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CO2热泵热水系统试验研究
作者：苏梅， 衣永海， 秦海杰， Su Mei， Yi Yonghai， Qin Haijie
作者单位：大连三洋压缩机有限公司
刊名：
制冷与空调
英文刊名：Refrigeration and Air-conditioning
年，卷(期)：2014,14(10)
引用本文格式：苏梅.衣永海.秦海杰.Su Mei.Yi Yonghai.Qin Haijie CO2热泵热水系统试验研究[期刊论文]-制冷与空调 2014(10)
商用空气能热泵热水器几种应用方案 在十几年的推广应用中，商用空气能热泵热水器应用在酒店、宾馆、学校、医院等用水量大的地方突显成效，主机的工作时间多数达到总时数50%以上，性价比合理体现。在黄河流域以南地域的不完统计，一般对用户的保证为全年平均每吨水用电在13度，与其它常规能源比有明显的优势。 实际应用中主要是大循环加热方式、定温放水加热方式、直接过水加热方式和静止加热方式四种，以上四种加热方式分别就应用效果简要分析。 大循环加热方式的特点是系统简单，施工方便、投资小，适用于集中用水的场合，一箱水用完，再放满水进行加热，是节能明显的方案。如果是连续用水随时补水就会因温差加热控制主机启动长期工作在高温段40-55度，是系统工作COP值最低的温区，没有明显的节能效果，这类用户的结论是空气能不节能，等于花高价买了电锅炉。所以大循环加热方式在连续用水的工作环境，不可采用。 定温放水实际上是把加热水箱和储热水箱分开的制水和用水分开的加热系统，加热水箱可以是内置盘管的静止加热方式，也可以是循环加热方式。当加热箱小水箱的水达到了设定的温度就向储热水箱大水箱中放水；当大水箱中满水时，小水箱继续加热作补水储备，也就是说大水箱必须有容积满足小水箱的容积，同时小水箱水达到设定温度值二个条件才可以。这种加热方式充分分挥了热泵的优势，从自来水的初始水温加热到设定水温平均能效最高。我们曾多次提到空气源
热泵是泳池加热的首选，泳池水要求26度，空气源热泵在标准工况下进行恒温加热，5度左右温差恒温加热能效可达到8.所以定温放水加热方式是空气能热泵热水器系统最节能的最可靠的加热方式。这种方式系统比大循环复杂，控制上要求较高、成本稍高，但高出的初投资和节能效果上比是最合理的。暖通-空调-在线直出水机在稳定的自来水压力和较高的环境中况下直出设定温度热水的空气能热水系统，一种采用电子控制电动阀变化开启度的方法变化出水量，保证出水温度的方法；另一种是通过主机系统工作变化，采样后传送给比例阀变化开启度变化出水量保证出水温度的方法，该系统对自来水的压力，环境温度敏感。气温变化对出水量影响很大，所以要按当地最低温时产水量选择热泵机组，自来水压力不稳定的地区不宜选用。这类机型多适用于我国南方。北方地区有霜冻区域不宜选用。长时间连续工作易结霜，用水温度质量要求高，管路做回水加热恒温的不宜选用。 静止加热方式类似于目前常见的家用型热水器，但是多数为开式非承压水箱，这部分可以用于定温放水的小水箱部分作加热水箱，也可以直接对储热水箱大水箱进行加热。这种方式的出现是因为有些地区水质较差或选用地下水，造成对主机加热部分换热器的堵塞，很难清洗，采用这种开式加热方式方便清洗，甚至可以更换加热器，解决了水质差，地下水区域的空气能热水器的应用难题。 以上四种方式尽管定温放水加热方式节能适用，但是如果巧妙的进行系统管理会出现节能奇迹。 工程上为了保证供水经常采用超大容量蓄水法，就是正常用水量
