空气源热泵及其应用

华北科技学院空气源热泵及其应用专业班级：建能B133班学生姓名：李新花学号：201305104330指导教师：朱鸿梅完成时间：2019年12月20日1目录摘要………………………………………………………………………10引言……………………………………………………………………11空气源热泵的原理及特点……………………………………………11.1空气源热泵的工作原理……………………………………………11.2空气源热泵的特点…………………………………………………21.2.1空气源热泵空调系统的优点……………………………………21.2.2空气源热泵空调系统的缺点……………………………………22空气源热泵的主要分类………………………………………………22.1空气-空气型空气源热泵…………………………………………22.2空气-水型空气源热泵……………………………………………23空气源热泵机组变工况特性…………………………………………33.1热源温度变化对机组供热能力的影响……………………………33.2热源温度变化对机组制冷能力的影响……………………………34空气源热泵机组冬季除霜控制…………………………………………44.1时间-温度法…………………………………………………………44.2模糊智能控制除霜法………………………………………………45空气源热泵的低温适应性……………………………………………45.1空气源热泵在寒冷地区应用存在的问题…………………………45.2改善空气源热泵低温运行特性的技术措施………………………56结语………………………………………………………………………5参考文献……………………………………………………………………51空气源热泵及其应用摘要：空气源热泵空调是主要的地位热源之一。空气源热泵技术是基于逆卡诺循环原理建立起来的一种节能、环保制热技术通过自然能(空气蓄热)获取低温热源，经系统高效集热整合后成为高温热源，用来取(供)暖或供应热水，整个系统集热效率甚高。空气源热泵系统简单，投资较低，节能环保，不受地域和时间的限制，发展速度迅猛，发展势头强劲，在国内有比较广阔的发展空间。关键词：空气源热泵；空调；应用；机组AirsourceheatpumpanditsapplicationAbstract:theairsourceheatpumpairconditioningisoneofthemainpositionheatsource,airsourceheatpumptechnologyisbasedontheprincipleofinverseCarnotcyclesetupakindofenergy-saving,environmentalprotectionheatingtechnologybynaturalenergy(airheatgetalowtemperatureheatsource,thesystemefficiencyandheatintegrationashightemperatureheatsource,usedtotake(forwarmorhotwatersupply,thesystemheatcollectingefficiencyisveryhigh.Airsourceheatpumpsystemissimple,lowinvestment,energysavingandenvironmentalprotection,isnotsubjecttogeographicalandtimeconstraints,therapidpaceofdevelopment,thestrongmomentumofdevelopment,inthecountryhasarelativelybroadspacefordevelopmentbetween.Keywords:airsourceheatpump;airconditioning;application;energysaving0引言当今社会科技高速发展，据统计，我国历年建筑能耗在总能耗中的比例是19%-20%左右，平均值为19.8%。