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为何说空气源热泵采暖机不等于冷暖空调,而是空调“升级品”?

暖通风向标  · 公众号  ·  · 2018-04-26 16:34

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首先要了解 空气源热泵和空调两种产品的设计理念不同 ,进而理解其产品的不同,我们先把两者设计理念不同的地方列表如下。

表一 空气源热泵和空调设计理念不同的地方

不同点

空调

空气源热泵

1

使用对象不同

主要使用在有 制冷 需求的地方,所以空调设计时强调制冷,制热为辅,这也是当前空调制热运行时,都要采用电加热辅助方式补充制热的原因

主要使用在有 制热 需求的地方,所以空气源热泵设计时首先强调制热,以全气候运行中不采用电加热辅助制热为目标,并且兼顾有制冷功能

2

功能不同

空调功能单一,只有制冷和制热

空气源热泵不单可以制冷和制热,也可以做泳池、洗浴、电泳等特种工业的加热源,也可以做农业烘干、污泥烘干等工作,用途广泛

由于两种产品的使用对象不同,决定他们采用的国家标准、选用的零部件、使用的地域、出风(或出水)温度、能效等均不同,列表分析如下:

表二 空气源热泵和空调两种产品设计主要不同点列表

不同点

空调

空气源热泵

1

执行国家标准不同

标准主要包括:家用空调、多联机、风冷冷水机组等标准。

以制冷量和能效比为衡量指标

标准主要包括:家用热水、商业热水、家用采暖、商业采暖等标准。

以制热量和性能系数为衡量指标,冷暖机还必须考核制冷量和能效比

2

主要零部件不同

1)空调压缩机

2)翅片冷凝器或板式冷凝器器

3)不带亲水膜的室外翅片换热器

4)没有系统高压等保护控制

  • 热泵压缩机

  • 防冻高效罐式冷凝器

  • 带亲水膜的室外翅片换热器

  • 有系统高压等保护控制

3

使用区域不同

在环境温度-7℃~43℃范围内使用区域

在环境温度-30℃~43℃范围内使用区域

4

最高出风(出水)温度不同

最高出风(出水)温度50℃以下

最高出水温度60℃。特种如烘干机等,最高出风(出水)温度达到90℃左右

5

能效要求不同

空调只对制冷工况有能效要求,制热无要求,属于单工况设计

空气源热泵不仅对制冷有要求(两联供机组),而且对制热能效有要求,特别低温机,要求在-12℃测试

属于双工况设计

以上所有列项中,又以压缩机不同为最重要,不同的压缩机决定产品的不同使用效果和不同的使用地域 空调选用空调压缩机 ,以R22为例,最大运行压力不超过2MPa,压缩机比小于7,最高排气温度不超过90度;但 空气源热泵必须采用热泵压缩机 ,同样以R22为例,最大运行压力达到3 MPa,压缩机比达到12,甚至更高到20,最高排气温度达到110度。


这些参数的不同,要求热泵压缩机的加工精度、轴承强度、电机耐温性能等方面均是在空调压缩机有数量级上的提升,为了表达更直观,我们来看一下两种压缩机的运行范围对比图。


图1 空调压缩机(A/C)和热泵压缩机(HPWH)运行范围对比图

图中,横轴对应蒸发温度 (相当于热泵的室外环境温度) ,纵轴对应冷凝温度 (相当于热泵的使用侧的出风或水温度) ,可以看出, 热泵压缩机的运行范围是在空调压缩机上有成倍的扩大

有了强壮的“心脏”,空气源热泵才能高温出风(水),低温运行。“高温”到广泛使用在出风温度达80℃以上的烘干行业,“低温”到大西北新疆等地,带老式铸铁暖气片采暖。 为满足这种极端而又正常的使用条件,除了有强壮的“心脏”,还要有聪明的“大脑”,要求空气源热泵的主控制器既要保护制冷系统的运行可靠,又要保证用户24小时不断续的使用需求,容错性和精准性,两种相互矛盾的关系在空气源热泵的控制逻辑上得到完美的统一。

由于空气源热泵宽气候的运行特性,最高和最低环境温度的温差近80℃,由于制冷系统在低温工况运行时需要的制冷剂流量相对较小,较高温工况运行的制冷剂量减少20%以上,这对空气源热泵的系统容液量提出更高的要求,要系统根据实际运行参数自动调节参与有效运行的制冷剂的量。所以,需要对气液分离器进行特别的设计,包括容积、回油孔、平衡孔等方面进行热泵方面的专门设计和大量的试验验证。

同时为了保证系统全天候运行时最适合的过冷度和满液蒸发,又需要另外增加一个高压储液器,这一般也是空调不需要的设计。

为了验证制冷系统对多余的存液量的耐受度,需要增加至少三个以上验证试验,相对空调,包括:低温液击试验、低温回油试验、低温低电压启动试验。所以,空气源热泵的设计考核比空调来的更加严格、更加多项。

针对空气源热泵的使用特点,冬季全天候制热运行,为保证低温环境下的制热效果和室内温度舒适性(减少波动),化霜是一个不可回避的问题,并相对空调的化霜要求更高。


常用的手段有:制冷剂换向化霜、热气旁通化霜、冷凝管末端余热化霜、热水回流翅片化霜、伴热带底盘化霜等等,真是手段无所不及。往往多种手段综合使用,才能保证即使-25℃的环境运行,化霜时间也就3分钟左右,极大的提高机组的制热效果和用户的舒适性。



最后,我们再来看一下,空气源热泵中的新贵, 低温空气源热泵与空调在系统设计上的不同 。在北京“煤改电”的政策推动,空气源热泵在低温环境的制热技术得到一个新的提高,就是直流变频喷气增焓技术的应用,使得空气源热泵在“煤改电”活动中,在诸多采暖设备中独占鳌头、独步天下。


图2 变频低温空气源热泵系统图








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