荷,使其热交换效率更高、负载减少,机组故障减少,寿命延长。3.2.3一机三用,节省投资空气源热泵热水机组除满足建筑物夏天供冷、冬天供暖的要求外，还能全天候供应50~60℃的生活热水,可完全取代热水锅炉,省去热水锅炉的投资。3.2.4智能集中控制电脑化控制，可根据不同的季节和使用上的特殊要求，把主机设置成“制冷”、青岛求实职业技术学院高职毕业论文第6页共16页“热水模式”、“制冷模式”、“制热+热水模式”、“热水模式”、“制热模式”。3.2.5可代替锅炉空气源热泵热回收机组是传统“中央空调+热水锅炉”理想换代产品,可多台机组合,无需机房,节约建筑面积,环保节能。3.2.6适用范围广可广泛适用于星级酒店、宾馆、发廊、餐厅、医院、别墅以及需要集中综合提供空调和热水的其他公共场所。3.3以“美的”空气能热泵热水机组为例与各种传统热水机组(器)在性能及费用上的比较空气能热泵热水器与其他热水制取方式的经济性对比表，表2设在相同条件下，对1t初始水温为15℃的生活用水进行加热，使水温升到55℃，需热量均为168000kJ。由对比可见，热泵热水机比其他任何热水系统都省钱，且不论天气情况，均能供应热水。第四章大力开发空气源热泵空调热水(三合一)机组当前民用建筑中，空调、采暖和热水供应是不可或缺的设施。过去中央空调常采用水冷冷水机组+锅炉的传统方案。夏季冷气用冷水机组制7℃的冷水，空调系统的排热降温用水冷却，而冷却水环路中的热量最终由冷却风机吹放到大气中。冬季采暖用的45～60。C的热水一般由燃油（气)锅炉产生蒸汽或高温水，再经过汽(水)一水交换器产生采暖用热水。生活热水也大多由锅炉通过换热器后供给。这些在运行过程中产生的大量余热不能得到综合应用，而多系统的设立又造成投资和设备资源的浪费。如能设计一套供应空调、采暖兼全年生活热水(三合一）的空气源热泵空调热水机系统(集成)，使全年投入的总能量和系统的总投资为最少，则是我们努力的目标和市场需求。广东美的集团迎合市场的需求，凭借雄厚的研发实力、专业的生产能力、完善的安装和服务体系，于2007年推出供居住场所使用的全方位空调+热水综合解青岛求实职业技术学院高职毕业论文第7页共16页决方案和高科技含量的数码中央空调热水机，为住户提升了居住品质，创造了完美的生活空问；为开发商全面提升了楼盘的附加值和竞争优势；为社会节约了能源，减少了CO的排放，并降低了出现“热岛”现象的可能性。空调热水机组主要由主机(室外机)、室内机(多台)、保温水箱3部分组成。该机组采用数码涡旋多联技术以及空调余热回收技术，使得夏季制冷时外排的热量得以回收制取40~60℃的热水；此时的综合能效比COP高达6．55；全年可在7～43℃的环境温度中使用。(见图5)图5系统简图第五章低环境温度空气源热泵的应用研究空气源热泵由于其在初投资，运行费用及环保等方面具有很大的优势，因此，在不同的地域得到越来越广泛的应用，并取得了较好的节约效果。但其在低温环境下(我国的寒冷地区)的应用却因为制热量衰减过多、需要带电辅助加热、制热COP降低、内机或热水机出风（水)温度过低、压缩机能力或热交换器的能力得不到充分利用等状况受到了很大的限制。近年来，在国内外热泵研究人员的不懈努力下，用于低环境温度下的空气源热泵技术取得了突破性的进展，其产品在工程中的应用也愈来愈多。日本是当前世界上特别注重发展空气源热泵技术与产品的国家。应用之广泛，技术水平之高均居世界领先。其技术路线主要为变频，双机压缩，多联等。200年度日本热泵展上三菱公司推出一款高效能机组，其EER达到4-3。热力完善度高达70％。大金公司也推出了一款．20℃工况下，COP高达2．5的新产品。我国目前的研发思路主要有：采用闪蒸中间补气、变频压缩机、数码涡旋压缩机、双级压缩机、大压缩比的压缩机、高低温回路复叠循环、改换制冷工质先青岛求实职业技术学院高职毕业论文第8页共16页进的除霜技术等办法。在机组内部的部件组配中充分利用出压缩机的高温高压的过焓热(冷却冷凝热）和液相工质的过冷热。下面对低环境温度空气源热泵中常用的数码涡旋技术的应用作简单介绍：常规的热泵很难在-5℃以下制热，而强制喷气增焓技术可显著帮助增强主循环的流量，得到额外的7％～34％的热量，能够很好地解决传统热泵在低温环境中不能正常运行的问题。强制喷气增焓作为一种新技术，其应用已经成熟可行。我国的“清华同方”、“格力电器”已经开发出使用这种技术的多种机组，并应用于大型商用项目上。至于家用项目，这种技术的应用则更有优势。在2007年4月广州举办的第18届“中国制冷展”上，除“美的”、“格力”推出超低温数码涡旋多联机外，“约克”、“特灵’，2家冷水机组大品牌也进入了数涡旋多联商用机的大家庭。5.1超低温数码涡旋热泵与变频热泵的技术对比通过表3可以看出超低温数码涡旋热泵技术依靠强制喷汽增焓可在低环境温度下达到良好的制热能力，并且具有很高的可靠性。可按负载的大小自动控制制冷制热容量，能有效的降低能耗和避免电磁辐射，已逐步成为当今压缩机技术的发展趋势。同时电子控制系统很简单，解决了变频系统影响其他电子设备的电磁干扰问题。表三超低温数码涡旋热泵与变频热泵的技术对比5.2超低温数码涡旋热泵与直流变频热泵的制热量对比我们将某空调制造商制热量为15kW超低温数码涡旋在实际项目测试中得到的数据与直流变频热泵进行了性