热泵热水器

热泵热水器的应用背景及国内外发展概况节能、环保是二十一世纪经济发展面临的重大问题。随着社会经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们对生活卫生热水的要求不断提高。热泵热水机应用背景燃油热水炉■燃气热水炉■电热水炉■太阳能存在的问题燃油燃气炉污染问题燃油、燃气炉、电热水炉存在漏油漏气漏电等安全隐患易结垢、效率低、运行费用高、需专人维护太阳能受季节日照的影响常见热水供应设备热泵热水机国外发展概况1924年空气源热泵技术发明20世纪70年代热泵热水机发明20世纪90年代至21世纪初热泵热水机市场导入和发展期即将进入市场高速发展期家用热泵热水器目前的全球市场容量约为100万台占2％左右，未来5年估计会达到500万台。最终家用占30％，商用占50％的热水器市场份额。2％30％50％家用商用煤锅炉电锅炉油锅炉气锅炉电热水器气热水器太阳能热泵产品热水设备国内市场占有率热泵热水设备近五年的销售增长热泵热水机国内发展动态空气源热泵热水系统空气源热泵热水机组为国家专利产品。它采用热泵工作原理，利用压缩机驱动制冷工质进行逆卡诺循环，从室外空气中吸收热量产生高品质的热水，满足人们生活、生产的需要空气源热泵热水机组分类1.直热式：一次加热式2.循环式：循环加热式水循环式：循环加热式氟循环式：循环加热式热水箱主机循环水泵补水用水特点：☆主机工况不稳定；☆总体效率不高；水循环系统空气源热泵热水系统热水箱补水用水特点：☆主机工况不稳定；☆系统在使用一些时间后效率会下降；主机氟循环系统空气源热泵热水系统热水箱自来水高温热水热水到用户特点：☆主机工况稳定；☆总体效率高；☆水箱利用率高；☆及时补水能力好；☆对主水箱水温下降后的升温效果好；直热系统空气源热泵热水系统冷凝温度40℃90℃75℃50℃45℃40℃高温30℃50℃60℃进水20℃出水温度55℃冷凝温度65℃105℃高温进水50℃循环式进水温度低出水温度恒定运行平稳高效直热式水温不断升高导致机组压力高、功耗大、效率下降一更高能效，费用更省，平均能效比4.6，最高能效比达5.71、直热式设计，空气源热泵热水系统CO2热泵热水器特性分析CO2制冷剂的发展历史1324CO2工质的特性CO2跨临界循环CO2热泵热水器特性5CO2热泵热水器优化和改进1.CO2制冷剂的发展历史美国AlexanderTwining1.船舶制冷系统2.空调制冷系统被CFCs制冷工质取代G.Lorentzen设计跨临界CO2循环系统1930年80%的船舶采用CO2制冷机1.CO2制冷剂的发展历史①节流损失非常大；②高放热温度下，COP较低；③运行压力高,制冷剂防泄漏困难.2.CO2工质的特性•环境和安全性能–ODP=0，GWP=1–无毒，不可燃•来源和价格–资源丰富（天然资源和工业副产品）–价格便宜，无回收问题•稳定性和相容性–物理化学性能稳定–与润滑油的共溶性良好•传输性能–运动粘度低，可减小制冷剂管路压降–优良的流动和传热特性（可显著减小压缩机与系统的尺寸，使整个系统非常紧凑）–表面张力较小，蒸发换热系数较高•热物理性能–临界温度低（31.1℃），临界压力较高（7.3MPa）；–气体密度高，单位容积制冷量高；–分子量比高分子化合物小，相对于一定的蒸发温度，蒸发潜热较大；–绝热指数高，存在使压缩机排气温度偏高的问题；–压缩比比常规的工质低，压缩机容积效率可维持在较高水平；–蒸发器的可耐压降较大（R134a的9倍）；–运行压力较高。