CO2热泵热水器

CO2热泵热水器（精选9篇）

CO2热泵热水器 第1篇

关键词：二氧化碳,热泵热水器,跨临界循环

引言

温室效应和臭氧层破坏的环境问题越来越受到人们的重视, 广泛应用于制冷、空调、热泵系统的氟利昂受到了限制及禁用, 各国展开了氟利昂替代物质的研究工作。签订《蒙特利尔议定书》以来, 各国对CFCS、HCFCS的替代进行了广泛的研究, 一种普遍的观点认为用天然工质作为制冷剂。天然工质CO2与氟里昂类制冷剂主要性能比较如表1所示。

从表1可知, CO2作为自然工质, 与常用制冷剂相比具有独特的优势:

(1) ODP为零, GWP值远远小于CFCS和HFCS, 符合环保要求。

(2) 绝热指数大, 压缩机排气温度较高, 满足制取较高温度热水的要求, 具有优良的经济性, 且无回收问题。

(3) 良好的安全性和化学稳定性, 安全无毒, 不可燃, 适应各种润滑油及常用机械零部件材料, 在高温下也不分解产生有害气体。

(4) 相对分子量小, 具有与制冷循环和设备相适应的热力学性质, 蒸发潜热大, 单位容积制冷量相当高, 设备紧凑。

(5) 临界温度低 (31.1℃) , 因此循环一般在跨临界状态下运行。

此外, 由于CO2具有良好的流动和传热特性, 可显著减小压缩机与系统的尺寸, 使整个系统非常紧凑。

自然工质CO2以其良好的环保特性、优良的传热特性和相当大的单位容积制冷量等优点, 再度受到了人们的广泛重视。前国际制冷学会主席G.Lorentzen认为CO2是无可取代的制冷工质, 并提出了CO2跨临界循环理论, 指出其在热泵领域将具有极其广阔的发展前景。目前跨临界CO2热泵及其部件的开发研究已经成为制冷领域的热点之一[3], 特别是在热泵热水器中的应用。

1 跨临界CO2热泵热水器的原理及特点

CO2的临界温度很低, 为31.1℃, 故CO2热泵系统一般采用跨临界循环。CO2热泵系统主要由4部件构成:压缩机, 气体冷却器, 节流装置和蒸发器, 还设有内部热交换器/回热器、储液器和油分离器等。其跨临界循环原理图如图1所示。

此循环过程中, 过程1-2为CO2气体在压缩机内的压缩过程;2点为压缩机出口排气, 此处压力高于临界压力;过程2-3为高压气体在气体冷却器内被水冷却, 此时的出口温度还很高;过程为3-4为气体通过内部换热器进一步被压缩机回气冷却, 从而提高COP;之后, 过程4-5为冷却气体经过节流阀进行节流;过程5-6吸收气体冷却器出口气体的余热而过热进入压缩机压缩, 从而完成一个循环。该循环的特点是蒸发吸热过程处于亚临界区, 而放热过程处于超临界区。

图2为CO2的热泵热水器跨临界循环在T-S图上的表示。

从图2可以看出, CO2跨临界循环压缩机排气温度较高 (可达100℃以上) , 气体冷却器具有较大的温度滑移, 这种温度滑移正好与所需的变温热源相匹配, 可以得到较高的热泵效率, 特别适合于家用热水的加热。

CO2跨临界循环系统与传统的亚临界循环系统之间的区别在于:在传统亚临界系统中, 制冷剂在冷凝器出口的焓值仅是温度的函数, 而在CO2跨临界循环系统中, 超临界压力区内并无两相区存在, 温度和压力为相互独立的变数, 高压侧压力变化对制冷量、压缩机功耗和COP值也会产生影响[4]。

跨临界CO2热泵循环具有独特的优势, 其放热过程温度较高且存在一个相当大的温度滑移 (约80～100℃) 。研究表明: (1) 在蒸发温度为0℃时, 水温可以从10℃加热到60℃, 其热泵COP可达到4.3, 比电热水器和燃气热水器能耗降低75%以上[5]。 (2) 传统热泵热水器制取热水一般不超过55℃, 若要制得较高温热水则制热系数下降;而CO2热泵热水器由于跨临界循环, 在气体冷却器中的换热温差小, 换热效率高, 且能制得90℃高温热水。 (3) 在商用和住宅建筑的能量需求中, 约有1/4～1/3来源于对热水的需求。采用CO2热泵为商用和住宅建筑供应热水, 可使其总用能量减少20%。 (4) 在寒冷地区, 传统空气源热泵的制热量和效率随环境温度的降低下降很快, 热泵的使用受到限制。而CO2热泵系统在低温环境下能维持较高的供热量, 大大节约辅助加热设备所耗费的能量。

综上所述, CO2热泵循环不但在环境保护方面具有很大的优势, 而且其节能的潜力非常大, 开发CO2热泵热水器的市场前景广阔, 意义重大。

2 CO2热泵热水器的应用及发展现状

由于CO2跨临界循环在热泵热水器中的独特优势, 国内外许多研究院、高校和相关企业都对CO2跨临界循环系统做了大量深入的研究工作, 特别是CO2热泵热水器在日本及欧美等发达国家得到了广泛应用。

挪威SINTEF能源研究所的G.Lorentzen与Neksa Petter等[6]率先对CO2热泵热水器系统进行了研究开发工作, 并获得专利。第一台商业用途CO2热泵热水器是由挪威的Frostmann AS公司开发出来的, 制热量为22kW。1999年, M.Saikawa和K.Hashimoto等建起了CO2热泵热水器实验台, 全年系统平均COP可高达3.0, 且改进型系统在外界空气源温度为-20℃时, 仍可提供90℃的热水。

日本电装公司在2000年生产出第一台商业化的家用CO2热泵热水器。之后, 大金、松下、长富、三菱电机等公司也生产了CO2热泵热水器。自2001年家用CO2热泵热水器的研发到投放市场, 销售量从2003年的7万套发展到2005年22万套和2006年的52万套, 销售量逐年稳步上升。CO2热泵热水器之所以在日本能够较早地发展并形成规模, 主要是由于家庭中热水的能耗占全部能耗的30%。日本重视环境问题, 政府从2002年起对CO2热泵热水器使用者发放补贴金, 推动了CO2热泵热水器的发展与普及[7]。

日本CO2热泵热水器各品牌在市场上竞争激烈, 新产品不断推出。2006年有十几个新机型推出, 它们都具有较高的COP值[8]。像大金370L全自动型CO2热泵热水器, 采用波纹型换热管提高传热效率, 其COP达4.95。松下电器推出了5种型号的CO2热泵热水器, COP均达到4.8。三菱电机推出了9种新产品, COP达4.9, 由于储水箱采用了新的保温材料, 其保温性能提高了15%。柯罗那推出了4种新产品, COP达4.8。三洋开发460L、370L、300L的储水箱系列, 并具有多功能 (如在雨季可兼用于浴室干燥加热) , 同时适用于气候寒冷的地区。日立也推出首款可供3层楼使用的高压大流量供热水系统。

日本几家公司联合, 于2003年开始共同研究、开发小型、节省空间一体化且高效的CO2热泵热水器[9], 并于2005年4月在日本市场上投放。这种热水器具有燃气热水器的特征, 无需存储大量的高温热水, 节省空间。通过高输出化, 使用中连续加热不会发生热水中断, 可以真正实现来自洗浴温水的跟踪加热, 具有使用方便的特点。它避免热水存储式的高温加热 (90℃) , 无需对设定温度 (例如42℃) 的中温水掺冷水, 实现连续供给适当温度的热水, COP更高, 降低运转成本。使用时, 将热水加热到所需温度, 通过采用无需掺合冷水的高效率循环的“瞬间直接加热供给热水方式”与开发激活CO2特性的卧式高输出涡旋压缩机以及水/冷剂热交换器等, 在42℃最大供给热水时, 能力达到23kW, COP达到4.6。根据制热量和地区适应性的不同, 现在日本市场已有16种不同类型的CO2热泵热水器。

