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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”?
发布日期:2018-4-25 16:00:21


  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

 

  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

 

  在以上所有列项中,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

 

图3 空调器热泵的制热系统图

 

  从图2和图3可以明显看出,空调的四大件,压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置,到低温空气源热泵中就变成了五大件,压缩机、冷凝器、蒸发器、双节流装置、经济器,也就由单一系统变成了带喷气增焓的双系统,系统更复杂,成本更高,低温制热效果更好。

 

  同时也可看出市面上80%以上的空调的节流装置均采用双毛细管节流,因为空调只需要考虑制冷国标工况和制热国标工况,两个单一工况,一根毛细管对应一个工况,使其达到最佳点,其他工况(环境温度)运行的制冷(热)性能就会偏离最佳运行状态,效果就会下降;

 

  而低温空气源热泵,采用了双电子膨胀阀节流,针对不同的工况(环境温度),计算系统的最佳过热度和系统压力,自动调节系统最佳的流量,使得低温空气源热泵在全气候运行,系统均在最佳状态运行,效果均最佳,保证了低温空气源热泵更加节能、更加可靠。

 

综上所述,空气源热泵不同于并优于空调的主要有:

 

  空气源热泵采用热泵专用压缩机,耐压、耐温、加工精度等方面均在空调压缩机上有数量级上的提高,并且使用寿命也大为延长;

  空气源热泵的主控制器的逻辑设计较空调来的更复杂,比空调的单一制冷系统控制,还多一个水路系统控制;

  空气源热泵的宽气候运行特点,同样匹数的机器,需要的制冷剂量较空调有增大,要求储液器的设计更复杂,一般还需要采用双储液器设计;

  空气源热泵的化霜设计相对空调要求更高,既要保证制冷系统的稳定可靠运行,又要减少室内温度的波动幅度,提高用户的舒适度;

  低温空气源热泵一般采用“五大件”设计,由空调的“四大件”的单一系统变成了带喷气增焓的双系统,低温制热效果更好,性能系数更高;

  空气源热泵的节流装置全部采用电子膨胀阀或外平衡热力膨胀阀,相对空调的毛细管节流精度更高,调节范围更宽。

  基于以上几点,空气源热泵不等同空调,可以说是空调的升级品,也是将来建筑舒适节能系统的必选品。

(戎马传媒·《热泵市场》杂志社 订阅热线:0755-26781737)
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