空气源热泵课件

空气源热泵PPT讲座§4-1空气源热泵机组一、空气/空气热泵机组空气/空气热泵机组又称热泵型房间空调器，按其结构型式主要分为窗式、挂壁式、吊顶式、柜式等。分体挂壁机结构简图（P93，图4-1）讲解：热泵型空调器原理图（图4-2）说明：热泵型空调器常用功能（除湿、定时、静电过滤、自动送风、睡眠运行、热风启动等）第四章空气源热泵空调系统图4-2热泵型分体式空调器原理图电磁换向阀（电磁四通阀）（1）作用：控制、改变制冷剂流向，使系统由制冷工况向热泵工况转变。（2）应用：主要用于热泵型空调器。（3）结构电磁换向阀实现制冷、制热转换的原理：通过电磁线圈通电，使阀芯左移或右移，以形成管路方向改变，导致室内、外换热器对换的结果。1、导管2、电磁线圈3、主阀体4、主连接管5、阀芯柜式热泵空调机组外形图（图4-3）讲解：柜式机组流程图（图4-4）图4-4柜式热泵空调机组流程图说明：空气/空气热泵机组若是一台室外机对应一台室内机的，常称为一拖一系统。多联（一拖多）系统分体式空调机是一种只用一台室外机组带动多台室内机组的系统，其室内机与一拖一的完全一样，但室外机一般较一拖一的要大一些，其工作原理与一拖一的类似。多联机示意图二、空气/水热泵机组空气/水热泵机组产品目前有空气源热泵冷热水机组和空气源热泵热水器1、空气源热泵冷热水机组主要由压缩机、空气侧换热器、水侧换热器、节流机构等组成（P98，图4-8）讲解：机组制冷剂流程图（图4-10）说明：空气源热泵冷热水机组作为空调冷热源，其优势在于：①冬夏共用，设备利用率高；②省去了一套冷却水系统；③不需另设锅炉房；④机组可布置在室外，节省机房的建筑面积；⑤安装使用方便；⑥不污染空气，有利于环保。因此该机组在气候适宜地区的中小型建筑中得到了广泛地应用。图4-10空气源热泵冷热水机组制冷剂流程图1-螺杆式压缩机；2-四通换向3-空气侧换热器；4-贮液器；5-干燥过滤器；6-电磁阀；7-制热膨胀阀；8-水侧换热器；9-液体分离器；10、11-止回阀；12-电磁阀；13-制冷膨胀阀；14-电磁阀；15-喷液膨胀阀；16-止回阀2、空气源热泵热水器一种利用空气作为低温热源来制取生活及采暖热水的热泵热水器，主要由封闭的热泵循环系统和水箱组成（P100，图4-11）讲解：热水器工作原理图（图4-12）说明：空气源热泵热水器的特点：高效节能、环保无污染、运行安全可靠、使用寿命长、适用范围广，但应考虑冬季运行时室外温度过低及结霜对机组性能的影响。图4-12空气源热泵热水器的工作原理空气源热泵热水器的特点：高效节能：COP在3～5，E在0.9～1.5。环保无污染；运行安全可靠；使用寿命长；使用范围广；应配备辅助加热或蓄热装置。§4-2空气源热泵机组的运行特性一、变工况特性热泵制热量、功率等随运行工况的变化规律LSQFR-130机组制热量、耗功与进风温度和供水温度的关系（P104，图4-15）二、当供水温度一定时说明：热泵的制热量随着环境温度的升高而增加；其制冷量随着环境温度的升高而减小。但其功率通常情况下，都是随着环境温度的升高而增大。三、当环境温度一定时说明：热泵的制热量随着供水温度的升高而减少；其制冷量随着供水温度的升高而增加，但其功率均随着供水温度的升高而增大。图4-15LSQFR-130机组制热量、耗功与进风温度和供水温度的关系§4-3空气源热泵的结霜与融霜一、结霜的原因与危害1、结霜的过程霜的形成大致可分为三个时期，即结晶生长期、霜层生长期和霜层充分生长期。2、结霜的危害少量结霜会使换热器表面变粗糙，可能在某一时间内改善换热器的性能，但影响较小。大量结霜将使换热器的传热热阻增大，同时，空气通过换热器的阻力也增大，导致通过蒸发器的风量减少，二者的结果均使热泵的性能降低。（P106~109，图4-16~4-24）解决途径：一是延缓室外侧换热器结霜，二是选择良好的除霜方法。二、延缓结霜的技术增加一个辅助的室外换热器；在室内换热器中设置一个电加热器；改进系统，采用蓄能热气除霜系统；对换热器表面进行特殊处理；适当增大室外换热器通过空气的流量，减少空气的温降，可减少结霜的危险。带有氟利昂电加热器的热泵图示图4-25空气源热泵蓄能热气除霜系统1-压缩机；2-蓄能换热器；3-室内侧换热器；4-室外侧换热器；5-气液分离器；6-四通换向阀；7-毛细管；F1～F4-电磁阀三、除霜（融霜）方式四通换向阀切换，使机组按制冷工况运行除霜。蓄能热气除霜新系统：可实现系统制热、制热兼蓄热、余热蓄能、释能除霜、快速恢复制热等多工况之间的转化。图4-25电热除霜（在室外换热器肋片上，嵌入电热丝或在肋片上穿入电热管。）