如何使空气能热泵热水器运行更节能、省钱 在十几年的推广应用中，商用空气能热泵热水器应用在酒店、宾馆、学校、医院等用水量大的地方突显成效，主机的工作时间多数达到总时数50%以上，性价比合理体现。在黄河流域以南地域的不完统计，一般对用户的保证为全年平均每吨水用电在13度，与其它常规能源比有明显的优势。 实际应用中主要是大循环加热方式、定温放水加热方式、直接过水加热方式和静止加热方式四种，以上四种加热方式分别就应用效果简要分析。 大循环加热方式的特点是系统简单，施工方便、投资小，适用于集中用水的场合，一箱水用完，再放满水进行加热，是节能明显的方案。如果是连续用水随时补水就会因温差加热控制主机启动长期工作在高温段40-55度，是系统工作COP值最低的温区，没有明显的节能效果，这类用户的结论是空气能不节能，等于花高价买了电锅炉。所以大循环加热方式在连续用水的工作环境，不可采用。 定温放水实际上是把加热水箱和储热水箱分开的制水和用水分开的加热系统，加热水箱可以是内置盘管的静止加热方式，也可以是循环加热方式。当加热箱小水箱的水达到了设定的温度就向储热水箱大水箱中放水；当大水箱中满水时，小水箱继续加热作补水储备，也就是说大水箱必须有容积满足小水箱的容积，同时小水箱水达到设定温度值二个条件才可以。这种加热方式充分分挥了热泵的优势，从自来水的初始水温加热到设定水温平均能效最高。我们曾多次提到空气源热泵是泳池加热的首选，泳池水要求26度，空气源热泵在标准工况下进行恒温加热，5度左右温差恒温加热能效可达到8。所以定温放水加热方式是空气能热泵热水器系统最节能的最可靠的加热方式。这种方式系统比大循环复杂，控制上要求较高、成本稍高，但高出的初投资和节能效果上比是最合理的。 直出水机在稳定的自来水压力和较高的环境中况下直出设定温度热水的空气能热水系统，一种采用电子控制电动阀变化开启度的方法变化出水量，保证出水温度的方法；另一种是通过主机系统工作变化，采样后传送给比例阀变化开启度变化出水量保证出水温度的方法，该系统对自来水的压力，环境温度敏感。气温变化对出水量影响很大，所以要按当地最低温时产水量选择热泵机组，自来水压力不稳定的地区不宜选用。这类机型多适用于我国南方。北方地区有霜冻区域不宜选用。长时间连续工作易结霜，用水温度质量要求高，管路做回水加热恒温的不宜选用。 静止加热方式类似于目前常见的家用型热水器，但是多数为开式非承压水箱，这部分可以用于定温放水的小水箱部分作加热水箱，也可以直接对储热水箱大水箱进行加热。这种方式的出现是因为有些地区水质较差或选用地下水，造成对主机加热部分换热器的堵塞，很难清洗，采用这种开式加热方式方便清洗，甚至可以更换加热器，解决了水质差，地下水区域的空气能热水器的应用难题。 以上四种方式尽管定温放水加热方式节能适用，但是如果巧妙的进行系统管理会出现节能奇迹。 工程上为了保证供水经常采用超大容量蓄水法，就是正常用水量10吨储备15-20吨。
空气源热泵热水器的原理和发展史 追溯其渊源，空气能热水器应该算是个舶来品。空气源热泵技术1924年就已在国外发明。然而在很长的一段时间里并没有被人类充分地认识和运用。直到20世纪60年代，世界能源危机爆发以后才受到充分的重视，所以此后世界各国纷纷加大了研发力度，进一步推广了热泵技术，使得目前热泵技术已经比较广泛地使用。20世纪70年代初期，由于"能源危机"的出现，热泵又以其回收低温废热，节约能源的特点，在产品经过改进后，更受到了人们的青睐。比如美国，热泵的产量从1971年的8.2万套/年猛增至1976年的30万套/年，1977年再次跃升为50万套/年，而此时日本后来居上，年产量更超过50万套。目前热泵市场每年都在成倍增长，发展势头相当迅猛。在欧美大多数发达国家，如澳大利亚、英国、法国、北欧及南欧的一些国家，热泵产品已经进入了大多数家庭，而在我国的毗邻国家如新加坡、马来西亚等也是热泵热水器使用比较普遍的国家。 相对来说，空气源热泵热水器在我国起步则比较晚，国内厂商关注该产品也是近几年的事情。由于前期在产品的导入时，市场培育不够，因而无论是从技术还是从产品上来看均还处在初级发展阶段。而这两年来，在各方面能源紧缺的情况下，空气源热泵热水器逐渐被广大厂商重视起来，尤其是近两年来有了比较大的增长，单就生产企业也由屈指可数的几家突飞猛进爆涨到目前的几十家甚至近百家。还有一些手工作坊或者纯粹靠贴牌组装而卖产品的则更加不在少数。而04年进入的数家空调企业更加壮大了这一队伍的规模。
