空气源热泵可行性研究报告Word文档下载推荐.docx

1、欧式博公司现有广州、佛山两大生产基地.占地面积150多亩,厂房、办公楼、宿舍近5万平方米.建有八条主机设备生产线，以及钣金加工、换热器生产线，并设立深圳研发中心。多年来,欧斯博热泵拥有国内外成千上万个商用热泵工程项目在使用。销售商用热泵已过十万台（套）。拥有中国最多的热泵工程项目及用户.前言能源是人类社会求生存和发展的物质基础，中国作为一个能源消耗大国,人口众多,能源相对匮乏,自然资源总量排在世界第七位，能源总量约4万亿吨标准煤,居世三位,而人均能源占有量约为世界平均水平的40%。尽管我国人均用能源不及世界平均人均能源消耗水平的一半，但能源消费总量已达世界第二。从能源消费结构来看，我国是世界上

2、最大的煤炭消费国，煤炭消费约占总能量的67%,这是导致环境严重污染、生态逐年恶化的根本原因之一。因此，大力开拓新能源与可再生能源的实际应用成为我国解决能源紧张和保护生态环境的重要战略任务.空气源能是新能源与可再生能源的重要组成部分。空气源能量巨大，是取之不尽。用之不竭的能源.空气源能的利用不像对地球上所蕴藏的常规能源那样，可能会在几百年后就完全枯竭.空气源能分布广阔,获取方便。空气源能不需要开采和运输，使用安全卫生，对环境无污染，是当之无愧的清洁能源。空气源能的利用具有巨大的市场前景,不仅带来很好的社会效益、环境效益，而且还有明显的经济价值。近年来随着资源和环境的问题日益严重，在满足人们健康、

3、舒适要求的前提下，合理利用自然资源，保护环境,减少常规能源消耗，已成为暖通空调行业需要面对的一个重要问题.为了使空调行业走可持续发展的道路,有必要对其技术进行创新。空气源热泵供热空调系统是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的环保型的新型空调系统.作为一种有效地节能绿色产品，空气源热泵将在我国建筑空调系统中发挥越来越重要的作用。因此，空气源热泵技术在我国有着广阔的应用前景。它的应用将产生重大的经济效益和社会效益.空气源热泵不需要人工的冷热源,可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热,向建筑物供暖；夏季它可以代替普通空调

4、向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。同时,它还可供应生活用水,可谓一举三得，是一种有效地利用能源的方式。图131第二章热泵热水器系统运行原理第一节蒸汽压缩式制冷循环原理热泵热水机组遵循能量守恒定律和热力学第2定律，运用热泵的原理，只需要消耗一小部分的机械功（电能）,将处于低温环境（大气或地下水等）下的热量转移到高温环境下的热水器中，去加热制取高温的热水。热泵可以与水泵相比拟，水是不能自发地从低处流向高处,要将低处的水输送到高处，必须用一台水泵，消耗一部分电力，才能将水送到高处的水箱中。同样,根据热力学第二定律,热量也是不能自发地从低温环境向高温环境中转移（传送）,而要实现这个目的,必须要

5、有一台机器,消耗一部分机械功（例如电能）,才能将低温环境中的热量传送到高温环境中去。这样的机器就称之为“热泵。热泵的作用是将空气中或低温水中的热量取出，连同本身所用的电能转变成的热能，一起送到高温环境中去应用.单级蒸汽压缩式制冷系统如下图所示.它由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成.其工作过程如下:制冷剂在蒸发压力下沸腾，蒸发温度低于被冷却物体或流体的温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸汽，并将它压缩到冷凝压力，然后送往冷凝器,在冷凝压力下等压冷却和冷凝成液体,制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质（通常是水或空气）与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀

6、或其它节流元件进入蒸发器。当制冷剂通过膨胀阀时，压力从冷凝压力降到蒸发压力，部分液体气化，剩余液体的温度降至蒸发温度,于是离开膨胀阀的制冷剂变成温度为蒸发温度的两相混合物。混合物中的液体在蒸发器中蒸发,从被冷却物体中吸取它所需要的气化潜热。混合物中的蒸汽通常称为闪发蒸汽，在它被压缩机重新吸入之前几乎不再起吸热作用。蒸汽压缩制冷理论循环1.循环（是简化了的实际制冷循环） 图2-11 图2-12逆卡诺循环：13451蒸汽压缩制冷循环:1234511-2（压缩机）：等熵压缩；2-3-4（冷凝器）：等压放热;4-5（节流阀）：绝热节流,等焓;51（蒸发器）:等压吸热而制冷。压缩放热（冷却与冷凝）节流吸

7、热（汽化、蒸发）空气能是一种广泛存在、平等给予和可自由利用的低价位能源，利用热泵循环提高其能源品位，因而是一项极具开发和应用潜力的节能、环保新技术，具有实用价值。空气源热泵热水器加热时间短，水电完全分离，无触电危险；无废烟、废气排出,因而无中毒危险；同时也克服了太阳能热水器阴雨天不能工作、电热水器出现漏电、燃气热水器出现煤气泄露的缺点。空气能热泵热水器也得到了官方的应用.第二节空气源热泵热水器组成及工作原理空气源热泵热水器是继燃气热水器、电热水器和太阳能热水器的新一代热水装置,是可替代锅炉的供暖水设备。空气源热泵热水器是综合电热水器和太阳能热水器优点的安全节能环保型热水器，可一年三百六十五天全

8、天候运转，制造相同的热水量，使用成本只有电热水器的1/4，燃气热水器的1/3，太阳热水器的1/2。高热效率是空气源热泵热水器最大的特点和优势，在能源问题成为世界问题时，这是空气源热泵热水器成为“第四代热水器”的最重要的法宝之一.21系统介绍空气源热泵热水器内专置一种吸热介质-冷媒,它在液化的状态下低于零下20,与外界温度存在着温差，因此，冷媒可吸收外界的热能,在蒸发器内部蒸发汽化，通过空气源热泵热水器中压缩机的工作提高冷媒的温度，再通过冷凝器使冷媒从汽化状态转化为液化状态，在转化过程中，释放出大量的热量,传递给水箱中的储备水,使水温升高，达到制热水的目的。系统组成空气源热泵中央热水机组一般由压

9、缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置、过滤器、储液罐、单向阀、电磁阀、冷凝压力调节水阀、储水箱等几部分组成。系统简图 图2-2-2工作原理1.低温低压制冷剂经膨胀机构节流降压后,进入空气交换机中蒸发吸热，从空气中吸收大量的热量Q12。蒸发吸热后的制冷剂以气态形式进入压缩机,被压缩后，变成高温高压的制冷剂（此时制冷剂中所蕴藏的热量分为两部分：一部分是从空气中吸收的热量Q1，一部分是输入压缩机中的电能在压缩制冷剂时转化成的热量Q2）；3。被压缩后的高温高压制冷剂进入热交换器，将其所含热量（Q1+Q2）释放给进入热换热器中的冷水，冷水被加热到60（最高达60）直接进入保温水箱储存起来供用户使用;4。放热后

10、的制冷剂以液态形式进入膨胀机构，节流降压。.如此不间断进行循环。空调建筑中新风负荷占相当的比重,额定工况下，办公、旅馆等建筑新风负荷占空调总负荷的30%左右，商业建筑中新风负荷占50左右。新风在数量上等于排风和渗透风及侵入风等风量之和。将渗透风、侵入风降到最小程度，将排风组织起来，通过全热热交换器回收其中的能量，具有明显的节能意义.由于目前国内空气品质差，空气含尘量大，给全热换热器的管理带来麻烦，也缩短了全热换热器的使用年限，从而影响了全热换热器的大量推广。对于热泵空调系统，如能将排风有组织地排至热泵机组入口，也是有利于提高热泵机组效率的，不失为一个简便有效的节能措施.（7）其他措施在炎热的夏