目前, 我国广东顺德地区的家电战略联盟企业也在合力攻关“二氧化碳热泵相关技术”的应用研究及产业化。项目是由联盟企业与上海交通大学、西安交通大学等高校机构以产学研合作的方式进行协同研发, 同时聘请了中科院等外部技术专家顾问组成项目专家技术委员会, 指导联盟成员企业联合攻关。

3 关键部件和设备的开发

系统中关键零部件的研究开发也成为热点, 目前尚处于研制开发阶段。

在相同的运行工况条件下, CO2与常规工质热物性有较大的的差异, CO2压缩机工作压力高, 单位容积制冷量大, 压比小, 进排气压差 (3.5～7MPa) 大, 影响压缩机效率的主要因素是由高压差造成的泄漏损失, 因此必须对压缩机进行重新设计。德国DRESDEN大学Heyl等开发了往复式膨胀压缩机, 效率超过50%。日本静冈大学的FUKUTA研究设计了滑片式膨胀机, 效率可达60%[10]。日本几个公司也已成功开发出小型全封闭式CO2热泵热水器用压缩机, 三洋开发了双级压缩滚动活塞式, 大金开发了摆动式, 电装、日立和松下开发了涡旋式。除此之外, 丹福斯公司、ACC压缩机公司等公司相继研制出CO2用压缩机。而我国的CO2压缩机还处于研发阶段。天津大学研究并开发出国内第一台滚动活塞式膨胀压缩机, 使用膨胀机代替节流阀提高了循环的效率[11]。西安交通大学也在设计、研究一种跨临界CO2制冷循环用滑片膨胀机, 优点是结构简单、体积小、可靠性高[12]。

换热器方面, 由于高压条件下有更好的传热特性和更高的容积制冷量, 使得CO2热泵系统中的换热器可以设计得更为紧凑、高效。对于气体冷却器, 为了充分利用超临界过程的温度特性, 水/CO2冷却器大多采用逆流式套管和壳管式换热器。加热空气时, 由于空气和超临界CO2气体的热力学性质差异较大, 宜采用交叉流型式的管翅式换热器或交叉逆流式带百叶窗的翅片管带式换热器[13]。蒸发器的工作压力一般低于5.1MPa (15℃时的饱和压力) , 所以可将传统热泵系统中的蒸发器稍加改造即可应用到新系统中去。同样, 空气源热泵多采用管翅式换热器和带百叶窗翅片的管带式蒸发器, 水源热泵采用套管式、管翅式、管壳式及板式蒸发器。节流阀方面由于高的工作压力, 对材料的强度要求比普通节流阀更高。Danfoss、Egelhof、Flitsch等公司已经研制出一些用于跨临界CO2系统中的电子膨胀阀、机械热力膨胀阀、机械自动调节阀等。

传统家用小型热泵热水器一般不设储液器, 而CO2热泵热水器由于需要动态控制高压侧压力, 制冷剂流量发生变化, 应当设置储液器及其他自动控制装置, 为保证系统安全而增设安全阀等[14]。由于CO2通过安全阀排放过程中可能形成干冰, 导致CO2安全阀和管路的冻结和堵塞, 因此安全阀的设计过程必须解决这些问题。

另外系统的连接、组装和使用环节中要注意防止工质的泄漏。

4 结语

热泵热水器市场深度调查报告 第2篇

“要想把热泵热水器做好，就得先做好湖南热泵热水器市场”，相关专家曾经说过。据制冷快报记者了解，湖南的热泵热水器在全国范围内都有着举足轻重的影响，很多知名品牌的热泵热水器都会选择先在湖南地区打开热泵热水器市场。

“要想把热泵热水器做好，就得先做好湖南热泵热水器市场”，相关专家曾经说过。据制冷快报记者了解，湖南的热泵热水器在全国范围内都有着举足轻重的影响，很多知名品牌的热泵热水器都会选择先在湖南地区打开热泵热水器市场。日前，记者对湖南平江和浏阳地区的热泵热水器专卖店进行了相关的采访和市场调查。通过记者的采访了解到，浏阳和江地区都是属于湖南的地级市。在这两个小的地级市内居然容纳了30多个空气能热水器品牌。在平江地区的热泵热水器专卖店已经突破了50家。热泵热水器有何魅力可以在这小小的地级市内遍地开花?

大部分专卖店通过互联网深度了解热泵热水器

制冷快报的记者发现一个很有意思的现象，现在浏阳和平江地区做热泵热水器专卖的销售人员，大部分人都是在偶然的机会下接触到空气能热泵热水器，深入了解热泵热水器则是通过互联网。在这个信息爆炸的时代，互联网的作用越来越重要。通过的记者的调查和采访发现，有一部分热泵热水器专卖店也是通过网上查找获得相关的热泵热水器厂家资料，主动申请代理和销售产品。

平江格力空气能热水器专卖店的施进松先生告诉记者，“说起如何知道空气能热水器主要归功于互联网。有一次我去长沙红星美凯龙家居市场的时候，偶然发现了一个大型的圆柱型的东西，当时我不知道这个是空气能热泵热水器的水箱。通过与店员攀谈后我对该产品产生了浓厚的兴趣，于是去互联网上查找，通过查找后我逐渐了解了空气能热泵热水器。于是就萌发了销售该产品的想法。通过互联网，我了解到格力的空气能热泵热水器不错，当时格力的空气能热水器在我们平江地区没有专卖店。于是我就做起了格力空气能热水器的专卖。”

聊到是如何知道空气能热水器的时候，平江纽恩泰空气能热水器专卖店的罗道琼先生告诉记者：“无独有偶我也是通过互联网了解到空气能热水器的，通过在网上查找资料后，我认为纽恩泰的空气能热水器比较专业，因此现在选择了代理该品牌的空气能热水器产品。”

专卖店不“专卖” 多渠道开拓市场

在采访的过程中记者发现，在平江地区空气能热泵热水器的广告宣传很多，其中以同益热泵热水器的广告投入最多。同益专卖店入驻平江的时间较早，渗透也更深。现在在平江的城镇地区也有布点销售。据了解，现在美的和TCL的空气能热水器的广告也准备大量在平江地区铺开。

据记者的调查发现，平江和浏阳地区的大部分热泵热水器专卖店都不是只专卖一种产品。有部分空气能专卖店除了卖空气能热水器还销售其他的产品。其中，浏阳本科热泵热水器的一家专卖店内还出售卫浴产品。该专卖店的负责人邹飞峰表示，我个人认为热泵热水器通过卫浴渠道销售还不错，因为一般情况下，能够选择高档品牌卫浴的消费者比较容易接受热泵热水器这种产品。平江派沃热泵热水器总代理专卖店的吴卫东女士则表示，“我们派沃热泵热水器专门只做我们的产品。现在我们每年大概可以销售200~300台派沃热泵热水器。”在浏阳的扬子空气能专门店内，记者发现该专卖店内主要是以太阳能热水器为主，热泵的踪影出现在一个角落里。

平江纽恩泰空气能热水器专卖店罗道琼先生表示，“我们专卖店主要是卖纽恩泰的热泵热水器，但是我们还做建材方面的销售。我个人认为建材的销售对空气能热水器的销售也能够起到促进作用。”平江格力空气能热水器专卖店的施进松先生告诉记者，“我这个专门店除了做格力的空气能热水器还做德能的空气能热水器和一些环保类的其他产品。在热泵热水器这方面本来我只做格力的，后来无意中发现格力的空气能热水器的水箱都是圆柱形，有的客户喜欢方形的，经过一段时间的考察，最后我选择了德能的空气能热水器。因为这个两个品牌的空气能热水器在配件的使用上都是用的一线配件产品。像在压缩机和膨胀阀的使用上这两个品牌都是选择的大品牌产品。”

关于节能补贴都知道 在一定程度上可带动销售

据了解，日前，《高效节能热泵热水器惠民工程推广实施细则》的已经正式发布。这次高效节能热泵热水器惠民工程推广期限暂定为2012年6月1日到2013年5月31日。今年有31家空气能热水器生产企业正式纳入惠民补贴工程中。其中，格力、美的、同益、天舒、欧特斯、德能等等品牌空气源热水器都在节能补贴之内。那么各个热泵热水器的代理专卖店是否知道有节能补贴这回事?现在的实施情况如何?