总体来说，就目前而言，国外的空气源热泵热水器市场已经相当成熟，在发达国家使用的比例有的高达70%，比如在新加坡、欧美的一些国家等。就是在中国的香港和台湾地区也有将近50%的推广使用力度。只是受国内消费和经济发展规律的影响，空气源热泵热水器也是在近4年才被引进并在小范围内推广使用，而且是集中在经济发达的两个三角洲地区。据市场的统计数据来看，虽然该产品在国内上市只有短短几年时间，但是增长的速度却非常快。2002年时，它的销售额还不到1000万元，但是到2003年，它已达到了3000万元，2004年则达到8000万到1个亿。按照预算估计，2005年，热泵产值会超过三个亿。可以说，就象前几年互联网接入时的发展速度一样，整个行业销售增长率将以几何基数增长，市场空间十分巨大。 四、什么是空气源热水器： “空气能”热水器是一种采用空气热能生产热水的热水器。通过电能驱动空气压缩机搬运空气中的热量，通从冷媒的膨胀和压缩实现与水的热交换。它是继燃气热水器、电热水器和太阳能热水器之后的第4代热水器，它综合电热水器和太阳能热水器的优点安全、节能、环保型热水器，可一年三百六十五天全天候运转，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。 五、空气源原理： 空气源热水器以制冷剂作为媒介，冷媒吸收了环境空气中的热量后汽化，通过压缩机压缩制热，变成高温高压气体，再经热交换器与水交换热量后，经膨胀阀释放压力，回到低温低压的液化状态，通过制冷剂的不断循环，不断吸收空气中的低品位热量，并将该部分热量转移，来制取热水。 在自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范
空气源热泵热水器简介 一、空气源热泵技术发展史 随着工业革命的发展，19世纪初，人们对能否将热量从温度较低的介质“泵”送到温度较高的介质中这一问题发生了浓厚的兴趣。英国物理学家J.P.Joule提出了“通过改变可压缩流体的压力就能够使其温度发生变化”的原理。1854年，W.Thomson教授（即Lord Kelvin 勋爵）发表论文，提出了热量倍增器（Heat Multiplier）的概念，首次描述了热泵的设想吸收空气中的低能热量，经过中间介质的热交换，并压缩成高温气体，通过管道循环系统对水加热，耗电只有电热水器的1/4。该新产品避免了太阳能热水器依靠阳光采热和安装不便的缺点。 按目前而言，国外的空气源热泵热水器市场已经相当成熟，在发达国家使用的比例有的高达70%，比如在新加坡、欧美的一些国家等。就是在中国的香港和台湾地区也有将近50%的推广使用力度。只是受国内消费和经济发展规律的影响，空气源热泵热水器也是在近4年才被引进并在小范围内推广使用，而且是集中在经济发达的两个三角洲地区。据市场的统计数据来看，虽然该产品在国内上市只有短短几年时间，但是增长的速度却非常快。2002年时，它的销售额还不到1000万元，但是到2003年，它已达到了3000万元，2004年则达到8000万到1个亿。按照预算估计，2005年，热泵产值会超过三个亿。可以说，就象前几年互联网接入时的发展速度一样，整个行业销售增长率将以几何基数增长，市场空间十分巨大。 二、空气源热泵热水器的特点 空气源热泵热水器是新型的绿色能源产业，与传统的燃气、电热水器产品相比，它不仅安全而且节能环保，即使与太阳能相比，也有明显的优势。它一改传统太阳能产品只依赖太阳光直射或辐射来收取能源的方式，利用设备内的冷媒从自然环境空气中采集热能并通过热交换器使冷水升温。