热水除霜（在室外换热器中布置热水管）电热管的布置方式四、除霜控制方式1、定时除霜法：在设定时间时，往往考虑了最恶劣的工作环境条件，因此必然产生不必要的除霜动作。2、时间-温度法：检测元件检测到换热器肋片表面温度及热泵制热时间均达到设定值，开始除霜。比定时除霜法有进步，部分的考虑了机组工作环境温度的影响，不能兼顾环境温度和湿度的变化，仍会出现多余的除霜动作，或者也会在需要除霜时而不发出除霜的信号。3、空气压差除霜控制法：由于蒸发器表面结霜，会增大蒸发器两侧的空气压差，通过检测蒸发器两侧的空气压差，确定是否需要除霜，这种方法可以实现根据需要除霜，但在蒸发器表面有异物遮挡或严重积灰时，会出现误动作。4、结霜时蒸发温度与大气温度的温差（热阻增加）会加大，根据这一变化来控制除霜，反映了结霜后，机组工作特性产生的影响。但仅根据一个量的变化进行判断也会有误动作产生。5、最大平均制热量法控制除霜：以热泵机组能产生最大供热效果为目标来进行除霜控制，这一除霜方法具有理论意义，但实际实施有一定困难。6、模糊智能控制除霜法：将模糊控制技术引入到空气源热泵机组的除霜控制中。使除霜控制自动适应机组工作环境的变化，达到智能除霜。但制定控制规则需要的工作量太大。§4-4空气源热泵机组的最佳平衡点一、热泵的平衡点与平衡点温度1、平衡点温度说明：机组所提供的实际供热量曲线与建筑物热负荷曲线的交点O称为空气源热泵的平衡点，此时，机组所提供的热量与建筑物所需热负荷恰好相等，该点所对应的室外温度称为平衡点温度。（Q~t图示）热量温度图4-27空气源热泵的稳态供热量Qs、实际供热量Qf、建筑物热负荷Ql随温度的变化示意图一、热泵的平衡点与平衡点温度2、平衡点温度的确定平衡点选择过低，则热泵机组相对要大，辅助热源较小，导致系统初投资大幅度提高；机组长期运行在部分负荷下，效率低，运行费用高。平衡点选择过高，则热泵机组相对较小，辅助热源过大，不能充分发挥热泵的节能效果，不利于节能。平衡点与三个方面因素有关：一是热泵机组本身的机械特性、热工特性；二是建筑物的围护结构与负荷特性；三是当地的气候条件。导致在实际设计中，合理选择机组的平衡点极其困难。二、空气源热泵机组供热最佳平衡点的确定1、最佳能量平衡点•说明：以电锅炉为辅助热源，用供热季节性能系数（HSPF）来评价热泵性能，较热泵制热性能系数更为合理。定义式：HSPF=（整个供热季节采暖房间的耗热量）/（整个供热季节消耗的总能量）计算式：HSPF=（供热季节热泵供给的总热量+供热季节辅助加热量）/（供热季节热泵的总耗功量+辅助加热总耗能+曲轴箱加热总耗能）(P116，公式4-4)1、最佳能量平衡点分析：HSPF与热泵的容量有关，热泵容量小，则辅助电加热就增加，显然HSPF会减少；但是热泵容量太大，不仅设备费用增加，而且设备经常在部分负荷时工作，效率较低，同样会使HSPF减少。说明：当建筑围护结特性、热泵机组的特性确定后，HSPF只与平衡点温度有关。讲解：由最大HSPF（P117，式4-5），确定最佳能量平衡点温度（Tb）。2、最小能耗平衡点•说明：以燃煤（油、气）锅炉为辅助热源，提出最小能耗平衡点，寻求在整个运行季节的一次能源利用率最高的温度，作为热泵机组和辅助热源的开停转换点。•讲解：由约束条件E热泵=E锅炉（4-6），确定最小能耗平衡点温度。•运行模式：室外温度高于平衡点温度，运行热泵机组，低于平衡点温度，关闭热泵机组，辅助热源全部投入运行。3、最佳经济平衡点•说明：即如果按此平衡点来选择机组和辅助热源，能够使整个供热系统（热泵+辅助热源）的初投资和运行费最少。•讲解：影响最佳经济平衡点的因素有气候特性、负荷特性、能源价格、主机设备价格等，其中气候特性和能源价格是最主要因素。三、辅助加热与能量调节1、辅助加热加热方式：主要有电加热、燃料加热和蓄热器加热（用非峰值电力来储存的热量）。讲解：单级和两级辅助加热的运行方式，图4-28。2、能量调节调节方式：①有级能量调节（多台压缩机台数调节法，往复式压缩机的气缸卸载调节法等）；②无级能量调节（螺杆式压缩机利用滑阀调节，小型压缩机的变频调节等）。图4-28具有辅助加热的热泵运行负荷(a)具有单级辅助加热的热泵，(b)具有两级辅助加热的热泵§4-5空气源热泵的低温适应性一、空气源热泵在寒冷地区存在的问题当需要的热量比较大的时候，-空气源热泵在寒冷地区应用的可靠性差在低温环境下，空气源热泵的能效比（EER）会急速下降。二、改善热泵低温运行特性的技术措施在低温工况下，加大压缩机的容量。采用喷液旁通技术（螺杆机、涡旋机）加大室外换热器的面积和风量采用适用于寒冷气候的热泵循环（图4-31~4-40）