'空氣能熱泵為啥能取代空調、電熱水器,地暖'

空調 熱水器 設計 技術 工業設計 經濟 製冷熱泵專家 2019-08-19
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由於兩種產品的使用對象不同,決定他們採用的國家標準、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

不同點

空調

空氣源熱泵

1

執行國家標準不同

標準主要包括:家用空調、多聯機、風冷冷水機組等標準。

以製冷量和能效比為衡量指標

標準主要包括:家用熱水、商業熱水、家用採暖、商業採暖等標準。

以制熱量和性能係數為衡量指標,冷暖機還必須考核製冷量和能效比

2

主要零部件不同

1)空調壓縮機

2)翅片冷凝器或板式冷凝器器

3)不帶親水膜的室外翅片換熱器

4)沒有系統高壓等保護控制

  • 熱泵壓縮機
  • 防凍高效罐式冷凝器
  • 帶親水膜的室外翅片換熱器
  • 有系統高壓等保護控制

3

使用區域不同

在環境溫度-7℃~43℃範圍內使用區域

在環境溫度-30℃~43℃範圍內使用區域

4

最高出風(出水)溫度不同

最高出風(出水)溫度50℃以下

最高出水溫度60℃。特種如烘乾機等,最高出風(出水)溫度達到90℃左右

5

能效要求不同

空調只對製冷工況有能效要求,制熱無要求,屬於單工況設計

空氣源熱泵不僅對製冷有要求(兩聯供機組),而且對制熱能效有要求,特別低溫機,要求在-12℃測試

屬於雙工況設計

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,壓縮機比小於7,最高排氣溫度不超過90度;但空氣源熱泵必須採用熱泵壓縮機,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範圍對比圖。

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由於兩種產品的使用對象不同,決定他們採用的國家標準、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

不同點

空調

空氣源熱泵

1

執行國家標準不同

標準主要包括:家用空調、多聯機、風冷冷水機組等標準。

以製冷量和能效比為衡量指標

標準主要包括:家用熱水、商業熱水、家用採暖、商業採暖等標準。

以制熱量和性能係數為衡量指標,冷暖機還必須考核製冷量和能效比

2

主要零部件不同

1)空調壓縮機

2)翅片冷凝器或板式冷凝器器

3)不帶親水膜的室外翅片換熱器

4)沒有系統高壓等保護控制

  • 熱泵壓縮機
  • 防凍高效罐式冷凝器
  • 帶親水膜的室外翅片換熱器
  • 有系統高壓等保護控制

3

使用區域不同

在環境溫度-7℃~43℃範圍內使用區域

在環境溫度-30℃~43℃範圍內使用區域

4

最高出風(出水)溫度不同

最高出風(出水)溫度50℃以下

最高出水溫度60℃。特種如烘乾機等,最高出風(出水)溫度達到90℃左右

5

能效要求不同

空調只對製冷工況有能效要求,制熱無要求,屬於單工況設計

空氣源熱泵不僅對製冷有要求(兩聯供機組),而且對制熱能效有要求,特別低溫機,要求在-12℃測試

屬於雙工況設計

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,壓縮機比小於7,最高排氣溫度不超過90度;但空氣源熱泵必須採用熱泵壓縮機,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範圍對比圖。

空氣能熱泵為啥能取代空調、電熱水器,地暖

圖二 空調壓縮機(A/C)和熱泵壓縮機(HPWH)運行範圍對比圖

圖中,橫軸對應蒸發溫度(相當於熱泵的室外環境溫度),縱軸對應冷凝溫度(相當於熱泵的使用側的出風或水溫度),可以看出,熱泵壓縮機的運行範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℃以上的烘乾行業,“低溫”到大西北新疆等地,帶老式鑄鐵暖氣片採暖。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製冷系統的運行可靠,又要保證用戶24小時不斷續的使用需求,容錯性和精準性,兩種相互矛盾的關係在空氣源熱泵的控制邏輯上得到完美的統一。

由於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℃,由於製冷系統在低溫工況運行時需要的製冷劑流量相對較小,較高溫工況運行的製冷劑量減少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製冷劑的量。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。

為了驗證製冷系統對多餘的存液量的耐受度,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),化霜是一個不可迴避的問題,並相對空調的化霜要求更高。常用的手段有:製冷劑換向化霜、熱氣旁通化霜、冷凝管末端餘熱化霜、熱水迴流翅片化霜、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。

低溫空氣源與空調系統設計的差異

最後,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佔鰲頭、獨步天下。

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由於兩種產品的使用對象不同,決定他們採用的國家標準、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

不同點

空調

空氣源熱泵

1

執行國家標準不同

標準主要包括:家用空調、多聯機、風冷冷水機組等標準。

以製冷量和能效比為衡量指標

標準主要包括:家用熱水、商業熱水、家用採暖、商業採暖等標準。

以制熱量和性能係數為衡量指標,冷暖機還必須考核製冷量和能效比

2

主要零部件不同

1)空調壓縮機

2)翅片冷凝器或板式冷凝器器

3)不帶親水膜的室外翅片換熱器

4)沒有系統高壓等保護控制

  • 熱泵壓縮機
  • 防凍高效罐式冷凝器
  • 帶親水膜的室外翅片換熱器
  • 有系統高壓等保護控制

3

使用區域不同

在環境溫度-7℃~43℃範圍內使用區域

在環境溫度-30℃~43℃範圍內使用區域

4

最高出風(出水)溫度不同

最高出風(出水)溫度50℃以下

最高出水溫度60℃。特種如烘乾機等,最高出風(出水)溫度達到90℃左右

5

能效要求不同

空調只對製冷工況有能效要求,制熱無要求,屬於單工況設計

空氣源熱泵不僅對製冷有要求(兩聯供機組),而且對制熱能效有要求,特別低溫機,要求在-12℃測試

屬於雙工況設計

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,壓縮機比小於7,最高排氣溫度不超過90度;但空氣源熱泵必須採用熱泵壓縮機,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範圍對比圖。