其特点包括： （1）高效节能：空气源热水器是通过大量获取空气中免费热能，消耗的电能仅仅是压缩机用来搬运空气能源所用的能量，因此热效率高达380%—600%，制造相同的热水量，空气源热水器的使用成本只有电热水器的1/4，燃气热水器的1/3，太阳能热水器的1/2。高热效率是空气源热水器最大的特点和优势，在能源问题成为世界问题时，这是空气源热水器成为“第四代热水器”的最重要的法宝之一。 （2）绿色环保、安全可靠：空气源热水器独特的使用原理，实现其在工作过程中彻底水电分离，从根本上杜绝漏电事故；并且由于其在使用过程中无需任何燃料输送管道，没有燃料泄露等引起火灾、爆炸、中毒等危险；同时，空气源热水器在工作过程中没有任何有毒气体、温室气体和酸雨气体排放，也没有费热污染。这些也成为空气源快速发展铺垫了宽阔的道路。 （3）全天候方便使用：空气源热水器由于体积相对较小，可以安装在浴室、阳台和外墙等处，实现使用的无限制性；并且空气源热水器由微电脑控制自动运行，无需专人职守，保证全天候热水供应，同时结合其定时开关功能实现低谷用电，实现更节约的使用效果。（如图2所示）
空气源热泵热水器国家标准 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布 中国国家标准化管理委员会 前言 本标准附录B为规范性附录、附录A为资料性附录。 本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国冷冻空调设备标准化技术委员会（SAC/TC 238）归口。 本标准主要起草单位：广州中宇冷气科技发展有限公司、合肥通用机械研究院、江苏天舒电器有限公司、、广东美的商用空调设备有限公司、合肥通用环境控制技术有限公司。 本标准准参加起草单位：大连冰山集团有限公司、重庆九龙韵新能源发展有限公司、北京同方洁净技术有限公司、广州恒星冷冻机械制造有限公司、艾欧史密斯（中国）热水器有限公司、浙江正理电子电气有限公司、北京华清融利空调科技有限公司、佛山市伊雷斯制冷科技有限公司、劳特斯空调（江苏）有限公司、浙江星星中央空调设备有限公司、泰豪科技股份有限公司、广东申菱空调设备有限公司、上海富田空调冷冻设备有限公司、艾默生环境优化技术（苏州）研发有限公司、（中外合资）滁州扬子必威中央空调有限公司、宁波博浪热能设备有限公司。 本标准主要起草人：覃志成、张秀平、张明圣、王天舒、舒卫民、李柏。 本标准参加起草人：俞乔力、朱勇、刘耀斌、袁博洪、邱步、凌拥军、黄国琦、区志强、丁伟、沙凤岐、黄晓儒、易新文、姚宏雷、文茂华、谢勇、王磊、钟瑜、王玉军、汪吉平。 本标准由全国冷冻空调设备标准化技术委员会负责解释。 本标准是首次制定。 商业或工业用及类似用途的热泵热水机 1、范围 本标准规定了商业或工业用及类似用途的热泵热水机（简称“热水机”）的术语和定义、型式与基本参数、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存等。 本标准适用于采用电动机驱动，蒸汽压缩制冷循环，名义制热能力3000W以上，以空气、水为热源，以提供热水为目的热泵热水机，其他用途的热泵热水机也可参照使用。 2、规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而构成本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T 191包装储运图示标志（GB/T191—2000，eqv ISO 780:1997） GB/T 1720 漆膜附着力测定法 GB/T 2423.17电工电子产品基本环境试验规程试验Ka：盐雾试验方法（GB/T 2423.17---1999，eqv IEC60068-2-11：1981） GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划（GB/T 2828.1—2003,ISO 