平江纽恩泰专卖店的罗先生表示，知道热泵热水器节能补贴的事情。平江派沃专卖店的吴卫东和平江格力专卖店的施进松先生也都表示知道。在谈及获热泵热水器品牌必须销售一万台才可以获得节能补贴的时候，除平江格力专卖店的施先生表示不知道外，其他的都表示知道。据了解，现在各个品牌的热泵热水器节能的补贴政策已经下达。但是现在还没有具有实施下来。平江纽恩泰空气能热水器专卖店的罗道琼先生表示，“这次节能补贴对我们空气能热水器的销售能够带来一定的促进作用。”

单台150L热泵热水器售价在4000元以上

在采访中记者发现，市场上热泵热水器的售价比一般电热水器和燃气热水器要高。单台150L的热泵热水器的市场售价普遍在4000元以上，可以算得上是热水器里面的“奢侈品”。但是空气能热水器有着其他热水器无可比拟的优势——节能、舒适、安全和环保等等。因此在市场上也逐渐被人们所了解和熟悉。

平江纽恩泰空气能热水器专卖店的罗先生告诉记者，“现在我们这边150L的圆形水箱的空气能热水器售价在4200元/台左右。方形水箱的150L热泵热水器的售价在5200元/台左右。”平江格力空气能热水器专卖店的施先生介绍说：“我们格力的150L的热泵热水器市场零售价在4980元/台左右，美的的150L的热泵热水器售价在4380元/台左右。”

技术指导缺乏 希望一季度提供一次专业培训

由于空气能热水器进驻地级市地区的时间不是很长，地级市地区地区离省会地区较远，在管理和技术传达上，空气能热泵热水器厂家的技术培训上都或多或少难以到达地级市地区。

通过采访记者了解到，现在很多空气能热水器专卖店的相关人员都反应，热泵热水器的厂家提供的相关的行业技术培训缺乏。其中，平江格力专卖店的施先生就反应，“我做格力的空气能热水器代理一年了总共培训过一次，那次培训还是和空调的内容一起培训的。我希望能够提供专业的关于空气能热水器的培训。在培训的频率上我希望是每个季度能够有一次培训。”平江纽恩泰专卖店的罗先生也表示，希望能够提供相关的专业技术培训，因为这样可以促进自己对空气能热水器的了解，从而更进一步推动产品的销售。在培训的频率上，希望是一个季度一次。平江派沃专卖店的吴女士说，“由于我家就在派沃空气能热水器厂的附近，因此，在培训上，派沃还是做得不错，基本是我们有需要公司就可以提供相应的培训。”

售后和品质上有待提高

好的产品品质加上好的售后才能够树立好的品牌。那么热泵热水器在地级市地区的售后和品质上做得怎么样?

平江纽恩泰专卖店的罗先生告诉记者，“第一，由于我们这属于地级市地区，很多地区在用水上，都是使用自己家里的井水，井水没有经过处理在水质上和自来水有一定区别。由于水质的不同，因此在地级市和城镇里面销售的热泵热水器应该做相关的技术处理。第二，在电压过高或过低的时候，由于电容的原因容易造成电机的损坏，这个问题也值得关注。第三，在探头上也需要做相关的技术处理防止结垢。第四，我们这里的机器返修的时间比较长。”

随着能源问题与环境的问题不断的加剧，人们对于新型能源的需求达到了一个新的高度。据制冷快报记者了解，国家政策的倾斜扶持以及全社会的大力节能的推广，这些都促使了空气能行业在现今的市场得到一个前所未有的发展速度。

随着能源问题与环境的问题不断的加剧，人们对于新型能源的需求达到了一个新的高度。据制冷快报记者了解，国家政策的倾斜扶持以及全社会的大力节能的推广，这些都促使了空气能行业在现今的市场得到一个前所未有的发展速度。

能源的紧张和电力装机容量的改善，我国自1993年成为石油进口国以来，对外依存度逐年提高，包括石油、煤炭、天然气在内的能源安全问题已经引起海内外政府、学者普遍关注。随着国际油价、煤价、气价的不断攀升，国内企业民众所承受的经济压力越来越大，成本越来越高。2005年，我国增加5055万千瓦发电容量，总装机超过4.4亿千瓦。而随着国内三峡工程、向家坝水电站、白鹤滩水电站等树10座大型水电站，秦山二期、三期、田湾、岭澳核电站等4座核电站的完工，国内的电力状况将大为改观。能源价格的攀升以及国内电力状况的改善加上空气源热泵热水器的节能性是推动空气源热泵热水器市场增长的重要因素。另外，热泵制造生产厂商也起到了推波助澜的作用。在空气源热泵热水机组推广的前期，众多热泵厂商坚持不懈地宣传和引导，在一定程度上促进了锅炉产品的更新换代要求，推动了热泵产品增量的增长。

市场上许多的原有做太阳能的经销商也都加入到了空气能这个新兴的行业中，这些因素更加的加剧了空气能市场上的竞争。在市场研究机构认为看来，随着建材市场和专卖店体系的发展，诸多的热泵热水器品牌纷纷开始考虑自身销售网络拓展的问题。市场留给企业的不仅仅是机遇，对于致力于开拓全国热泵市场、保持长期稳定发展的热泵企业、品牌而言，技术、人才、管理、资金链、渠道等都可能成为制约未来发展的因素。

由于国外的热泵企业以及国内的中央空调巨头也同时看到了热泵热水器市场未来的增长趋势，纷纷制定了针对市场的研发和市场策略，未来随着这些国外企业以及大品牌中央空调企业的大举进入，行业的竞争度将会继续加深，如何转化这个问题潜在的风险，将是下一步各热泵企业的重点问题。

空气源热泵热水器综合性能研究 第3篇

【摘 要】空气源热泵热水器是一种新型的热水器，具有节能、环保的特点，但它也存在着受环境温度影响较大和系统效率不高、运行不稳定等问题。为了更好的检验空气源热泵热水器综合性能和优化系统，本文结合具体实验，就空气源热泵热水器综合性能进行了研究，找到了影响空气源热泵热水器运行性能的因素，为空气源热泵热水器的优化提供了依据。

【关键词】空气源热泵热水器；不同环境温度；性能；影响因素

【中图分类号】TM925.32【文献标识码】 A【文章编号】1672-5158（2013）07-0026-02

随着全球能量消耗的不断增加，节能已成为全球面临的问题，在这种环境下，空气源热泵热水器作为一种节能设备得到了广泛应用。空气源热泵热水器也称 “热泵热水器”“空气能热水器”等。空气源热泵热水器中的热泵能把空气中的低温热能吸收进来，经过压缩机压缩后转化为高温热能，加热水温。这种空气源热泵热水器具有高效节能的特点，其耗电量是同等容量电热水器的1/4，是燃气热水器的1/3。空气源热泵热水器的初期投资是煤气、天然气、电热水器的三至五倍，但其日常运行成本较低。

空气源热泵热水器由压缩机、蒸发器、热力膨胀阀（或其他节流机构）、冷凝器、水箱以及控制器等部件组成，如图1所示。

基于空气源热泵热水器性能优化，系统研究了制冷剂充注量、冷凝盘管长度、水箱容积、膨胀阀开度和水箱设定温度等对热泵热水器性能的影响。分析了电子膨胀阀开度对热泵热水器性能的影响，建立了热泵热水器的动态性能数值模型，指出在不同加热时段切换膨胀阀开度可以实现系统性能的提高。Farouk Fardoun等建立了空气源热泵热水器系统的准动态模型用以预测系统动态运行特性。

目前热泵热水器多采用制冷工质R22，但随着环保要求的不断提高，热泵热水器面临着制冷剂的替代问题。当环境温度比较适度并且冷凝温度不是很高时，R22制冷剂有很好的热力性能。但是当热泵系统在高温环境中运行时，压缩机排气温度和排气压力都将被很大程度提高，严重影响了热泵系统的安全性；VinceC.Mei等研究了用R407C替代R22在热泵热水器中的应用，结果表明采用R407C的热泵热水器热水加热功率明显高于R22系统，但R407C系统的耗能也有所增加，使得输出高水温时系统COP低于R22系统的。而工质R134a的特性使得其更有利于热泵热水器的安全可靠运行。因此笔者选用R134a作为热泵工质，对热泵热水器的系统性能进行实验和仿真研究，以期对其今后的发展提供可行的优化措施。

