空气源热泵空调系统

浅谈空气源热泵空调系统摘要：空气源热泵是指以持续不断的风的供应作为热泵冷或热的能量来源，实现整套装置制冷制热持续运行的热泵系统。空气源热泵系统简单，投资较低，节能环保，不受地域和时间的限制，发展速度迅猛，发展势头强劲，在国内有比较广阔的发展空间。关键词：空气源热泵节能环保改革开放以来，随着国民经济迅速发展和人民生活水平的大幅度提高，能源的消耗越来越大，其中建筑能源占相当大的比例。据统计，我国历年建筑能耗在总能耗中的比例是19%-20%左右，平均值为19.8%。其中，暖通空调的能耗约占建筑总能耗的85%。在发达市，夏季空调、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能耗的40%-50%。特别是冬季采用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染。因此，建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。热泵空调高效节能、不污染环境，真正做到”一机两用”（夏季降温，冬季采暖），进入20世纪90年代以来在我国得到了长足的发展，特别是空气源热泵冷热水机组平均每年以20%的速度增长，成为我国空调行业有一个引人注目的快速增长点。一、空气源热泵的工作原理空气源热泵是由压缩机、换热器、节流器、吸热器、压缩机等装置构成了一个循环系统。冷媒在压缩机的作用下在系统内循环流动。它在压缩机内完成气态的升压升温过程，然后进入换热器后释放出高温热量加热水，同时自己被冷却并转化为流液态，当它运行到吸热器后，液态迅速吸热蒸发再次转化为气态，同时温度下降至零下20℃-30℃，这时吸热器周边的空气就会源源不断地将低温热量传递给冷媒。冷媒不断地循环就实现了空气中的低温热量转变为高温热量并加热冷水过程。二、空气源热泵空调的节能环保空气源热泵是以空气中热量为能源，只要空气中有足够的热量，它就能吸收能量而产生热水。因而空气源热泵的使用不受阴天下雨白天黑夜的影响，而且在使用时，不象化石燃料在获取能源和产生电力的同时，向环境排放大量的燃烧产物，如co2、so2、nox、粉尘等，对环境造成严重的污染，引起温室效应、酸雨、土地沙漠化等灾害，也严重影响了人们的身心健康。而且空气--水热泵机组由于冬季以空气为吸热源而夏季又以空气为排热源，室内以水为冷热媒体，供应末端装置，实现制冷和供暖，因而使用方便，安装工作量小，运行维修、保养十分方便，对周围环境的污染，包括空气的污染、噪声污染以及向环境漂水等现象均较小。因此空气源热泵的使用是替代传统的制冷机+锅炉的建筑物空调、采暖、供热模式，是改善城市大气环境、节约能源的一条有效途径。三、空气源热泵空调系统的优缺点首先空气源热泵空调系统高效节能，运行可靠：变频技术、数码涡旋空气源热泵技术、双机压缩技术、准二机压缩、喷液增焓、喷液汽化冷却技术的不断发展，极大地丰富了热泵技术，加之热泵系统的优化设计、精心制造、模块化组合，机组互为备用等先进技术的应用，很大程度上提高了空气源热泵机组运行上的可靠性，保证了热泵系统可靠、高效、节能运行；节约投资：一机两用，夏季供冷、冬季供暖，节约初投资。其次节约建筑面积，外墙面、层顶等均可放置，不需专用机房，节约建筑空间；洁净环保，风源系统，无需冷却水系统和锅炉房加热系统；只使用电力，环境清洁，大大提高了机组的环境相容性。而且适用性广泛：不同系列、规格的空气源热泵机组，根据不同的气候条件和地理环境设计生产，无须统一供应热源或冷源介质，因此，便于小型化，用户选择余地大，适用范围更广泛。空气源热泵主要缺点是空气热容量小，为了从空气中获取所需要到热量，换热器的体积大，风机的风量也大，因此，噪声也大；空气是有一定湿度的，当空气温度较低，空气温度变化大，热泵的供热性能下降时，建筑物的供热需要反而较大；当空气侧换热器表面温度低于露点温度且低于0℃时，换热表面会结霜。使流动阻力增大，而且随霜层的增加而热阻提高。结霜将严重影响换热器的正常工作，而除霜过程对机组的正常供热产生负面影响，并对压缩机及四通阀的稳定运行也有不良影响。因此空气热源泵受到气候条件的制约。四、空气源热泵机组的除霜问题空气源热泵除霜及除霜控制问题是空气源热泵改善之热性能、提高运行可靠性的关键问题。实验表明，除霜增加的能耗占整个供热季节总能耗的10.2%。除霜过程中仅有15%-25%的能量被霜层吸收，其余75%-85%的热量散发到周围的环境和用热加热室外盘管。要降低热气除霜能耗需从如下三个方面着手：第一，保证满意除霜效果的前提下尽量减小气态压缩工质的压力；第二，采用有效办法尽快排走盘管上融化的冷凝水；第三，确定在一个合理的时间点上结束除霜。科研人员通过改进换热器结构，延缓结霜或降低结霜对热泵性能的影响；优化除霜方法和除霜控制方案等措施改进空气源热泵除霜及除霜控制问题。研究结果表明：旁通关系统比热力膨胀阀系统的除霜时间缩短1.5分钟，其中融霜时间缩短1.3分钟。