2859:1999 IDT） GB/T 6388 运输包装收发货标志 GB 8624建筑材料燃烧性能分级方法 GB/T 10870—2001容积式和离心式冷水（热泵）机组性能试验方法 GB/T 13306 标牌 GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件 GB/T 17758单元式空气调节机 GB/T 18430.1蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组第1部分：工商业用和类似用途的冷水（热泵）机组
CO2热泵技术 摘要：CO2作为热泵工质在跨临界状态下循环，在气体冷却器中产生温度滑移，适合水的加热。在分析了CO2跨临界循环特点的基础上指出，CO2可与传统的制冷剂及其替代物相竞争，具有较高的制热效率。给出CO2热泵干燥系统的两种形式，并作简要分析。指出CO2作为热泵工质面临的问题。 关键词：二氧化碳；跨临界循环；热泵热水器；热泵干燥 1 CO2工质概述 1.1 CO2工质发展史 在1850年,Twing提出在蒸气压缩系统中采用CO2作为制冷剂并获英国专利。1869年Lowe 第一次成功使用CO2应用于商业制冷机,证实了CO2作为制冷剂的可能性。1882年Linde设计开发了采用C02为工质的制冷机。1884年Raydt设计的CO2压缩制冰系统获得了英国专利。1884年Harrison也设计了一台采用CO2的制冷装置并获得了英国专利。1886年Windhausen设计的CO2压缩机获得了英国专利,并于1890年开始投人生产。随后C02制冷剂的使用有了快速的发展。20世纪40年代在英国的船上广泛采用了CO2压缩机。 1931年,以R12为代表的CFCs制冷剂一经开发,便以其无毒、不可燃、不爆炸、无刺激性、适中的压力和较高的制冷效率,很快取代了CO2在制冷方面的位置,CO2逐渐不再被作为制冷剂使用,最后一艘使用CO2制冷机的船只在1950年停止工作。 进人到20世纪末期,由于CFCs对于臭氧层和大气变暖的重要影响,为保护环境,实现CFCs替代成为全世界共同关注的问题。世界范围内的CFCs替代进程在不断加快。中国制冷空调行业的替代转换工作起始于上世纪90年代初。前国际制冷学会主席G.Lorentzen在1989～1994年大力提倡使用自然工质,特别是对于CO2的研究与推广应用上起了很好的推动作用。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【1】。 1.2 CO2工质的性质 常温下,CO2是一种无色、无嗅的气体。其相对分子量为44.01,临界压力为7.37MPa,临界温度为31.1℃ ,临界容积为0.00214m3/kg,比热容为0.833kJ/(kg.K),三相点温度为-56.57℃ ,三相点压力为416kPa,在101.325kPa下,其升华温度为-78.15℃ ,蒸发热573.27kJ/kg。CO2是碳的最高氧化状态,具有非常稳定的化学性质,既不可燃,也不助燃。 作为制冷剂,人们希望其安全性、循环效率、价格等方面均佳,但实际上并不存在一种十全十美的制冷剂。与其它制冷剂相比,CO2也有其优势与不足。表1和表2列出的几种制冷剂性质的比较。
第11卷 第3 期2011年6月 REFRIGERATION AND AIR -CONDIT IONING 20-23 收稿日期:2010-11-08 作者简介:张剑飞,本科,助理工程师,主要从事制冷与空调方面的研究。 空气源热泵热水机形式对比分析 张剑飞 秦妍 (大连三洋压缩机有限公司) 摘 要 针对使用相同型号压缩机的一次加热式与循环加热式热泵热水机进行试验研究。分别对机组的主要参数如水流量、冷凝温度、蒸发温度、过冷度、吸气过热度进行对比分析,同时对两者运转情况和除霜方式进行简要对比。 