1 热泵热水器实验装置

空气源热泵热水器的运行性能实验在焓差试验室内进行的。本实验样机采用NPS—KD50/150型一体式静态加热式空气源热泵热水器，制冷剂采用R134a，水箱标定容量为150L。压缩机采用三菱电机（广州）滚动转子式压缩机，型号为RB174GHAC，额定转速是2860/3400r/min（50/60Hz），理论排气量为17.4cm，单汽缸，输入功率850W；蒸发器采用风冷式平直翅片管换热器，4个支路，3排管布置，冷凝器的冷凝盘管环绕布置在水箱内胆外壁上，管长为4.6×104mm，节流机构选择热力膨胀阀。

2 实验结果分析

3种工况下均将水箱中的水从15℃加热到55℃时停止测试。从图2可以看出，环境温度一定时，压缩机的吸气压力和排气压力均随时间的增加而不断增大，但排气压力增大的速度要比吸气压力快得多，导致压缩机的压比不断增加，压缩机消耗功率不断增大。

图3所示分别为不同环境温度下系统制热量和COP的变化情况，系统的制热量和COP变化呈现相似的趋势。从图3可以看出，系统平均C0P随着环境温度的升高不断增加，主要原因在于随着环境温度的升高，系统蒸发温度会不断提高，制冷剂从空气中吸入的热量迅速增加，而压缩机的平均消耗功率变化不大，从而使得系统C0P得到提高。

通过以上分析可以发现，环境温度对空气源热泵热水器的性能有很大的影响，热泵热水器在高中温工况可以较高效率运行，但存在压缩机过载的可能；而在低温下运行时其工作性能降低且不稳定。空气源热泵热水器在严寒或寒冷地区的节能效果不明显。

3 热泵热水器仿真与影响因素分析

为了分析R134a空气源热泵热水器的特性，分别对热泵系统各个部件建立数学模型，其中压缩机和膨胀阀采用集总参数模型，蒸发器采用分布参数模型，冷凝盘管和水箱被看作螺旋套管换热器，建立集总参数模型，制冷剂分为单相区和两相区，分别选用不同的经验关联式计算换热系数，管内蒸发换热系数采用RinYun准则关联式计算，管内冷凝换热系数采用YuandKoymaa准则关联式计算，蒸发换热过程两相流压降采用Hara—guchi准则关联式计算，空气侧换热系数采用WangC.C.准则关联式计算。将压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀数学模型通过质量、能量和动量的耦合关系联立起来求解。具体流程可参考董玉军对空气源热泵冷热水机组性能的仿真过程。

以名义工况为例，用仿真模型结果与实验数据结果进行比较。从中可以看出大部分仿真值与实验值接近，误差都在10以内，这表明所建立的空气源热泵热水器的仿真程序中所选用的换热关联式比较合理，程序的精度可以满足设计要求。在系统仿真研究系统性能的影响因素时，需要选取一个基准条件。笔者所选取的具体参数是：制冷剂R134a，室外干球温度20℃，室外湿球温度15℃，蒸发器风机风速2.3m/s，水箱进水温度15℃，冷凝器换热面积0.2m。，蒸发器过热度5℃，冷凝器过冷度10℃。仿真主要研究不同参数对系统性能的影响。

3.1蒸发器入口空气流速对系统性能的影响

在研究空气流速对系统性能的影响时，选取了7个不同的空气流速，分别是：1.5m/s，2.0m/S，3.0m/s，4.0m/s，5.0m/s，6.0m/s，7.0m/s。

从中可以看出，水箱吸热量和压缩机输入功率都随着空气流速的增加而呈增大的趋势，当空气流速大于3m/s后，功率和吸热量的变化趋于平稳。这是因为开始随着蒸发器入口空气流速的增加，蒸发器的进空气量增大，蒸发器的换热效果得到提高，系统的制热量增大；但随着空气流速继续增加，过热度过大减少了蒸发器的有效换热面积，且无效过热增大压缩机吸气比容，减小压缩机制冷剂流量，系统性能逐渐趋于稳定。同时，过高的吸气温度影响压缩机的使用寿命。综合考虑，系统存在一个最佳空气流量。空气流量的增加必定会提高系统开发和运行的成本，因此在选择风机时需要特别注意风机的空气流速和空气流量的选取。

3.2 制冷剂流量对系统性能的影响

在研究制冷剂流量对系统性能的影响时，选取了8种不同的流量，分别是：10g/s，11g/s，12g/s，13g/s，14g/s，15g/s，16g/s和17g/s，。

从中可以看出，压缩机输入功率随制冷剂流量的增加不断增大，而水箱吸热量在质量流量较小时，随着制冷剂流量的增加不断增大，但随着制冷剂流量的继续增加，水箱吸热量的变化趋于稳定。这是因为，小流量时，随着制冷剂流量的增加，换热管内换热系数增大，蒸发器和冷凝盘管的换热量增大，但随着制冷剂流量的继续增大，过大的制冷剂流量不能保证合适的过热度和制冷剂压降，系统性能逐渐趋于稳定，从而使得系统的COP呈现先升高后降低的趋势，即制冷剂流量存在最佳值，使热泵热水器的性能系数达到最高，在本模拟中使COP达到最大的制冷剂质量流量在14～15g/s范围内。

4 结束语

总之，随着我国对节能政策的进一步落实，空气源热泵热水器必将得到快速的发展。通过优化系统提高运行性能，进一步完善空气源热泵热水器性能，不断降低成本，将有效促进空气源热泵热水器市场占有率的提高，达到节能环保、提高人们生活水平的目的。因此，本文对空气源热泵热水器综合性能的研究具有一定的现实意义。

参考文献

[1] 周建勋.基于空气源热泵的热水器性能提高对策研究[J].科技风， 2011年 第7期

长虹成立热泵热水器部门 第4篇

随着热泵热水器日益受到消费者的青睐, 越来越多的中央空调厂家也准备进驻该单元。近日, 就从长虹中央空调公司获悉, 公司于2010年专门成立热泵热水器部门。

目前, 长虹在中央空调和家用空调均拥有完善的销售体系、渠道系统、强大的研发能力以及品牌优势。因此, 对于未来热泵热水器产品的品质、销售以及推广, 并不会存在巨大的阻碍。新成立的热泵热水器部门将脱离原长虹中央空调公司实行独立运作, 在管理上由长虹空调公司统一管辖, 其部门总经理由原长虹中央空调公司营销总监赖强担任。长虹中央空调目前已经形成了除离心机外的全系列中央空调产业链, 此次又增加了热泵热水器单元, 齐全的产品链加之品牌优势, 无疑使得长虹在以后竞争中更具优势。

揭秘空气能热泵热水器成本价格 第5篇

虚高的价格阻碍产品发展

提到目前空气能热泵热水器行业的现状, 某家电电器公司相关负责人对业内一些人士持有的“目前空气能热水器推广最大的难点在于消费者认知度不高”的观点不以为然, 一针见血地指出:目前阻碍空气能热泵热水器行业健康发展的最大障碍就是虚高的价格。

据介绍, 空气能热泵热水器是继锅炉、电热、燃气和太阳能之后最新的一代热水器产品, 其能耗只是传统电热水器的1/4、燃气热水器的1/3和太阳能热水器的2/3, 而且由于它在结构上没有电加热元件与水接触, 实现了彻底的水电分离, 与传统的电热水器相比更加安全可靠。但十分可惜的是, 目前该产品年销售总额却只有15亿元左右, 还不到整个热水器市场份额的1%。

造成这种行业尴尬局面的原因, 相关人士认为, 一是众多生产厂家都把空气能热泵热水器视作家电行业的最后一块蛋糕, 在产品出厂作价时加以暴利;二是大多厂家的销售都以商用机组的专业渠道为主, 销售成本和销售利润过高, 整个产销链层层翻番加码, 导致制造成本和终端售价的比例严重失衡甚至畸形。

