谷轮空气能热水器专用压缩机及其应用

谷轮空气能热水器专用压缩机及其应用热泵是一种利用低品位热能的设备，采用热泵制取热水可以大大降低一次能源的消耗以及燃烧矿物燃料引起的CO。的排放。在中国，热泵系统的应用推广已经进入快速增长的轨道。一、绪言随着中国经济的迅速发展和人民生活水平的日益提高，公共建筑和住宅的生活热水以及空气调节已经成为普遍的需求。在发达国家，暖通空调及热泵系统所用的能耗可占到社会总能耗的25~6-30%。在国际能源局势日益紧张的今天，节能减排已经越来越为世界各国所关注。热泵是一种利用低品位热能的设备，采用热泵制取热水可以大大降低一次能源的消耗以及燃烧矿物燃料引起的CO。的排放。在中国，热泵系统的应用推广已经进入快速增长的轨道。传统热水器采用燃油、天然气、油制气等一次能源直接燃烧或采用电加热等方式产生热水，其热效率均不大于l，并且直接燃烧的加热方式还会产生有害污染物，带来环境、甚至安全等方面的负面影响。空气能热水器被认为是传统热水器的绿色替代产品。它采用蒸汽压缩制冷循环，将来自周围环境的低品质热源进行再利用，如空气、土壤或水源等可再生能源，具有热效率高，对使用地区不会造成环境污染等优点。空气源热泵热水器使用安装简便，其产品和技术近年来在国内得到了极大的推广。本文的讨论限于空气源热泵热水器。热泵热水器的热效率可高达3—4(W/W)。可以发现热泵热水器的热效率最高，运行费用最低。和传统的热水器相比，其运行费用的节省可带来巨大的投资回报，这是热泵热水器市场高速增长的主要原因之一。二、空调压缩机在热泵热水器应用中的技术局限热泵热水器和空调器二者的系统原理相同，所采用的零部件大部分是相同或类似的，但二者的运行特点却差异极大：首先，空调器一般只在夏季或冬/夏季运行，工作运行时间相对较短;热泵热水器则在一年四季都需要运行，运行时间较长。并且GB21362-2008《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》和GBT23137-2008《家用和类似用途热泵热水器》对出水温度都规定在55℃。当水被加热到55℃或以上，冷凝温度就会达到60℃左右甚至更高，所以压缩机全年都处于高冷凝压力运行状态。在冬季，热泵空调器的蒸发侧在室外，蒸发温度随环境温度的降低而降低，冷凝侧在室内，室内温度在200C左右，冷凝温度低;热泵热水器的蒸发侧的工作条件与空调器相似，但在冷侧，由于水温为550C左右，冷凝温度高。压缩机在冬季处于高压缩比和高负载运行工况。在夏季，空调器的蒸发侧在室内，蒸发温度通常在15℃以下，冷凝温度较高，但一般低于55℃。热泵热水器的蒸发侧在室外，在环境温度43℃时，蒸发温度会达到20℃左右，蒸发温度高，冷媒流量大，并且冷凝侧由于55℃水温使冷凝温度居高不下，压缩机在夏季处于高负载运行工况。三、空调压缩机在热泵热水器应用中的改进方案以上分析和实验都证明了普通空调压缩机直接用于热泵热水器将导致严重的可靠性问题。对此问题，我们了解到一些采用普通空调压缩机的热泵热水器的制造商或工程商，进行了以下两种方案的改进：方案一、普通空调压缩机+辅助电加热采用普通空调压缩机热泵运行将15℃的水加热到45℃，然后再用辅助电加热将45℃的水加热到55℃。该方案通过降低热泵加热的出水温度来降低排气压力，照顾了普通空调压缩机的运行要求。但由于采用了电加热，整个热水加热过程的能效比低，具体数值取决于加热量中电加热所占的比例，难以达到国家标准的要求。方案二、“混配”冷媒采用自行配置的冷媒，以达到降低排气压力和温度的目的。由于“混配”冷媒很少能得到压缩机制造商对性能和可靠性的认可，还存在诸多弊端：“混配”冷媒的成分控制的稳定性难以保证，造成性能不稳定;“混配”冷媒的热力学性能与压缩机不完全匹配，压缩机中零部件的受力未经校核，可能超出设计极限;“混配”冷媒与压缩机材料的相容性未经确认，长期可靠性不能保证。综上分析，我们认为：普通空调压缩机在热泵热水器应用中有难以克服的技术问题，需要按照热泵热水器的应用特点和要求开发专用的压缩机。四、压缩机的适用适用于中国市场的热泵热水器应用的理想压缩机由于与使用效果直接相关，用户首先关注的热泵热水器对用水温度的满足。GB21362-2008和GBT23137-2008对出水温度都规定在55℃。如果根据不同使用场合进一步细分，还可以发现对出水温度要求的差异化。例如，用于泳池和地暖的水温通常在不高于45℃就可以了：针对生活热水我国要求达到55℃的水温;用于暖气的水温需要更高，至少要在600C以上。所以理想的热泵热水器压缩机要有能力提供55℃以上乃至60℃的热水，相对应的冷凝温度要能达到60-65℃。影响热泵热水器推广使用最关键的因素是使用环境温度，在寒冷的冬季是否能提供热水是被关注的关键问题。我国地域辽阔，南北气候差异极大，为使热泵热水器的使用能推广到我国长城以南的广大区域，覆盖大约90%的全国人口，理想的热泵热水器需要在冬季最低温度-20℃的区域能稳定可靠的工作。结合以上两点，可以勾画出适用于中国市场的理想热泵热水器用压缩机。理想的热泵热水器压缩机能工作在最低大约-20’C的寒冷环境中，并确保在冬季能提供55℃以上乃至60℃的热水。五、应用前景根据国际能源署在2007年发表的最新报告，中国每年产生着全世界22%的CO，。CO。是由燃烧石化燃料时排放的，它是造成地球变暖问题的主要温室气体。相对于传统的直接燃烧化石燃料和直接使用电能的加热装置，热泵热水器可使能源效率提高3-4倍，这也就是说将燃烧所需的化石燃料减至1/4-1/3。因而热泵热水器的广泛推广和应用已被认为是环境保护中一项有深远意义的进步。另外我国能源紧缺，减少资源浪费已经刻不容缓，如何实现我国经济社会的健康发展，节能是重中之重，政府已经越来越关注到节能设备的推广上来，因此热泵热水器必将受到社会各界更多的关注。与现今庞大的热水器市场相比，热泵热水器的的市场份额依旧很小，因此潜力巨大，它将是未来热水器市场的全新发展方向。ZWKS热泵热水器专用压缩机结合经济器循环的系统设计是对现有热泵热水器技术的突破，它解决了低温制热水时排气温度过高的可靠性问题，同时具有优良的运行效率，使得热泵热水器的应用可以拓展到全国冬季最低温度-200C的区域，覆盖大约90%的全国人口，具有重大的社会效益和经济效益。六、结束语使用热泵热水器在节能、环保、安全等方面都优于传统的燃气热水器、电加热水器等，但是普通型热泵热水器的应用受到环境温度及出水温度限制。艾默生ZWKS涡旋压缩机结合经济器循环设计为此提供了成功的解决方案，该方案能显著提高热泵热水器系统的工作效率，解决了低温制热的可靠性问题，拓展了热泵热水器的运行范围。这项技术适应中国热泵热水器的使用要求，对热泵热水器应用在中国的大范围普及，提高能源利用效率，降低碳排放产生积极深远的影响。