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為何說空氣源熱泵采暖機不等于冷暖空調,而是空調“升級品”?
發布日期:2018-4-25 16:00:21


  首先要了解空氣源熱泵和空調兩種產品的設計理念不同,進而理解其產品的不同,我們先把兩者設計理念不同的地方列表如下。

 

表一 空氣源熱泵和空調設計理念不同的地方

 

  由于兩種產品的使用對象不同,決定他們采用的國家標準、選用的零部件、使用的地域、出風(或出水)溫度、能效等均不同,列表分析如下:

 

表二 空氣源熱泵和空調兩種產品設計主要不同點列表

 

  在以上所有列項中,又以壓縮機不同為最重要,不同的壓縮機決定產品的不同使用效果和不同的使用地域。空調選用空調壓縮機,以R22為例,最大運行壓力不超過2MPa,壓縮機比小于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,同樣以R22為例,最大運行壓力達到3 MPa,壓縮機比達到12,甚至更高到20,最高排氣溫度達到110度。

 

  這些參數的不同,要求熱泵壓縮機的加工精度、軸承強度、電機耐溫性能等方面均是在空調壓縮機有數量級上的提升,為了表達更直觀,我們來看一下兩種壓縮機的運行范圍對比圖。

 

圖1 空調壓縮機(A/C)和熱泵壓縮機(HPWH)運行范圍對比圖

 

  圖中,橫軸對應蒸發溫度(相當于熱泵的室外環境溫度),縱軸對應冷凝溫度(相當于熱泵的使用側的出風或水溫度),可以看出,熱泵壓縮機的運行范圍是在空調壓縮機上有成倍的擴大。

 

  有了強壯的“心臟”,空氣源熱泵才能高溫出風(水),低溫運行。“高溫”到廣泛使用在出風溫度達80℃以上的烘干行業,“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制冷系統的運行可靠,又要保證用戶24小時不斷續的使用需求,容錯性和精準性,兩種相互矛盾的關系在空氣源熱泵的控制邏輯上得到完美的統一。

 

  由于空氣源熱泵寬氣候的運行特性,最高和最低環境溫度的溫差近80℃,由于制冷系統在低溫工況運行時需要的制冷劑流量相對較小,較高溫工況運行的制冷劑量減少20%以上,這對空氣源熱泵的系統容液量提出更高的要求,要系統根據實際運行參數自動調節參與有效運行的制冷劑的量。所以,需要對氣液分離器進行特別的設計,包括容積、回油孔、平衡孔等方面進行熱泵方面的專門設計和大量的試驗驗證。

 

  同時為了保證系統全天候運行時最適合的過冷度和滿液蒸發,又需要另外增加一個高壓儲液器,這一般也是空調不需要的設計。

 

  為了驗證制冷系統對多余的存液量的耐受度,需要增加至少三個以上驗證試驗,相對空調,包括:低溫液擊試驗、低溫回油試驗、低溫低電壓啟動試驗。所以,空氣源熱泵的設計考核比空調來的更加嚴格、更加多項。

 

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

 

  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℃的環境運行,化霜時間也就3分鐘左右,極大的提高機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在系統設計上的不同。在北京“煤改電”的政策推動,空氣源熱泵在低溫環境的制熱技術得到一個新的提高,就是直流變頻噴氣增焓技術的應用,使得空氣源熱泵在“煤改電”活動中,在諸多采暖設備中獨占鰲頭、獨步天下。

 

圖2 變頻低溫空氣源熱泵系統圖

 

圖3 空調器熱泵的制熱系統圖

 

  從圖2和圖3可以明顯看出,空調的四大件,壓縮機、冷凝器、蒸發器、節流裝置,到低溫空氣源熱泵中就變成了五大件,壓縮機、冷凝器、蒸發器、雙節流裝置、經濟器,也就由單一系統變成了帶噴氣增焓的雙系統,系統更復雜,成本更高,低溫制熱效果更好。

 

  同時也可看出市面上80%以上的空調的節流裝置均采用雙毛細管節流,因為空調只需要考慮制冷國標工況和制熱國標工況,兩個單一工況,一根毛細管對應一個工況,使其達到最佳點,其他工況(環境溫度)運行的制冷(熱)性能就會偏離最佳運行狀態,效果就會下降;

 

  而低溫空氣源熱泵,采用了雙電子膨脹閥節流,針對不同的工況(環境溫度),計算系統的最佳過熱度和系統壓力,自動調節系統最佳的流量,使得低溫空氣源熱泵在全氣候運行,系統均在最佳狀態運行,效果均最佳,保證了低溫空氣源熱泵更加節能、更加可靠。

 

綜上所述,空氣源熱泵不同于并優于空調的主要有:

 

  空氣源熱泵采用熱泵專用壓縮機,耐壓、耐溫、加工精度等方面均在空調壓縮機上有數量級上的提高,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計較空調來的更復雜,比空調的單一制冷系統控制,還多一個水路系統控制;

  空氣源熱泵的寬氣候運行特點,同樣匹數的機器,需要的制冷劑量較空調有增大,要求儲液器的設計更復雜,一般還需要采用雙儲液器設計;

  空氣源熱泵的化霜設計相對空調要求更高,既要保證制冷系統的穩定可靠運行,又要減少室內溫度的波動幅度,提高用戶的舒適度;

  低溫空氣源熱泵一般采用“五大件”設計,由空調的“四大件”的單一系統變成了帶噴氣增焓的雙系統,低溫制熱效果更好,性能系數更高;

  空氣源熱泵的節流裝置全部采用電子膨脹閥或外平衡熱力膨脹閥,相對空調的毛細管節流精度更高,調節范圍更寬。

  基于以上幾點,空氣源熱泵不等同空調,可以說是空調的升級品,也是將來建筑舒適節能系統的必選品。

(戎馬傳媒·《熱泵市場》雜志社 訂閱熱線:0755-26781737)
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