企业呼吁挤掉泡沫成分

相关人士认为, 无论厂家还是商家, 就目前的家电行业现状而言, 产品利润能有15%, 企业就能够生存, 有30%的利润, 企业日子就过得相当滋润了。我们的整个营销策略和别的同行相反, 就是要在保证厂家、商家有合理利润的前提下, 与传统的销售业态联手, 挤掉虚高的价格泡沫和水分, 同步压缩不合理的利润空间, 以接近普通电热水器的终端销售价格, 将这种在节能、安全性能上占有绝对优势的空气能热泵热水器产品大规模推向市场, 进入到千家万户, 让广大消费者真真正正从中得到实惠。

对于业界和消费者有可能存在的“低价低质”的疑问, 相关人士说, 我们痛斥当前空气能热泵热水器价格虚高并敢于向同行叫板并非凭空捏造, 是经过认真细致的科学测算得出来的。以1 P主机外带60 L水箱的空气热泵热水器为例, 我们的材料成本为1 670元, 出厂价为2 200元, 终端销售价为2 980元/套。即使这样, 厂家也有约15%的利润可图, 而对于商家来说, 每销售出一套至少还有700多元可赚。

专家称应让产品趋于平民化

独具魅力的空气源热泵热水器 第6篇

低碳时代催生新能源家电

在当今的国内家用热水器市场上, 经过了大功率燃气热水器、大功率电热水器、太阳能热水器后, 现在迎来了空气源热泵热水器的新时代。随着商用热泵热水机组在广大学校、医院、部队、宾馆等公共场所的应用推广, 用户认知率已大幅提升。据热泵行业的最新数据显示, 用户的接受度从五年前的1%上升到现在的10%。许多家电行业的知名品牌, 如“格力”、“美的”等, 也纷纷看好这个市场前景, 研制开发出一系列空气源热泵热水器产品, 加入到专业做热泵热水器的行列。此外, 还有业内知名度颇高的“天舒”、“同益”, 以及众多不太知名的企业同样看好热泵市场, 大力推出新品, 带动国内空气源热泵热水器市场的热潮。

众所周知, 热泵是从低温热源吸热送往高温热源的循环设备, 它借助电力做功, 能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能, 提供可被人们使用的高品位热能。空气源热泵热水器就是从空气中汲取热能运行的, 其原理的名称为逆卡诺循环原理。机器借助一小部分电力, 推动机器中的压缩机工作, 蒸发器就能不断从低位热源中吸收能量, 其传热工质 (即冷媒) 吸热汽化压缩后形成高温高压气体, 再通过冷凝器“搬运”到水中释放能量。冷凝后, 工质变成液体经膨胀阀回到蒸发器, 周而复始, 闭合循环, 从而达到制热水的目的。

目前, 国家对空气源热泵热水器尚未出台明确的鼓励政策, 但是国内已有部分省市地区对空气源热泵项目应用方面给予一定的鼓励政策和补贴。如:广州新能源和可再生能源发展规划 (2008年~2020年) 已明确将热泵技术列入规划;重庆和宁波市政府对空气源热泵应用的补贴也有了明确的标准;温州市政府出台了《温州市建筑节能财政专项资金管理暂行办法》, 并明确单个项目补助额不超过50万元;湖南郴州用户凭热泵家用机的销售发票就能领取一定金额的补贴, 等等。

空气源热泵热水器自投放市场以来, 随即得到广大用户的青睐, 特别是在南方地区销量逐年递增。虽然目前空气源热泵热水器的售价偏高, 但其在节能、高效、安全、环保方面的独特优越在热水器市场占有一席之地。

节能环保倍受青睐

在大力提倡节能减排的今天, 高效、节能、环保的空气源热泵热水器愈来愈得到人们的认知, 成为市场的宠儿。其特点主要体现在以下四个方面:

第一, 安全环保。由于空气源热泵热水器不采用电热元件直接加热, 相对电热水器而言, 杜绝了漏电的安全隐患;相对燃气热水器来讲, 没有燃气泄露或一氧化碳中毒之类的安全隐患, 具有更卓越的安全性能。燃气热水器通过燃烧可燃气体加热热水, 同时排放大量的二氧化碳, 二氧化硫等有害废气。空气能热泵只是将周围空气中的热量转移到水中, 完全做到零排放, 对环境几乎不产生影响, 是真正的环保热水器。

第二, 舒适健康。空气能热泵是蓄热式的, 加热功能根据水箱内的温度自动启动, 保证热水24小时充足供应, 因此不会出现燃气热水器那种无法同时满足多个水龙头用热水的问题, 也不会出现电热水器容量小, 多人洗澡需要等待的问题。即开即用热水, 出水量大, 出水温度稳定, 满足你对热水的所有期望。现代社会中, 人的一生平均有超过6 0%的时间是在室内度过的, 这个比例在城市高达80%。因此, 室内的空气质量与人体健康的关系十分密切。空气源热泵热水器春夏秋冬一年四季可以作为室内换气装置, 把室内的粉尘、化学污染物、生物污染物等有害物质排出室外, 使室内补充大量的清新空气, 保持室内空气清新, 既制造了热水, 又创造了一个健康舒适的生活环境

第三, 省钱节能。由于其耗电量只有等量电热水器的四分之一, 即相当于使用同样多的热水, 使用空气源热泵热水器, 电费只需电加热的四分之一。以一个三口之家来计算, 正常热水使用量在2 0 0升/天左右, 用电热水器加热, 电费大约需要4元/天, 而空气能热泵热水器则只需要约1元/天, 一年可以节约1000元左右的电费。它的费用是燃油燃气器的三分之一, 即使是与太阳能相比, 也能节约三分之一的费用。理论上太阳能最为节能, 但是考虑到现实环境中会经常下雨、阴天, 北方冬季需要外加电辅助, 就相当一个电热水器;一般太阳能所使用的真空管极易破碎, 维修麻烦, 使用年限较低, 而质量好的空气源热泵热水器可用10到15年。

第四, 安装方便。家用和商用分体机不受所住楼层影响, 不占用永久性建筑面积, 无需光照, 可广泛安装在屋顶、阳台、地下室等通风场所, 不需架设复杂昂贵的专门管道工程, 布置简便。最近, 家用机市场已出现了立式一体机、壁挂式一体机, 其简洁小巧时尚的外形能和家居环境相协调, 满足了广大用户的需求。

前景看好市场还需规范

目前, 国内热水器市场主力产品主要有三种类型:电热水器、燃气热水器和太阳能热水器。据权威部门对2010年国内热水器市场占有份额的数据, 国内电热水器市场中, 海尔、A·O史密斯、美的分别位居品牌关注排行榜前三名;万和、万家乐领跑燃气热水器市场;太阳能热水器市场, 随着国家家电下乡政策的强力支持, 四季沐歌的市场容量不断扩大。

空气源热泵热水器技术已趋成熟, 但目前市场占有率还较低, 特别是在北方地区, 受气候因素影响, 销售量明显低于南方地区。此外, 国家相应标准尚未出台, 业内企业良莠不齐等因素也影响了空气源热泵热水器快速发展。目前, 国内空气源热泵热水器生产企业只有不到100家, 虽然其中不乏格力、美的等知名企业, 但同时一批有很强专业实力的公司也渐露锋芒。如江苏天舒电器有限公司, 20 03年8月成立, 在行业内属于成立比较早的公司, 在国内率先提出起草《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》国家标准和《家用和类似用途的热泵热水器》国家标准, 并分别在2004年7月及2006年10月主动参与了这两项国家标准的起草工作。在商用领域内素有“质量高的产品看天舒”的美誉。

基于国家对节能减排工作的重视, 以及对新能源领域的大力扶持, 许多厂家对空气源热泵热水器市场的前景充满希望, 纷纷涉足该行业, 迫不急待地想分享热泵热水器市场的“大蛋糕”。生产企业的不断加入, 也随之给市场带来一定的问题和困扰, 有的企业是因为有品牌、渠道;有的企业凭着技术领先, 质量过硬;也有的企业本来就是从事太阳能热水器生产的, 尝试更好的产品生产和推广。除了商用机组市场的继续抢夺, 该类热水器的家电市场正如火如荼地开展起来。