2.CO2工质的特性3.CO2跨临界循环•特点：①冷却器出口温度tk》tc，冷却压力pk》pc；②高压侧压力和温度相互独立；③工质在高压侧的换热通过显热来完成；④放热过程有较大的温度滑移；⑤当蒸发温度、气体冷却器出口温度保持不变时，随着高压侧压力变化，循环COP存在最大值；⑥排气压力较高，在系统可靠性设计和安全运行方面有较高的要求。3.CO2跨临界循环4.CO2热泵热水器特性CO2热泵热水器系统流程图4.CO2热泵热水器特性•压缩机具有较高的排气温度；•可以得到90℃的热水；•需要动态控制高压侧压力，应设置储液器。4.CO2热泵热水器特性气体冷却器中温度和压力彼此独立；气体冷却器中具有较大的温度滑移，与冷却水的温升相匹配；4.CO2热泵热水器特性将水从10℃加热至60℃R744等熵系数取0.8，R134a等熵系数取0.7，压缩机吸气过热10℃4.CO2热泵热水器特性•循环特性分析：①蒸发温度对CO2跨循环性能影响提高蒸发温度可有效提高系统的性能系数.②热水出水温度对CO2热泵热水器循环性能影响随着热水出水温度升高，系统性能系数下降.4.CO2热泵热水器特性③气体冷却器出口温度对CO2热泵热水器循环性能影响a.随着气体冷却器出口温度升高，系统性能系数下降.4.CO2热泵热水器特性b.储水箱构造影响气体冷却器出口温度，进而会影响到系统性能。4.CO2热泵热水器特性④吸气过热度对性能系数的影响：a.冷却压力较低时，提高吸气过热度可显著提高系统性能；b.冷却器出口温度越高，吸气过热度对系统性能的影响越明显；C.当冷却压力较高时，提高吸气过热度并不能明显提高系统性能；d.提高吸气过热度，会使压缩机排气温度升高，吸气比容增大，容积制冷量减小。4.CO2热泵热水器特性⑤冷却压力对CO2热泵热水器循环性能影响a.系统存在最佳冷却压力，使得达到COP最大值.b.随着环境温度的变化，冷却压力需作相应的调整，以保证系统有较高的性能系数.4.CO2热泵热水器特性不同冷却压力下CO2热泵热水器循环性能4.CO2热泵热水器特性⑥蒸发温度、气体冷却器出口温度对最优冷却压力的影响蒸发温度对最优冷却压力影响不大，气体冷却器出口温度对最优压力影响较大.tk变化时，应使冷却压力作相应的调整，以保证循环具有较高的性能系数.4.CO2热泵热水器特性⑦气体冷却器出口温度、压力对制冷量的影响a.随着tk变大，制冷量减小；b.pk较小时，制冷量受冷却压力影响较大5.CO2热泵热水器的优化和改进存在问题：•工作压力高于传统压缩机，吸排气的压差与温差较大。压缩机防泄漏设计、零部件的选用、高压油路设计、排气阀设计均应特殊考虑；•如何在小管径、高质量流速的情况下，提高换热器的传热效率；•气体冷却器出口与蒸发端压差大，因此如何设计高效率的膨胀过程来减少膨胀损失，降低压缩功；•采用电子检测控制技术，根据环境需求，进行压力调节；•研究CO2高压系统的动态特性、高压运转时振动和噪声的抑制，也是CO2压缩机所需解决的技术难题。•带膨胀机的循环5.CO2热泵热水器的优化和改进•理想的膨胀机循环：1—2s—3—4s—1；•采用节流阀的循环：1—2—3—4h—1；•考虑压缩机、膨胀机效率后的膨胀机循环：1—2—3—4—1。•CO2膨胀比为2-4，为其他工质的1/10；•膨胀功所占的比例20-30%.•带膨胀机的循环5.CO2热泵热水器的优化和改进待解决的问题：•解决膨胀机中静止与转动部件以及转动部件间的高压CO2超临界流体的泄漏问题；•解决由于气蚀、液击引起的部件表面的损伤；•解决膨胀过程的振动和噪声控制。谢谢大家!