关键词 空气源;热泵热水器;一次加热;循环加热;性能 Comparative analysis on the forms of air source heat pump water heater Zhang Jianfei Qin Yan (Dalian SANYO Com pressor Co.,Ltd.) ABSTRACT Studies one -time heating H PWH (heat pump w ater heater)and circulate heating H PWH w ith the same co mpr essor by contrast ex perim ent.M akes a co mpar ative analy sis of main parameters o f the units,such as w ater flo w rate,co ndensing tem pera -tur e,evaporating temper ature,subco oling ,superheat,meanw hile makes a simple com -parison of o peratio n condition and defro sting w ays of tw o units. KEY W ORDS air source;heat pump w ater heater;one -time heating;circulate heating;per -formance 空气源热泵热水机是继锅炉、燃气热水器、电热水器和太阳能热水器之后的第4代热水制取装置。周峰等[1] 给出了几种热水器形式的对比,见表1。从表中可以看出,热泵热水机在多方面都具有明显的优势,在能源供应日益紧张的今天,空气源热泵热水机凭借其高效、节能、环保以及安全等诸多优势势必会成为未来应用的主流。 国外同类产品已经相当成熟,在发达国家的使用比例有的高达70%。在日本其应用已经普及,生活热水工程中有60%~70%使用空气源热泵热水机;在澳大利亚达到30%~40%;在欧洲、美洲也有大量应用[2]。 但是我国引入该技术时间并不长,这一产品的技术成熟度还较差。因此,对热泵热水机产品进行全面、深入的了解,以便更好地设计和应用是非常必要的。笔者针对国内市场广泛应用的2种不同形式的热泵热水机进行对比分析,就影响机组性能的主要参数如水流量、蒸发温度、冷凝温 度、过冷度、过热度等进行比较研究,同时对两者的运行状态和除霜方式进行简单对比。 表1 几种热水器对比 热水器种类空气源热 泵热水器 电热水器 太阳能热水器燃气热水器燃料种类电电 电 天然气有无污染 无无无 有有无危险性无有触电隐患有触电隐患危险是否方便方便较方便不方便较方便燃值860k cal/(kW #h)860k cal/(kW #h )860kcal/(k W #h)9000kcal/m 3热效率370%95%280%70%燃料单价0.5元/千瓦时0.5元/千瓦时0.5元/千瓦时2.0元/米3 120升水的费用/元 0.752.941.01.5年运行费用/元 273.8 1073.1 365 547.5 1 热泵热水机形式介绍1.1 热水机分类 GB/T 21362)20085商业或工业用及类似用途的热泵热水机6中已给出明确的分类,热水机按制热