空气源热泵热水器控制系统的分析 第7篇

1 影响空气源热泵热水器可靠性的因素

可靠性主要是指产品在一定时间和空间中完成相关任务的能力。空气源热泵热水器的可靠性主要是指在一定的额定功率中, 在科学、合理的气温空间内 (通常在5℃以上) , 将自来水加热到指定温度 (通常为50~60℃) 。但有些空气源热泵热水器无法达到加热温度, 其主要影响因素有以下5个:①空气源热泵热水器的构造比较复杂, 在以往很长一段时间内, 研究人员比较注重产品的效能, 对其可靠性的研究较少。值得注意的是, 产品可靠性的基础是产品的实际设计。②目前, 我国空气源热泵热水器还处在不断探索的阶段, 很多企业采用小批量生产的方式, 大多数工作程序都采用手工作业的方式, 进而对产品的可靠性造成了影响。比如, 气液分离器、蒸发器、电磁换向四通阀和压缩机都与热泵机组相连。其中, 统管弯折部分与铜管的连接是手工进行的, 这可能会受到人为因素的影响, 进而对机组的可能性造成影响。③空气源热泵热水器相关制度的落实较晚。空气源热泵热水器的大部分配件来自于空调配件, 且未根据国家相关标准改造。而空气源热泵热水器与空调的工作环境不同, 这样就会对压缩机的使用寿命、可靠性造成影响。④空气源热泵热水器的安装和后期保养存在不足, 尤其是在后期保养方面, 严重影响了设备的使用。比如, 机组安装位置需要根据有关规定选择、蒸发器应及时清洗等, 否则, 会直接影响设备的可靠性。⑤可靠性工程的实践过程较为烦琐, 很多研究人员和企业的管理人员对其的认识还不够充分, 进而无法有效保证产品的可靠性。

综上所述, 应将可靠性工程技术融合到空气源热泵热水器中, 从而有效提升空气源热泵热水器的可靠性。

2 空气源热泵热水器的理想运行状态

构建家用型空气源热泵热水器的可靠性模型时, 不仅要考虑可能出现的安全问题, 还要考虑后期的保养和维修工作。只有考虑过上述问题后, 所构建的模型才能被为称为可靠性模型。

可靠性模型是用来解决产品可能出现的运行问题的, 属于全串联模型。设备中的组成部分越多, 其基本的可靠性就越低。要想提升基本可靠性, 则需要最大限度地减少设备。对热泵热水器的结构进行了研究, 由于家用压缩机与气液分离器是相互融合的, 因此, 基础的可靠性框架可建立成图1中的模式。任务可靠性模型是为了估测产品在实际操作中完成限定功能的概率的, 即在执行任务时, 根据产品各个部分所产生的预定效用而建立起来的可靠性模型。

依据构建的基础可靠性框架和可靠性数学模型、任务可靠性数学模型, 并利用相关概率学知识, 研究了基础可靠性框架和任务可靠性模型。研究发现, 基础可靠性模型的各个环节是相互串联的, 任务可靠性模型是串与混相互融合的, 因此, 利用概率学的知识可建立相关的数学模型。

3 空气源热泵热水器的可靠性构建

根据用户的实际需求, 应先建立空气源热泵热水器的可靠性和定量性目标, 利用系统构建可靠性模型、可靠性分配, 并利用预测技术对产品的可靠性进行分析, 最终通过研究、检验和改善产品, 将可靠性的定量需求融合到产品技术文件中。值得注意的是, 应尽量节约资金、缩短研究时间和提升研究效率。产品主要分为上市产品和研究产品, 因此, 要采用不同的可靠性研究方式。具体而言, 上市产品的可靠性研究主要是以新产品的设计为基础的, 且上市产品的可靠性指标分配是新产品研究的重要参考因素之一。

3.1 上市产品

多数上市产品具备比较完整的资料, 比如故障形式、故障因素、故障检验方式和产品构造等。以节约资金和减少工作量为基础进行研究时, 主要采用故障模式研究产品可靠性的影响因素和进行故障树研究等。在研究过程中, 应找到降低产品可靠性的主要因素, 并消除其中的主要因素, 从而更好地提升产品的可靠性;利用可靠性试验测试产品的可靠性, 并构建相应的资料库, 从而为今后构建相应产品的可靠性准则奠定坚实的基础, 为新产品的研发提供帮助和指导。

3.2 研究产品

对于研究产品, 应根据市场的实际状况和客户需求确定产品的性能和相关可靠性指标, 根据相关类型的产品进行问题分析, 从而建立可靠性指标分配和预计准则;利用对比研究, 分析研究产品的可靠性指标。如果无法满足客户的实际需求, 就需要建立修改方案, 从而更好地满足客户需求。

4 提高空气源热泵热水器性能的途径

4.1 优化空气源热泵热水器的控制系统

4.1.1 设计多模式流程控制, 提升系统性能

空气源热泵热水器产品标示的性能系数是在名义工况下生成的。研究表明, 环境温度会直接影响空气源热泵热水器的性能系数。比如, 环境温度为30℃时, 系统运行性能最佳。因此, 相同的空气源热泵热水器产品在使用时间、使用环境不同的情况下, 其性能系数并不相同。如果采用单一的控制模式, 由于环境可能发生变化, 所以, 空气源热泵热水器大部分时间的运行性能较差。为了充分发挥空气源热泵热水器的节能优势, 在设计空气源热泵热水器控制系统时, 可根据用户的需求、典型季节的变化特点及每日的温度变化规律设计午间模式、冬季节能模式、谷电模式等控制系统供用户选择, 从而有效提高空气源热泵热水器全年的运行性能。

4.1.2 优化除霜控制

目前, 从空气源热泵热水器的实际运行效果看, 机组在气温偏低、相对湿度较大的地区的运行性能较差。其主要原因是蒸发器结霜、除霜造成的供热能力下降, 因此, 必须采取有效的除霜方法及时除霜。空气源热泵最常用的除霜方法为逆循环热气除霜, 而除霜自动控制可大幅度提升除霜效果。目前, 除霜自动控制方法较多, 较为先进、实用的为模糊智能控制除霜法。该方法将模糊控制技术引入空气源热泵热水器的除霜控制, 整个除霜控制系统由数据采集、AID转换、输入量模化、模糊推理、除霜控制、除霜监控和控制规则调整模块组成。通过对除霜过程的分析及对除霜监控规则的修正, 可提升除霜控制自动适应机组的性能, 从而满足智能除霜的要求。

4.1.3 设置水箱蓄水量智能控制系统

为了减小水箱的散热损失、减少保温加热次数、节约能源和避免不必要的重新加热, 应将模糊控制及其优化理论方法与控制技术相结合, 并设计蓄水量智能控制系统。蓄水量智能控制系统能根据一周的用水规律, 自动保证每日最适宜的热水加热量, 图2为蓄水量智能控制系统方框图。蓄水量智能控制的过程为:A/D转换器将水流量传感器测得的水流量的模拟值f转换为数字量F, 并存入系统的定长数据移位存储器中。该存储器以循环移位的方式存储前7 d的热水量, 并将数字量F1~F7传给模糊控制器进行模糊处理。其输出量为预设定水箱的水位H0经D/A转换生产的h0, 水箱中的水位传感器测量值h与标准值h0会送入供水控制模块, 由模块自动比较驱动水泵的运行。

4.2 采用高效换热器

目前, 市场上的家用空气源热泵热水器因成本问题, 普遍以等径螺旋盘管沉浸在水箱下部的热水换热器作为冷凝器。其换热性能较差, 会影响空气源热泵热水器的整体性能。经过专业人员对热水换热器性能的优化研究发现, 采用带导流套筒的热水换热器及非等径螺旋盘管是提升产品可靠性的有效方法。

5 结束语

综上所述, 空气源热泵热水器是一种新型的供热设备。因此, 为了确保空气源热泵热水器的使用效果, 需要对空气源热泵热水器的可靠性进行研究和分析, 从而更好地提升产品的运行性能。

摘要：主要对空气源热泵热水器的控制系统展开了分析, 探讨了降低空气源热泵热水器可靠性的主要因素, 并给出了一系列的解决措施, 以期为相关单位的需要提供有益的参考和借鉴。

关键词：空气源热泵热水器,控制系统,加热效果,自来水

参考文献

[1]黄楚顺, 林淑勤.空气源热泵热水器控制器设计[J].电器, 2012 (S1) .

