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空氣源熱泵采暖機(jī)設(shè)計(jì)理念

時(shí)間:2019-02-02 02:45:11?? 來源:swimdragon.com??作者:華天成
      原創(chuàng) 2018-04-24 唐智鈞 熱泵市場
     首先要了解空氣源熱泵和空調(diào)兩種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念不同,進(jìn)而理解其產(chǎn)品的不同,我們先把兩者設(shè)計(jì)理念不同的地方列表如下。
 表一 空氣源熱泵和空調(diào)設(shè)計(jì)理念不同的地方
不同點(diǎn) 空調(diào) 空氣源熱泵
1 使用對象不同 主要使用在有制冷需求的地方,所以空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)調(diào)制冷,制熱為輔,這也是當(dāng)前空調(diào)制熱運(yùn)行時(shí),都要采用電加熱輔助方式補(bǔ)充制熱的原因 主要使用在有制熱需求的地方,所以空氣源熱泵設(shè)計(jì)時(shí)首先強(qiáng)調(diào)制熱,以全氣候運(yùn)行中不采用電加熱輔助制熱為目標(biāo),并且兼顧有制冷功能
2 功能不同 空調(diào)功能單一,只有制冷和制熱 空氣源熱泵不單可以制冷和制熱,也可以做泳池、洗浴、電泳等特種工業(yè)的加熱源,也可以做農(nóng)業(yè)烘干、污泥烘干等工作,用途廣泛
 
   由于兩種產(chǎn)品的使用對象不同,決定他們采用的國家標(biāo)準(zhǔn)、選用的零部件、使用的地域、出風(fēng)(或出水)溫度、能效等均不同,列表分析如下:
 
   表二 空氣源熱泵和空調(diào)兩種產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要不同點(diǎn)列表

不同點(diǎn) 空調(diào) 空氣源熱泵
1      執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)不同 標(biāo)準(zhǔn)主要包括:家用空調(diào)、多聯(lián)機(jī)、風(fēng)冷冷水機(jī)組等標(biāo)準(zhǔn)。
以制冷量和能效比為衡量指標(biāo)
標(biāo)準(zhǔn)主要包括:家用熱水、商業(yè)熱水、家用采暖、商業(yè)采暖等標(biāo)準(zhǔn)。
以制熱量和性能系數(shù)為衡量指標(biāo),冷暖機(jī)還必須考核制冷量和能效比
2      主要零部件不同 1)空調(diào)壓縮機(jī)
2)翅片冷凝器或板式冷凝器器
3)不帶親水膜的室外翅片換熱器
4)沒有系統(tǒng)高壓等保護(hù)控制
· 
熱泵壓縮機(jī)
防凍高效罐式冷凝器
帶親水膜的室外翅片換熱器
有系統(tǒng)高壓等保護(hù)控制
· 
3      使用區(qū)域不同 在環(huán)境溫度-7℃~43℃范圍內(nèi)使用區(qū)域 在環(huán)境溫度-30℃~43℃范圍內(nèi)使用區(qū)域
4      最高出風(fēng)(出水)溫度不同 最高出風(fēng)(出水)溫度50℃以下 最高出水溫度60℃。特種如烘干機(jī)等,最高出風(fēng)(出水)溫度達(dá)到90℃左右
5      能效要求不同 空調(diào)只對制冷工況有能效要求,制熱無要求,屬于單工況設(shè)計(jì) 空氣源熱泵不僅對制冷有要求(兩聯(lián)供機(jī)組),而且對制熱能效有要求,特別低溫機(jī),要求在-12℃測試
屬于雙工況設(shè)計(jì)
 
   在以上所有列項(xiàng)中,又以壓縮機(jī)不同為最重要,不同的壓縮機(jī)決定產(chǎn)品的不同使用效果和不同的使用地域。空調(diào)選用空調(diào)壓縮機(jī),以R22為例,最大運(yùn)行壓力不超過1MPa,壓縮機(jī)比小于7,最高排氣溫度不超過90度;但空氣源熱泵必須采用熱泵壓縮機(jī),同樣以R22為例,最大運(yùn)行壓力達(dá)到2 MPa,壓縮機(jī)比達(dá)到12,甚至更高到20,最高排氣溫度達(dá)到120度。