在融霜阶段开始的一分多钟和整个排水阶段，室外换热器出口即节流机构的进口的压缩工质为过热气体或气液两相状态，气相的存在使节流机构的流量增加缓慢，旁通管系统比热力膨胀阀系统的流通面积的大，所以除霜时间短；当采用的旁通管系统为短管时，系统除霜过程可能得到较大的压缩工质流量，更利于加快除霜，短管直径尺寸对除霜速度有很大的影响，在一定范围内，增大短管直径尺寸可缩短除霜时间。当然对于使用电子膨胀阀的系统加大电子膨胀阀的开启度亦可明显缩短除霜时间。除霜控制的最优目标是按需除霜，实现机理是利用各种检测元件和方法直接或间接检测蒸发器表面的结霜状况，判断是否应该启动除霜循环，在除霜达到预期效果时，及时终止除霜。而由于除霜控制方法问题，大约27%的除霜动作是翅片表面结霜不严重，不需要除霜的情况下进行的。目前的除霜及其控制方法很多，但具体实施起来却或多或少的存在一些问题，如出现多余的除霜动作或需要除霜时不发出信号等。可以说有效的除霜控制方法及措施还在不断地发展和研究之中。设计选型中应特别注意机组除霜措施的可靠性。在空气源热泵的除霜控制方法上，由最早时间法、时间-温度法，向智能化除霜控制方法过渡。智能化除霜的的基本特点是根据机组运行特性以及结霜对机组性能的影响，来判断是否需要除霜。五、空气源热泵空调系统的节能方向空气源热泵空调系统的节能主要从以下七个方向实现：1、合理优化室外、室内热交换器，采用合理的热交换形式，有效提高蒸发温度、降低冷凝温度；2、选择变容量压缩机机组，如变频机组、数码涡旋机组，实现部分负荷时输入与输出线性变化，实现部分负荷下仍能高效运行，极端温度（-15℃以下）制热启动平稳，运行高效；3、合理进行工艺设计，精确控制室外热交换器的化霜过程，实现融霜彻底、融霜时间短、过程稳定；4、采用双压缩技术、喷液增焓技术，实现低温状况高温运行；5、主机系统控制系统合理设计，能过实现室内温度精确控制，避免无谓浪费；6、整机合理匹配，制造精良，运行稳定可靠，维修量小；7、能够实现分户、分时、分室计量，为管理节能打下基础。六、空气源热泵存在的突出问题与对策空气源热泵存在的突出问题主要有：1、cop特别是制热cop低；2、除霜的可靠性较差且对系统的冲击较大；3、低温工况的适应性差，主要表现为机组在低温工况下无法长期、稳定、可靠的运行，且制热量快速衰减。这三个问题集中到一点就是热泵在较低环境温度下工作时的效率低、可靠性差。能解决这三个问题的措施和对策主要有以下三个方面：1、提高cop必须通过系统的优化设计和最佳配置才能达到，这是一个系统工程。目前能够想到的措施有：第一，选用cop高特别是低温工况cop高的压缩机；第二，要用变化的观念（实际运行时工况变化很大）优化和完善换热器的设计；第三，优化管路设计和管件配置，降低系统阻力损失；第四，选用高效率和高静压的风机，优化风路设计，保证风速均匀且风阻小，另外风量要能够随工况的不同而变化。2、提高除霜的可靠性和效率。第一，压缩机中间补气能实现”单机双级压缩”。目前要求热泵能在-15度甚至更低的室外温度运行，这时压缩机的工作压力比普通在8以上，最大在10左右，单级压缩很难有高的cop，而双级压缩会使系统复杂化，在这种情况下”中间补气”是一种较为适宜的解决办法。适合中间补气的压缩机有螺杆、涡旋和滑片式。第二，辅助加热器。如日本三棱重工介绍在极低室外温度运行时，采用煤油燃烧器加热吸热盘管，以提高机组的蒸发压力。结语空气源热泵冷热水机组在我国的发展仅有十多年的历史，但由于其优点独特，发展速度迅猛，发展势头强劲，因此在我国内有比较广阔的发展空间，国内市场潜力很大。目前国产空气源热泵、热水机组的技术水平和技术含量均不太高，因而机组在效率和可靠性等方面并不理想，有待进一步提高。国产机组短期的发展方向应是消化和完善现有产品，从比较”粗糙”的产品过渡到”精细”的产品。在这方面除完善生产工艺和生产手段外，在技术上应作相应的改进，如采用回转压缩机，风机分档控制，完善热气除霜的可靠性，改善制冷剂管道和风道的设计，使分液和布风更均匀，阻力更小，制冷管路的设计应考虑各种工况的适应性等。国产机组长期的发展方向应考虑高薪技术的应用和独立研发能力的建立。目前适合机组使用的新技术有：变频技术，电子膨胀阀，抑制结霜技术，适应变频的新型压缩机、风机和点击，两相流和变流量技术，pid和模糊控制技术等。另外机组应考虑专用化。总的来说，国产机组普遍存在效率较低、可靠性较差及故障较多等问题，特别在较低环境温度的制热工况运行时，这些问题更加突出。经过最近十余年的发展，现在有必要对国产机组进行回顾和总结，并对未来的发展做出一些展望，这对提高国产机组的质量将有所裨益。参考文献：[1]赵克.建筑节能与空气源热泵技术[j].城市住宅,2011(9).[2]刘康,吕静.空气源热泵除霜研究[j].制冷与空调,2011(8).[3]王峰,闫国华.太阳能-空气源复合热泵式热水器性能研究[j].装备制造技术,2010(8).[4]殷少有,吴治将,李东洺.空气相对温度对空气源热泵水器性能的影响[j].顺德职业技术学院学报,2011(7).[5]张鹏,浅谈热泵机组的特点和应用范围[j].新疆电力技术,2007(4).[6]邵迎旭,崔志国等.空气源热泵在生活热水系统中的应用[j].给水排水.2011(s1).