其中，暖通空调的能耗约占建筑总能耗的85%。在发达市，夏季空调、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能耗的40%-50%。特别是冬季采用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染。人类赖以生存的环境日益恶化，人们越来越意识到环境保护的重要性。高效、节能、环保的空气源热泵技术逐步受到人们的青睐，热泵空调高效节能、不污染环境，真正做到“一机两用”（夏季降温，冬季采暖）此项技术以吸收空气中大量的热能作为主要能量，在工作中没有噪声，不产生废气，不污染环境。空气源热泵的使用是替代传统的制冷机+锅炉的建筑物空调、采暖、供热模式，是改善城市大气环境、节约能源的一条有效途径。1空气源热泵的原理及特点1.1空气源热泵的工作原理空气源热泵是由压缩机、换热器、节流器、吸热器、压缩机等装置构成了一个循环系统。冷媒在压缩机的作用下在系统内循环流动。它在压缩机内完成气态的升压升温过程，然后进入换热器后释放出高温热量加热水，同时自己被冷却并转化为流液态，当它运行到吸热器后，液态迅速吸热蒸发再次转化为气态，同时温度下降至零下20℃-30℃，这时吸热器周边的空气就会源源不断地将低温热量传递给冷媒。冷媒不断地循环就实现了空气中的低温热量转变为高温热量并加热冷水过程。冬季空气源热泵以制冷剂为热媒，吸收空气中的热能并在蒸发器中间接换热，通过压缩机将低温位的热能提升为高温位热能，加热系统循环水（在冷凝器中间接换热），从而达到所需温度。夏季空气源热泵以制冷剂为冷媒，吸2收空气中的冷量并在冷凝器中间接换热，通过压缩机将高温位的热能降为低温位的冷能，制冷系统循环水（在蒸发器中间接换热），从而降到所需温度。图1.1空气源热泵的工作原理图1.2空气源热泵的特点1.2.1空气源热泵空调系统的优点首先空气源热泵空调系统高效节能，运行可靠：变频技术、数码涡旋空气源热泵技术、双机压缩技术、准二机压缩、喷液增焓、喷液汽化冷却技术的不断发展，极大地丰富了热泵技术，加之热泵系统的优化设计、精心制造、模块化组合，机组互为备用等先进技术的应用，很大程度上提高了空气源热泵机组运行上的可靠性，保证了热泵系统可靠、高效、节能运行；节约投资：一机两用，夏季供冷、冬季供暖，节约初投资。其次节约建筑面积，外墙面、层顶等均可放置，不需专用机房，节约建筑空间；洁净环保，风源系统，无需冷却水系统和锅炉房加热系统；只使用电力，环境清洁，大大提高了机组的环境相容性。而且适用性广泛：不同系列、规格的空气源热泵机组，根据不同的气候条件和地理环境设计生产，无须统一供应热源或冷源介质，因此，便于小型化，用户选择余地大，适用范围更广泛。1.2.2空气源热泵空调系统的缺点空气源热泵主要缺点是空气热容量小，为了从空气中获取所需要到热量，换热器的体积大，风机的风量也大，因此，噪声也大。空气是有一定湿度的，当空气温度较低，空气温度变化大，热泵的供热性能下降时，建筑物的供热需要反而较大；当空气侧换热器表面温度低于露点温度且低于0℃时，换热表面会结霜。使流动阻力增大，而且随霜层的增加而热阻提高。结霜将严重影响换热器的正常工作，而除霜过程对机组的正常供热产生负面影响，并对压缩机及四通阀的稳定运行也有不良影响。因此空气热源泵受到气候条件的制约。作为空调系统的冷热源方面的设备投资，空气源热泵冷热水机组造价较高，比水冷式机组加锅炉的方案的系统综合造价贵20—30%，如只算冷热源设备，热泵的价格约为水冷机+锅炉的1.5-1.7倍。空气源热泵冷热水机组常年暴露在室外，运行条件比水冷式冷水机组差，其寿命也相应要比水冷式冷水机组短。2空气源热泵的主要分类2.1空气-空气型空气源热泵空气-空气型空气源热泵原理图见图2.1。它是在单冷型的空调器基础上发展的，一般来说，其作为夏季空调器的功能较好，通常是用用四通阀转换夏季空调工况和冬季供热工况，四通阀也可兼用于冬季除霜工况。