11、天，不少工程的热泵机组由于通风不良或机组质量上的问题，出水温度很难得到保证,这种情况下在进风侧往换热器喷水的方法可收到明显效果.喷水的不利后果是可能导致换热器表面积垢，而影响换热，但由于盘管表面还有一定的灰尘,水垢也许不会直接在盘管表面形成甚至造成影响传热之程度。为了防止结垢，喷软化水是解决问题的根本方法，但会增加费用.为提高喷水效率，应改喷水为喷雾，喷多少量恰到好处、怎样喷效率最高、非软水喷有何不良影响及其影响程度多少都是值得深一步研究的课题。（8）运行与节能从前面讨论的热泵特性曲线可知,热泵机组出水温度的改变可以改变热泵机组的效率.比如在环境温度为30，出水温度为12时,热泵机组的效率要比

12、出水温度7时高出6%，环境温度为30时，出水温度为15时热泵的效率为出水温度为7时的1.07倍左右。水温的变化会降低末端空调器的换热效率，但在部分负荷条件下,适当降低水温同样能满足室内要求。冬天的情况也有类似结果，在室外温度为6时（南京空调设计室外计算温度），热泵机组出水温度为40时的效率，比出水温度为50时的效率高出13左右，在0时，热泵机组出水温度40时的效率是出水50时的1.14倍.南京及有相近气候条件的地区,冬季40水温能满足末端空调供暖要求.除此以外,空调系统在上班人员到达前提前开启,有利于节能，另外由于围护结构及家具等的蓄热特性,空调系统热泵机组比下班时间提前关闭半小时至1小时，既

13、不影响整体舒适，又有明显节能效果。提前开机，提前关机的确切时间根据建筑围护结构，室内家具特性、使用功能等因素而定，因工程而异一般提前半小时左右开、停热泵机组的方案是有效可行的。化霜是热泵机组不得于而为之的动作,化霜期间不但不供热，反而制冷,对供热效率影响明显。改善化霜控制方式,提高智能化化霜控制的精确性是热泵机组改进性能的重要课题之一。在采用非智能化霜控制器的热泵的运行管理中，管理人员根据气候特点，随时根据气候的变化调整化霜间隙及化霜时间可明显提高热泵机组的供热效率,减少能源浪费。另外，热泵与蓄冷空调技术结合起来，可起到对电网削峰填谷作用，具有明显的社会效益和良好的市场前途.热泵机组冷凝热的回

14、收也应成为制造商、业主、工程设计人员共同关心的节能课题。总之，热泵空调系统运用面广量大，节能的空间很大，可节省的能量可观。推广节能技术改良既有的热泵空调系统，优化设计新的热泵空调系统，可节省巨大能源，具有显著的经济效益、节能效益、环境效益和社会效益。第三章热泵热水器设计计算热泵热水器的计算热水器的系统计算进一步扩展到优化计算，从热泵的工质选择分析到系统的理论循环和热力计算,需要进一步解决的问题和研究方向等问题进行了计算和阐述.总体来说，空气源热泵热水器发展前景还是不错的。空气源热泵热水器系统优化计算空调制冷量计算并不复杂.严格讲,空调器输出制冷量的大小应以W（瓦）来表示，而市场上常用匹来描述空

15、调器制冷量的大小。空调匹数，原指输入功率，包括压机、风扇电机及电控部分,因不同的品牌其具体的系统及电控设计差异，其输出的制冷量不同，故空调制冷量以输出功率计算.通常情况下，家庭普通房间每平方米所需的制冷量为115145W，客厅、饭厅每平方米所需的制冷量为145175W（注：因为客厅人流大）.空调制冷量计算一般来说，1匹的制冷量大致是2000大卡，换算成国际单位应乘以1.162，故1匹之制冷量应力2000大卡1.1622324（w）,这里的w（瓦）即表示制冷量,则1。5匹的应为2000大卡x1.5x1。1623486（w），以此类推，根据此情况,则大致能判定空调匹数和空调制冷量,一般情况下，22

16、00W一2600W都可称为1匹，4500（w）-5100（w）可称为2匹，3200W一3600W可称为1。5匹。（注：一般习惯地把2500W称为1匹,而把2300W称为小1匹，3500/3600W称为1。5匹,而把3200称为小1。5匹）空调制冷量是判断使用何种空调的重要依据。比如,某家庭客厅使用面积为15平方米，若按每平方米所需制冷量160W考虑,则所需空调制冷量为：160W152400W。这样，就可根据所需2400W的制冷量对应选购具有2500W制冷量的KF25GW型分体壁挂式空调器.空调制冷量确定后，即可根据目己家庭之实际情况估算制冷量，选择合适的空调机。家用电器要消耗制冷量的较大部分，