這些參數(shù)的不同,要求熱泵壓縮機(jī)的加工精度、軸承強(qiáng)度、電機(jī)耐溫性能等方面均是在空調(diào)壓縮機(jī)有數(shù)量級上的提升,為了表達(dá)更直觀,我們來看一下兩種壓縮機(jī)的運(yùn)行范圍對比圖。

1 空調(diào)壓縮機(jī)(A/C)和熱泵壓縮機(jī)(HPWH)運(yùn)行范圍對比圖

 

  圖中,橫軸對應(yīng)蒸發(fā)溫度(相當(dāng)于熱泵的室外環(huán)境溫度),縱軸對應(yīng)冷凝溫度(相當(dāng)于熱泵的使用側(cè)的出風(fēng)或水溫度),可以看出,熱泵壓縮機(jī)的運(yùn)行范圍是在空調(diào)壓縮機(jī)上有成倍的擴(kuò)大。

 有了強(qiáng)壯的“心臟”,空氣源熱泵才能高溫出風(fēng)(水),低溫運(yùn)行。“高溫”到廣泛使用在出風(fēng)溫度達(dá)80℃以上的烘干行業(yè),“低溫”到大西北新疆等地,帶老式鑄鐵暖氣片采暖。為滿足這種極端而又正常的使用條件,除了有強(qiáng)壯的“心臟”,還要有聰明的“大腦”,要求空氣源熱泵的主控制器既要保護(hù)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行可靠,又要保證用戶24小時(shí)不斷續(xù)的使用需求,容錯(cuò)性和精準(zhǔn)性,兩種相互矛盾的關(guān)系在空氣源熱泵的控制邏輯上得到完美的統(tǒng)一。 

由于空氣源熱泵寬氣候的運(yùn)行特性,最高和最低環(huán)境溫度的溫差近80℃,由于制冷系統(tǒng)在低溫工況運(yùn)行時(shí)需要的制冷劑流量相對較小,較高溫工況運(yùn)行的制冷劑量減少20%以上,這對空氣源熱泵的系統(tǒng)容液量提出更高的要求,要系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)自動調(diào)節(jié)參與有效運(yùn)行的制冷劑的量。所以,需要對氣液分離器進(jìn)行特別的設(shè)計(jì),包括容積、回油孔、平衡孔等方面進(jìn)行熱泵方面的專門設(shè)計(jì)和大量的試驗(yàn)驗(yàn)證。

 

  同時(shí)為了保證系統(tǒng)全天候運(yùn)行時(shí)最適合的過冷度和滿液蒸發(fā),又需要另外增加一個(gè)高壓儲液器,這一般也是空調(diào)不需要的設(shè)計(jì)。

 

  為了驗(yàn)證制冷系統(tǒng)對多余的存液量的耐受度,需要增加至少三個(gè)以上驗(yàn)證試驗(yàn),相對空調(diào),包括:低溫液擊試驗(yàn)、低溫回油試驗(yàn)、低溫低電壓啟動試驗(yàn)。所以,空氣源熱泵的設(shè)計(jì)考核比空調(diào)來的更加嚴(yán)格、更加多項(xiàng)。

 

  針對空氣源熱泵的使用特點(diǎn),冬季全天候制熱運(yùn)行,為保證低溫環(huán)境下的制熱效果和室內(nèi)溫度舒適性(減少波動),化霜是一個(gè)不可回避的問題,并相對空調(diào)的化霜要求更高。

 

  常用的手段有:制冷劑換向化霜、熱氣旁通化霜、冷凝管末端余熱化霜、熱水回流翅片化霜、伴熱帶底盤化霜等等,真是手段無所不及。往往多種手段綜合使用,才能保證即使-25℃的環(huán)境運(yùn)行,化霜時(shí)間也就3分鐘左右,極大的提高機(jī)組的制熱效果和用戶的舒適性。