空气-空气型热泵最大的优点就是结构简单，安装方便。从原理上讲，空气-空气系统适于夏季空调，而不适合冬季供热。图2.1空气-空气型空气源热泵2.2空气-水型空气源热泵空气-水型空气源热泵原理图见图2.2。与空气-空气型热泵相同，空气-水型热泵一般也是用四通阀转换夏季空调工况和冬季供热工况，四通阀也可兼用于除霜工况。它们的主要区别是室内换热器，不3是风冷式而是循环水式。循环水式是以水为传热介质，可降低冷凝温度，采用水冷的冷凝器，可在40℃的冷凝温度下，产生35℃的热水，提供给地板采暖，形成从下到上的自然对流，可有较好的采暖舒适度，也提高热泵的制热系数。到夏季，用冷水进入室内风机盘管，冷风从上至下，也有较好的舒适度。空气-水系统出现的较晚，它在一定程度上克服了空气-空气型热泵的缺点，比较适合冬季供暖的要求，如果设计得当，这种热泵有着如下的优点。（1）因配备了变速压缩机和电子膨胀阀，使热泵具有“广谱”性能。室外温度低时仍能工作，并通过提高压缩机的转速，适当增加输出的热量。（2)因为采用地板散热，没有吹风感。35℃的热水进入地板散热系统，房间可达到22℃，也不感到干燥。(3)湿度大时同空气-空气热泵一样需要频繁除霜。由于有一个比较大的水箱作为蓄热装置，除霜需要的热量取自水箱，不会导致室内温度波动。也没有空气-空气型热泵的室内换热器在除霜时的噪声等等。(4)今后我国可能采用R32或R290等工质用于民用或商业制冷空调产品，在蒸发器中直接膨胀吸热，但由于R32和R290的可燃性带来的安全隐患不可避免。水冷系统以水作为载冷剂传输冷热量，可以避免工质直接进入生活区，提高系统安全性。图2.2空气-水热泵流程图(冬季工况)3空气源热泵机组变工况特性3.1热源温度变化对机组供热能力的影响在实际工作时，当环境温度不同和中央空调系统中介质的温度不同时，机组的制热量和输入功率会随之变化，如图3.1所示。（1）空气源热泵机组的制热量会随室内温度的增高而减少。室内温度增高提高冷凝温度，冷凝温度提高后的工质液体节流以后其干度增加，液体量的减少导致系统从环境中吸收的汽化热减少，制热量也相应减少。（2）空气源热泵机组的输入功率随室内温度的增高而增加。冷凝压力相应提高后压缩机的压力比增加，压缩机对每千克工质的耗功增加，导致压缩机输入功率增加。(3)空气源热泵机组的制热量会随环境温度的降低而减少。环境温度的降低降低蒸发温度，蒸发温度降低后压缩机的吸气温度也下降，吸气比体积增加使工质流量下降，制冷量相应减少。(4)空气源热泵机组的输入功率随环境温度的降低而下降。环境温度降低时，系统的蒸发温度降低，使压缩机的制冷剂流量减少，压缩机的输入功率也就下降。图3.1空气源热泵机组制热特性曲线图3.2热源温度变化对机组制冷能力的影响图3.2所示是空气源热泵机组的制冷特性曲线图，此时的高温热源温度为室外环境温度，低温热源温度就是室内空气湿4球温度。机组按制冷工况运行时的变工况特性：(1)机组的制冷量随室内湿球温度的上升而增加。(2）机组的输入功率随室内湿球温度的增加而增加。蒸发温度提高后吸气比体积减少，工质的循环量增加，压缩机的输入功率增加。（3)机组的制冷量随环境温度的降低而增加。环境温度降低相应降低冷凝温度，工质液体节流以后其干度减少，液体量的增加导致系统从室内空气中吸收的汽化热增加，机组制冷量也相应的增加。(4）机组的输入功率随环境温度的降低而下降。环境温度降低时系统冷凝温度降低，系统冷凝压力下降，压缩机对每千克工质的耗功减少，压缩机的输入功率下降。图3.2空气源热泵机组制冷特性曲线图4空气源热泵机组冬季除霜控制空气源热泵除霜及除霜控制问题是空气源热泵改善之热性能、提高运行可靠性的关键问题。实验表明，除霜增加的能耗占整个供热季节总能耗的10.2%。4.1时间-温度法这是一种普遍采用的除霜方法。当除霜检测元件感受到换热器翅片表面温度及热泵制热时间均达到设定值时，开始除霜。这种方法由于盘管温度设为定值，不能兼顾环境