17、电视、电灯、冰箱等每w（瓦）功率要消耗制冷量1（w）,门窗的方向也要消耗一定的制冷量,东面窗150Wm2，西面窗280m2，南面窗180Wm2，北面窗100Wm2，如是楼顶及西晒可考虑适当增加制冷量。在选择空调时，最好估算一下空调制冷量大小，以便选到满意的空调机。就现有系统而言,除改变冷凝盘管长度外，调整充注量和膨胀阀开度对系统COP也有明显的提高，并且稳定性得到改善。例如在环境温度25C的工作条件下，管长60m、充注量2kg的系统优化前COP仅为30，优化后的系统冷凝盘管长为50m、充注量15kg，其COP可以达到48.现提出改进与建议如下：1）充注量在热泵系统运行中起重要作用.它不仅与运行

18、的气候条件有关，还和膨胀阀的开度有耦合关系。虽然不易直接计算得出，但能得出一些经验性的结论。今后的研究中，可以考虑用一些数学方法进行系统识别，以便找出充注量和其他参数的关系；2）冷凝器盘管的长度关系到热泵系统设计的合理性与经济性，在理论计算的基础上，由实验结果验证,可以对其进一步优化；3）压缩机功率的波动显示了系统运行不稳定,加装了储液器后，冷凝器出口温度曲线波动明显变小，稳定性有明显提高；4）家庭用空气源热泵热水器系统中，应注意水箱容积与压缩机匹配的合理性，否则影响到用户的使用方便与否。热泵热水器工质性能分析2.1应用于热泵热水器的工质分析现在市场上，用于热泵热水器的工质种类繁多，而且很多企

19、业为了技术保密,多数也不愿意公开自己采用的工质，这就导致其他厂家在设计产品时难于选择。为解决此问题，本文选取常用于热泵热水器的四种工质分别进行理论计算，希望可以对热水器的设计提供参考。（1）R22无色无味，不燃、不爆，毒性小，对金属无腐蚀，使用安全.标准蒸发温度为-40.8，凝固温度为160，具有较好的热力性质和热物理性质.它在常温和普通低温范围内压力比较适中，单位容积制冷量大，传热性能虽然不如氨,但是比某些氟利昂工质（如R134a）强，溶水性差，在润滑油中有限溶解.尽管R22属于HCFC类物质，环境指标ODP（Ozone-destroyPotential消耗臭氧层潜能值）为0.05左右，GW

20、P（GlobalwarmPotential温室效应潜能值）为0。35左右，对大气臭氧层也有一定的破坏作用,但比R12小得多，所以在一些场合，它适合用于某些禁用制冷剂的过度性替代物，目前广泛应用在家用空调器以及中型冷水机组中，在工业制冷中也有所使用。（2）R134a它已被广泛应用于替代R12，它的消耗臭氧潜能值ODP为0，全球变暖潜能值GWP为0。27，比R12的GWP3。2小的多。R134a不可燃，且蒸发器和冷凝器都在正压下工作。对于它的替代情况很多文献都有相关介绍，在这里就不一一赘述。（3）R407C近年来，有不少学者进行了专门针对热泵热水器的研究，VinceC。Mei研究了用R407C代替

21、R22在热泵热水器中应用,结果发现，在相同设计运行能力的热泵系统中,R407C热泵热水器的热水加热能力明显高于R22系统，但是，R407C系统的耗能也有所增加,使得它在高水温时的COP低于R22系统。如果使用专门为R407C设计的蒸发器,COP就会比R22系统明显提高20,水加热功率也会提高43。R407C具有与R22相近的制冷量，压力基本相当，对整个系统的改动小。但其传热特性较差，需用酯类润滑油更换R22的润滑油4,5.另外，R407C是非共沸型制冷剂，一旦发生泄漏，其COP值就急速下降，属于过渡工质。（4）R417a它的ODP值为零,CWP值较低,故有良好的环境可接受性。实验结果表明R41