PLC在热泵热水器中的应用 第8篇

1.1 性能特点

高效节能:制热能效比COP可达4.0;安全环保:以清洁再生原料 (空气+电) 为能源, 无污染物排放, 减少了温室效应和大气污染。

1.2 工作原理

运用逆卡诺循环原理, 使工质产生相变:气态→液态→气态→液态, 利用这一往复循环相变过程不断地从空气中吸收热量, 再向水中释放热量, 从而实现对水的加热。

1.3 主要组成部分

压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、风机。

1.4 现场工程安装所需主要装置

水箱、蓄热泵、供水泵、水位、水温、回水传感器、供水压力开关等。

2 PLC控制系统设计

2.1 整个控制系统的I/O配置情况

2.1.1 开关量输入 (干触点)

压缩机过载保护开关;电除霜过载保护开关;风机过载保护开关;蓄热泵过载保护开关;回水泵过载保护开关;电辅热过载保护开关;压缩机高压保护开关;压缩机低压保护开关;压缩机排气保护开关;热泵水系统水流开关;电源相序保护开关;回水水系统压力开关;系统启停开。

2.1.2 开关量输出 (继电器)

压缩机控制;电除霜控制;风机控制;蓄热泵控制;回水泵控制;电辅热控制;补水阀控制;报警输出控制;正常运行指示。

2.1.3 温度传感器输入 (K型热电偶)

进水温度;出水温度;水箱温度;回水温度;冷排温度;环境温度。

2.1.4 水箱水位压力传感器

标准环境下, 1米高的水所产生的压力约为0.1kgf/cm², 压力传感器将水高度产生的压力转换为电压信号1~5V, 拟定量程0~5米。

2.2 控制系统的选型

根据以上I/O配置情况, 选用西门子品牌S7-200CN系列模块:

2.2.1 主控制单元

CPU224XPCN, 自带14路开关量输入, 10路继电器输出, 2路RS-485通讯端口, 2路模拟量输入和1路模拟量输出。

2.2.2 温度传感器扩展单元

EM2318AI, 8路K型热电偶输入。

3 控制功能设计

3.1 系统启停控制

系统启动按键闭合后启动运行, 断开时停止运行。系统启停顺序:

(1) 启动:启动蓄热泵→延时30S检测水流信号→启动风机→延时5S→启动压缩机。

(2) 停止:停止压缩机→延时30S→停止风机→延时30S→停止水泵。

(3) 水箱温度控制:

开机后, 当水箱温度大于设定值 (默认45℃) , 热泵将切换到待机状态;当水箱温度降低到下回差以下 (43℃) 时, 重新启动制热。

3.2 系统水位控制

(1) 非温控补水。设置2个水位点, 高水位和低水位, 水箱水位低于低水位补水阀打开, 达到高水位补水阀关闭。

(2) 温控补水。设置3个水位点, 高水位、中水位和低水位, 水箱水位低于中水位补水, 补水过程中水箱温度低于设定值90%时关闭补水阀, 达到设定值时重新打开补水阀。水箱在水位低于低水位时, 将立即打开补水阀, 达到中水位以上才判断水箱温度值。此功能可保证水箱温度较为恒定。

3.3 系统供水和回水

(1) 供水系统压力控制。压力开关可调上限和回差, 上限设定为2.5kgf/cm², 回差设定为0.2kgf/cm², 供水水压力达到2.5kgf/cm²时, 压力开关触点断开, 压力回落到2.3kgf/cm²以下时触点复位, 压力再达到2.5kgf/cm²时, 触点再次断开。当PLC检测到压力开关断开时, 通过程序停止供水泵, 当检测到压力开关闭合时, 启动供水泵。供水管路上必须安装逆止阀和稳压罐。

3.3.2 回水系统温度控制:

在供水过程中, 当回水端温度低于38℃时, 打开回水阀, 此时供水端压力降低, 供水泵随之启动, 水箱的热水在供水管路循环, 当回水端温度升至40℃时, 关闭回水阀, 停止回水。此功能可确保在用户端随时都有40℃左右的热水供给。

3.4 系统保护控制

(1) 压缩机保护停机控制。压缩机运行过程中当水流、高压、低压、排气温度开关任一断开后, 压缩机停止运行。

(2) 过载保护停机控制。压缩机、风机、蓄热泵、供水泵、电除霜、电辅热等器件, 在运行过程中, 若过载保护开关跳断, 该器件停止运行。

(3) 电源相序保护控制。当电源逆相、缺相、过欠压时, 电源相序保护器的NC触点将断开, PLC检测到后立即停止三相电机负载的输出, 保护设备的安全。

(4) 温度传感器故障。检测温度超限时进行报警提示。

3.5 防冻保护功能

(1) 一次水路防冻。系统在关机或待机状态下, 当进水/出水温度低于4℃, 启动蓄热泵进行防冻;当进水/出水温度达到10℃, 停止蓄热泵, 退出防冻。

(2) 二次水路防冻。当回水温度低于4℃, 开启回水电磁阀, 启动供水泵进行防冻;当回水温度达到10℃, 关闭回水电磁阀, 停止供水泵, 退出防冻。

3.6 系统的自动除霜控制

系统制热运行中, PLC实时检测环境和冷排温度值, 当满足除霜条件时, 暂时退出制热状态, 除霜电加热启动进行除霜。当达到退出除霜条件或除霜时间超限时, 自动退出除霜。除霜模式有很多种, 这里不做赘述。

4 模块化控制和网络远程控制

4.1 模块化集中控制

PLC的CPU单元有2个通讯串口, 支持PPI协议和Modbus-RTU协议, PPI协议可实现1主机控制几台从机的模块化功能, 水温、水位、补水、回水、防冻等功能都由主机统一指挥, 可减少从机的电气冗余设计和布线现场。

4.2 网络远程控制

CO2热泵热水器 第9篇

关键词：空气源热泵,热水器,电热水器,COP,贴现指标法

0 引言

空气源热泵热水器产品已经日益普及, 随之而来的很多问题也不断出现, 如低纬度地区冬季产水量过低, 低温雨、雪天气条件下, 主机无法正常运行等等, 这给广大使用空气源热水产品的用户带来了很多不便, 同时由于设计配置方面的缺陷, 导致用户投资和后期运营成本大大增加。如何合理地避免这些问题, 将从设计选型和效益分析的角度予以论述[1]。

1 热泵热水器选型的影响因素

1.1 冷热水温度

水温的选择与地域、季节、冷水源, 甚至是市政给水管的安装情况有较大关系。《建筑给水排水设计规范》GB50015-2009中明确规定:冷水计算温度应以当地最冷月平均水温资料确定。根据该规范, 最冷月平均水温资料分为地表水和地下水, 空气源热泵的水源一般为自来水, 自来水来源于地表湖泊水, 经处理后由市政管网供给用户, 而市政管网为了防冻, 一般埋深在1 m~2 m, 故可按当地最冷月平均水温资料的地表水进行设备选择。但在衡量设备产水量或能耗量时, 又要考虑不同季节的冷水温度。根据以往测试, 同时为方便计算, 这里, 当环境温度tw<5℃时, 自来水水温按4℃;当环境温度tw≥5℃时, 近似按环境温度取值。

对采用循环加热的空气源热泵热水器, 循环温差5℃左右, 最高水温60℃, 可将热水水温设定为55℃。

1.2 干球温度

空气源热泵热水器主要从外界环境中吸收热量, 环境温度越高, 蒸发器从外界吸收的热量越多, 压缩机输入功率越大, 制热量越高;反之, 环境温度越低, 吸收热量越少, 压缩机输入功率越小, 制热量也就越低。实验时, 冷水温度模拟环境平均温度下的自来水温度。热水设定至55℃, 相对湿度控制在60%, 结果如图1。