 最后,我們再來看一下,空氣源熱泵中的新貴,低溫空氣源熱泵與空調(diào)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的不同。在北京“煤改電”的政策推動,空氣源熱泵在低溫環(huán)境的制熱技術(shù)得到一個(gè)新的提高,就是直流變頻噴氣增焓技術(shù)的應(yīng)用,使得空氣源熱泵在“煤改電”活動中,在諸多采暖設(shè)備中獨(dú)占鰲頭、獨(dú)步天下。


    圖2 變頻低溫空氣源熱泵系統(tǒng)圖

3 空調(diào)器熱泵的制熱系統(tǒng)圖

從圖2和圖3可以明顯看出,空調(diào)的四大件,壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置,到低溫空氣源熱泵中就變成了五大件,壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、雙節(jié)流裝置、經(jīng)濟(jì)器,也就由單一系統(tǒng)變成了帶噴氣增焓的雙系統(tǒng),系統(tǒng)更復(fù)雜,成本更高,低溫制熱效果更好。
 
同時(shí)也可看出市面上80%以上的空調(diào)的節(jié)流裝置均采用雙毛細(xì)管節(jié)流,因?yàn)榭照{(diào)只需要考慮制冷國標(biāo)工況和制熱國標(biāo)工況,兩個(gè)單一工況,一根毛細(xì)管對應(yīng)一個(gè)工況,使其達(dá)到最佳點(diǎn),其他工況(環(huán)境溫度)運(yùn)行的制冷(熱)性能就會偏離最佳運(yùn)行狀態(tài),效果就會下降;
 
低溫空氣源熱泵,采用了雙電子膨脹閥節(jié)流,
針對不同的工況(環(huán)境溫度),計(jì)算系統(tǒng)的最佳過熱度和系統(tǒng)壓力,自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)最佳的流量,使得低溫空氣源熱泵在全氣候運(yùn)行,系統(tǒng)均在最佳狀態(tài)運(yùn)行,效果均最佳,保證了低溫空氣源熱泵更加節(jié)能、更加可靠。
 
綜上所述,空氣源熱泵不同于并優(yōu)于空調(diào)的主要有
§ 
空氣源熱泵采用熱泵專用壓縮機(jī),耐壓、耐溫、加工精度等方面均在空調(diào)壓縮機(jī)上有數(shù)量級上的提高,并且使用壽命也大為延長;
§ 
空氣源熱泵的主控制器的邏輯設(shè)計(jì)較空調(diào)來的更復(fù)雜,比空調(diào)的單一制冷系統(tǒng)控制,還多一個(gè)水路系統(tǒng)控制;
§ 
空氣源熱泵的寬氣候運(yùn)行特點(diǎn),同樣匹數(shù)的機(jī)器,需要的制冷劑量較空調(diào)有增大,要求儲液器的設(shè)計(jì)更復(fù)雜,一般還需要采用雙儲液器設(shè)計(jì);
§ 
空氣源熱泵的化霜設(shè)計(jì)相對空調(diào)要求更高,既要保證制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行,又要減少室內(nèi)溫度的波動幅度,提高用戶的舒適度;
§ 
低溫空氣源熱泵一般采用“五大件”設(shè)計(jì),由空調(diào)的“四大件”的單一系統(tǒng)變成了帶噴氣增焓的雙系統(tǒng),低溫制熱效果更好,性能系數(shù)更高;
§ 
空氣源熱泵的節(jié)流裝置全部采用電子膨脹閥或外平衡熱力膨脹閥,相對空調(diào)的毛細(xì)管節(jié)流精度更高,調(diào)節(jié)范圍更寬。
§ 
基于以上幾點(diǎn),空氣源熱泵不等同空調(diào),可以說是空調(diào)的升級品,也是將來建筑舒適節(jié)能系統(tǒng)的必選品。


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