空氣能熱泵為啥能取代空調、電熱水器,地暖

圖二 空調壓縮機(A/C)和熱泵壓縮機(HPWH)運行範圍對比圖

圖中,橫軸對應蒸發溫度(相當於熱泵的室外環境溫度),縱軸對應冷凝溫度(相當於熱泵的使用側的出風或水溫度),可以看出,熱泵壓縮機的運行範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℃以上的烘乾行業,“低溫”到大西北新疆等地,帶老式鑄鐵暖氣片採暖。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製冷系統的運行可靠,又要保證用戶24小時不斷續的使用需求,容錯性和精準性,兩種相互矛盾的關係在空氣源熱泵的控制邏輯上得到完美的統一。

由於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℃,由於製冷系統在低溫工況運行時需要的製冷劑流量相對較小,較高溫工況運行的製冷劑量減少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製冷劑的量。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。

為了驗證製冷系統對多餘的存液量的耐受度,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),化霜是一個不可迴避的問題,並相對空調的化霜要求更高。常用的手段有:製冷劑換向化霜、熱氣旁通化霜、冷凝管末端餘熱化霜、熱水迴流翅片化霜、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。

低溫空氣源與空調系統設計的差異

最後,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佔鰲頭、獨步天下。

空氣能熱泵為啥能取代空調、電熱水器,地暖

圖三 變頻低溫空氣源熱泵系統圖

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由於兩種產品的使用對象不同,決定他們採用的國家標準、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

不同點

空調

空氣源熱泵

1

執行國家標準不同

標準主要包括:家用空調、多聯機、風冷冷水機組等標準。

以製冷量和能效比為衡量指標

標準主要包括:家用熱水、商業熱水、家用採暖、商業採暖等標準。

以制熱量和性能係數為衡量指標,冷暖機還必須考核製冷量和能效比

2

主要零部件不同

1)空調壓縮機

2)翅片冷凝器或板式冷凝器器

3)不帶親水膜的室外翅片換熱器

4)沒有系統高壓等保護控制

  • 熱泵壓縮機
  • 防凍高效罐式冷凝器
  • 帶親水膜的室外翅片換熱器
  • 有系統高壓等保護控制

3

使用區域不同

在環境溫度-7℃~43℃範圍內使用區域

在環境溫度-30℃~43℃範圍內使用區域

4

最高出風(出水)溫度不同

最高出風(出水)溫度50℃以下

最高出水溫度60℃。特種如烘乾機等,最高出風(出水)溫度達到90℃左右

5

能效要求不同

空調只對製冷工況有能效要求,制熱無要求,屬於單工況設計

空氣源熱泵不僅對製冷有要求(兩聯供機組),而且對制熱能效有要求,特別低溫機,要求在-12℃測試

屬於雙工況設計

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,壓縮機比小於7,最高排氣溫度不超過90度;但空氣源熱泵必須採用熱泵壓縮機,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範圍對比圖。

空氣能熱泵為啥能取代空調、電熱水器,地暖

圖二 空調壓縮機(A/C)和熱泵壓縮機(HPWH)運行範圍對比圖

圖中,橫軸對應蒸發溫度(相當於熱泵的室外環境溫度),縱軸對應冷凝溫度(相當於熱泵的使用側的出風或水溫度),可以看出,熱泵壓縮機的運行範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℃以上的烘乾行業,“低溫”到大西北新疆等地,帶老式鑄鐵暖氣片採暖。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製冷系統的運行可靠,又要保證用戶24小時不斷續的使用需求,容錯性和精準性,兩種相互矛盾的關係在空氣源熱泵的控制邏輯上得到完美的統一。

由於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℃,由於製冷系統在低溫工況運行時需要的製冷劑流量相對較小,較高溫工況運行的製冷劑量減少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製冷劑的量。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。

為了驗證製冷系統對多餘的存液量的耐受度,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),化霜是一個不可迴避的問題,並相對空調的化霜要求更高。常用的手段有:製冷劑換向化霜、熱氣旁通化霜、冷凝管末端餘熱化霜、熱水迴流翅片化霜、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。

低溫空氣源與空調系統設計的差異

最後,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佔鰲頭、獨步天下。

空氣能熱泵為啥能取代空調、電熱水器,地暖

圖三 變頻低溫空氣源熱泵系統圖

空氣能熱泵為啥能取代空調、電熱水器,地暖

圖四 空調器熱泵的制熱系統圖

從圖三和圖四可以明顯看出,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採用雙毛細管節流,因為空調只需要考慮製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)運行的製冷(熱)性能就會偏離最佳運行狀態,效果就會下降;

低溫空氣源熱泵,採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,空氣源熱泵不同於並優於空調的主要有

  • 空氣源熱泵採用熱泵專用壓縮機,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,並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,比空調的單一製冷系統控制,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,需要的製冷劑量較空調有增大,要求儲液器的設計更復雜,一般還需要採用雙儲液器設計;
  • 空氣源熱泵的化霜設計相對空調要求更高,既要保證製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採用“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,性能係數更高;
  • 空氣源熱泵的節流裝置全部採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,調節範圍更寬。

基於以上幾點,空氣源熱泵不等同空調,可以說是空調的升級品,也是將來建築舒適節能系統的必選品

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