图1中, COP为设备平均能效比;Pi为实验设备输入功率, k W。可见设备COP和输入功率Pi随着干球温度升高而增加。故在不同干球工况下, 设备制热量是不同的。设计应根据厂家提供的相关设备性能曲线进行选择。

1.3 相对湿度

空气源热泵热水器制热过程中, 当蒸发器翅片表面温度低于空气中水蒸气的露点温度时, 水蒸气会不断凝结在蒸发器的翅片上并受重力和风速作用而排出, 由于水的传热系数要远高于空气, 这样反而有利于提高热泵的制热能力, 但当翅片表面温度低于空气冰点温度 (0℃以下) , 且空气相对湿度较高, 翅片表面就会结霜, 如不及时化霜, 霜层会越结越厚, 影响空气实际流通量, 并阻碍蒸发器上的热交换, 重者结冰, 压缩机也会出现低压保护而停机。试验表明, 室外空气干球温度tw在0℃~8℃, 相对湿度RH>85%时结霜最为严重, 当tw<0℃时, 结霜速率有所减缓, 这是由于此时空气中含湿量已明显减少。但实际使用过程中发现, 当在0℃以下且出现强烈雨雪天气时, 空气湿度达到最大值, 此时结霜速度要快于设备除霜速度, 不仅极大地浪费了设备功耗, 甚至会出现设备无法正常工作的情况。故在0℃以下地区, 比较安全的设计是配置辅助加热系统, 以备不时之需。

1.4 设计热负荷

设计热负荷主要取决于设计用水量及系统散热量, 可按下式计算:

式 (1) 中:Qh为设计热负荷, k J/d;Q1为设计水量所需的制热量, k J/d, 可按Q1=Cm1△t进行计算;Q2为管道和阀件存水制热量, k J/d, 可按Q2=Cm2△t进行计算;Q3为水箱和管道存水散热量, k J/d, 可按Q1+Q2的10%~30%进行估算。

2 设备选型

2.1 空气源热泵热水器的选型

首先确定选取设备的设计环温, 根据该温度工况下的设备参数, 通过下列公式计算设备的输入功率:

其中:Pi为设备在设计环境温度下的输入功率, k W;P0为设备在设计环境温度下的制热量, k W;ni为设备单位时间内的化霜次数, 与机组设定和除霜的情况有关, 次/h;τi为每次化霜的时间, 由设备进行设定, 3 min~10 min;K为相对湿度修正系数, 见表1;T为设备有效制热时间或实际制热时间, h/d;COP为设备在设计环境温度下的能效比。

理论上, 单次化霜时间设定10 min, 每小时化霜次数不得超过2次。否则应启动辅助热源系统。

2.2 电加热配置

电加热在配置时应考虑空气源热泵在无法工作时, 应保证基本用水量, 同时适当延长电加热单日制热时间以降低加热总功率, 因在相同电压下, 功率越小, 电阻越大, 电流也越小。电加热配置可按下式:

其中Pdi为电加热的制热功率, k W;φ为基本用水量占总用水量的比例, % (一般员工宿舍, φ≥80%, 普通经营类酒店按φ≥60%) ;η为电加热的效率, 可取85%~95%;T为制热时间, 可取20 h~24 h。

3 经济效益分析

经济效益分析是运用经济学、数学和系统科学等方面的知识, 按照一定程序、准则分析相关的项目和规划等将会给社会或个人带来的效益和费用, 为决策的作出和改进提供科学依据。这里主要比较按照不同工况下的设备选择的初期投资和后期运行费用, 再进行折现比较, 从而从投资的角度获取最优的配置。

3.1 系统费用

系统费用包括设备初投资和后期运营费用, 与设备选择时的环境工况关系密切。当设备选择环境工况温度高, 设备初投资低, 但后期运营费用高;设备初投资高, 后期运营费用低。如何使设备选择最优化, 就要通过下面的计算比较。

3.1.1 系统初期投资估算

初期投资往往受到所选环境等因素的影响, 如按照设计的吨位进行投资估算将与实际投资情况有巨大差别。根据以往的设计经验, 同时为简化计算过程, 这里按配置的匹数进行初投资估算, 其计算公式如下:

其中:Ii为单匹设备的初期投资, ×104元/匹;Iic为单匹设备的初投资成本, ×104元/匹;i为设计计算的设备匹数, 匹。

3.1.2 后期运营费用

分别按tw1、tw2两个环境工况进行设备选择, 且tw1<tw2, 当计算运营费用时, 应以tw2为参考, 分别计算月平均温度小于tw2的全年运营费用。同时说明, 当tw≤8℃时, 需要考虑化霜因素并以此算得设备有效运行时间和除霜时间;当tw>8℃时, 无需考虑设备化霜因素。见表2。

3.2 费用贴现效益分析

本文利用贴现指标法进行效益分析, 计算公式如下:

其中ENPV为经济净现值, 即计算期内各年的净效益现值之和, ×104元;BTi、CTi为发生在第i年的总效益和总费用, ×104元;r为贴现率, 应综合考虑利率、CPI和能源价格上涨等因素, 无量纲;

根据不同的ENPV, 选择ENPVmin, 按该值下的设备选择配置方案。

4 举例

南京如意快捷酒店设计日用水量为10 t, 计入系统散热等因素, 冬季平均日用水量约为6 t。冷水最低温度按4℃, 热水设定温度55℃。相对湿度修正系数取0.80, 主机设定每小时化霜2次, 每次化霜10 min。设备有效使用寿命按8 a, 电价按1.5元/ (k W·h) 。现分别以10℃和0℃的环境工况选择设备, 并确定最优配置。

经查, 当地月平均温度低于10℃的月份共5个月, 分别对应温度如下:-5℃, -2.5℃, -2℃, 4℃, 4.6℃, 需要考虑化霜因素。

4.1 以10℃环境工况选择设备的初期投资后期运营费用及经济净现值

在10℃环境工况下, 冷水温度按10℃, 热水设定水温55℃, 配置10 t保温水箱, 水温日均温降5℃, 管道散热量按15%计算, 系统日总耗热量约为2.41×106k J, 在不考虑化霜因素下, 计算空气源制热功率P0≈34.8 k W, COP取3.13, 选取6.5P的主机两台。按10 t热水配置电辅助, 制热效率按90%, 制热时间按20 h, 电辅助制热总功率约为42 k W, 配置3根15 k W的电辅助以备用。水泵额定功率为0.75 k W。系统合计初期投资约13.4×104元。

为简化计算过程, 将相关参数带入表2后, 按6t/d热水用量, 求得后期运营费用TOC1=8.82×104元。

根据上述选型, 确定初期投资和后期运行费用后列出下列表格3。

4.2 以0℃环境工况选择设备的初期投资后期运营费用及经济净现值

在0℃环境工况下, 冷水温度按4℃, 热水设定水温55℃, 配置10 t保温水箱, 水温日均温降5℃, 管道散热量按15%计算, 系统日总耗热量约为2.70×106k J, 考虑化霜因素下, 计算空气源制热功率P0≈58.5 k W, COP取2.34, 选取10P的主机3台。电辅配置同上。水泵额定功率为2.2 k W。系统合计初期投资约20.4×104元。

将相关参数带入表2, 按日6 t热水用量, 求得后期运营费用TOC2=7.44×104元。

根据上述选型, 确定初期投资和后期运行费用后列出下列表格4。

经综合比较, ENPV2<ENPV1, 故按8 a的使用寿命, 配置二比较合理, 但优势并不明显, 如果考虑用户自身的经济状况和短期的投资回收年限, 则配置1是比较合理的。同时, 因实际用水量、设备辅助热源控制方式的差异、水质硬度、贴现率等因素的影响, 都会给初投资和后期运行费用带来较大影响。

5 结语

在利用空气源热泵热水器与电热水器耦合制取生活热水时, 需要综合考虑设备的工作性能、当地的冷水温度、环境温度、相对湿度等, 以此进行设备选型计算, 同时应从经济效益的角度出发, 保证设备的最优配比, 从而使用户在最大程度上节约投资费用。

参考文献