22、7a系统的吸、排气压力比R22系统稍高或接近，但对应于同一温度下的饱和压力R417a小于R22，有利于装置的运行.在相同设计运行能力的热泵系统中，R417a的制热量略小于R22，耗功也比R22小,COP值高于R22，因此R417a完全可以在热泵热水系统中作为替代工质直接替代R22,并可以安全可靠运行。此外，还有资料表明，目前,在热泵系统中，R22的混合替代工质为R407C和R410a7，8.近共沸混合物R410a虽具有基本恒定的沸点,但它的排气压力较高，作为替代制冷剂就要求对设备改型，因而难以用作灌注式替代。2.2系统的理论循环和工质热力计算现选取R22、R134a、R407C和R417a四种

23、工质，蒸发热量为1KW时，考虑一定的过冷度和过热度，对过渡季、夏季和冬季三种典型工况进行热力计算,系统的理论循环如图2所示，理论计算结果列表如下：（其中过冷度和过热度均取5）一般工况：取T0=15,Tk=60（见表1）夏季工况：取T0=20，Tk=60（见表2）冬季工况：取T0=-10,Tk=60（见表3）图2.2系统的理论循环显然,由图中可以看出：单位工质的制热量qh=h2h4，单位工质的耗电量w0h1,则制热系数为：表1一般工况不同工质热力性能比较表：计算结果分析（1）由计算结果可知，不管用何种制冷工质，一般工况下其平均制热系数h=4。42，夏季平均=5.01，冬季平均=2。76，都比电热

24、水器和燃气热水器高的多,这表明其具有显著的节能经济性;（2）从系统运行来看，由于冬季温差较大，故冬季运行时制热系数相对较低,而且压比较大,对压缩机等设备运行有很大影响，因此建议热泵热水器夏季和过渡季运行，而冬季适当辅以电加热,安全合理地发挥热泵的效能；（3）R22的排气温度最高，不利于系统的运行，加之对大气臭氧层有破坏作用，因此替代在所难免；（4）R134a的制热系数最大，但其溶水性较强，少量的水即可以使其产生较强的金属腐蚀性，或产生“镀铜”现象；（5）R417a的排气温度最低,排气温度低对润滑油的粘度影响降低，可防止润滑油分解变质，改善系统的工作条件，提高机器的使用寿命；虽然其制热系数比R2

25、2稍低,但在环保方面有一定优势,因此具有广阔的市场前景。结论根据以上的计算和分析，本文推荐在热泵热水器中使用R417a和R134a制冷工质.但是使用R134a要加强干燥防水措施,防止对设备和管道腐蚀，这点要特别值得注意。3、热泵水器的讨论随着能源在世界经济发展中的作用愈加凸现，节能已成为一个热门的话题和研究方向。目前卫生热水能耗在建筑能耗中的比例越来越大,建筑卫生热水节能日益受到重视。在热水器行业,用户热水能耗的节约途径主要是采用新型高效热水器，提高热水器的效率。人们一直致力于发展各种新技术,寻找各种新材料来提高热效率，减少热损失以达到节能目的。虽然也取得很多成果，不过现在看来,要从这些方面继

26、续改进比较困难（当然这并不代表这方面的改进不重要）。各种燃气热水器的效率一般都已达80%左右，有的甚至已达85%，进一步提高效率较难，最多还有5的节能潜力。近年来,一些上海居民选用了电热水器，热效率已高达90%95%，进一步提高更难.这就引发了我们对于热水器的思考：能不能设计出一种安全节能又方便使用的热水器呢?热泵是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统，它被形象的称为“热量倍增器”。目前在市场上广泛出现的家用冷暖空调器上,就已经广泛地应用了热泵制热，其制热系数已高达3以上.那么,利用热泵的原理来制取热水，消耗一度电所获得的热水,比普通电热水器消耗三度电所获得的热水还要多，这是传统热水器所不能企及的.目前市场上热泵热水器种类很多,主要有太阳能助推型、水源和空气源三种系列。太阳能助推式热泵是热泵与太阳能技术结合使用的一种热泵技术；水源热泵是利用一定温度的水源（20