空气能热泵热水系统的设计选型 随着人们生活水平的提高，热水器在各个场所使用越来越广泛。而选择中央热水工程方案首要考虑安全，同时要求管理方便、节能和环保。空气源热泵热水机组没有燃烧，没有排放，没有易燃易爆触电等隐患，比各种锅炉、电热水器都安全。又不像太阳能怕阴雨天和黑夜，能够全天侯工作。机组自动运行可无人值守。不仅初投资小，而且运行费用非常低，因此近年来空气能热水系统迅速发展。 空气源热泵热水设备是新一代的节能环保产品，符合当前建设节能社会的国 策。该系统采用热泵逆卡诺原理，从空气中的到大量免费热能，不但环保、安全、管理简单(全自动控制)，而且不受天气影响全天候运行，是目前所有热水系统中综合经济性能最好的一种,可以节省可观的运行费用。 下面根据设计手册，和09版给排水技术措施对空气源热泵机组的设计选型做了单独整理。 一、热泵热水机组选用要求 空气能热水机组热源是空气，其性能受环境影响较大，根据现有资料： 1.环境温度低于-15℃时，大部分热水机阻不能正常启动。这就要求热水机组使用区域要求适用地区 冬季环境温度最低温度高于-15℃。 2.环境温度低于10℃时，热水机组制COP值开始衰减。这意味着要满足用户要求，系统需要辅助热 源。这就加大了热水系统的能耗。热水用水不经济。 由此可知空气源热泵热水机组适用于夏热冬暖地区。根据我国气候条件，推荐在长江以南地区选用空气源热泵机组。
二、热水供水系统设计 （一）计算参数 1.热水用水定额
2.冷水温度 在计算热水系统的耗热量时，冷水温度应以当地最冷月平均水温资料确定。无水温资料时，可按表6.2.1确定。 3.用水水温 采用集中热水供应系统的住宅，配水点的水温不应低于45℃。盥洗用、沐浴用和洗涤用的热水水温参见表6.2.3 注意：集中热水供应系统中，在水加热设备和热水管道保温条件下，加热设备出口处与配水点的热水温度差，一般不大于10℃。
CO2空气源热泵热水机组可行性研究报告 一、基本信息 二、技术可行性分析 2.1 节能原理 CO2热泵和普通热泵的工作原理基本一致，都属于蒸汽压缩式，区别在于使用的冷媒不一样。CO2热泵使用CO2作为工作冷媒，属于跨临界循环，在冷却器中的换热过程不存在相变，CO2降低的温度作为热量逐步被吸收，传热温差小，不可逆的损失小，同时因为排气温度高，最高可以制取90℃的热水。而且CO2蒸发温度较传统冷媒低，在低温条件下的效果也很好，解决了普通热泵在寒冷地区性能系数低甚至无法使用的问题。 2.2 核心技术 CO2热泵机组的基本部件和常规机组相比没有太大区别，主要有压缩机、气体冷却器/冷凝器、蒸发器、节流装置。但CO2跨临界循环的排气压力高，必须对选用的压缩机、管路、润滑油等进行专门设计，保证系统安全。 2.3 技术特点 1）CO2属于环保冷媒，无毒不燃，而且获取成本低。 2）可以制取高温热水（90℃），也可以在更低的环境下工作（-25℃）。 3）低温条件下能保持较高的性能系数。 4）系统高压运行，机组尺寸比常规机组小。 2.4 实施和维护难度 CO2热泵机组对安装环境没有特殊要求，但由于运行压力超过10Mpa, 对安
装工艺和后期维护都提出了更高的要求。 2.5 专业评价 CO2空气源热泵热水机组从技术原理上看是可行的，相对于普通热泵，其优势和先进性也是很明显的。在日本和欧洲市场，CO2热泵的发展也是比较成功的，系统使用数量在百万级，这也证明了CO2热泵技术的可行性。但由于高压运行，CO2热泵机组对设计制造、后期维护的要求都更加苛刻。 三、经济可行性分析 3.1 成本计算 根据代理商报价，制热功率70kw的机组单价为26万，加上安装调试费用，系统造价在30万左右。该机组能满足日均用水量15吨要求。 3.2 节能计算 假设某项目日均热水用量为15吨55℃热水，温升40℃，运行费用估算如下： 3.3 投资回收期计算 与柴油锅炉、燃气锅炉、电锅炉比较，CO2热泵年均节省费用分别为9.2万、3.6万、12.7万，作为改造项目使用的话，回收周期为3.2年、8.3年、2.4年。考虑到CO2热泵可以实现自动化运行，无需专人运行，也无需定期维护保养，年节省费用在3万元以上。综合起来，回收周器分别为2.5年、4.5年、1.9年。如果作为新建项目，回收周期还会明显缩短。 3.4 专业评价 单纯从节能角度考虑，CO2热泵已经很有使用价值。在寒冷地区，热水的需
. 目录 一、重庆丰都中学学生公寓基本情况 (2) 二、技术方案设计说明书 (2) 2.1工程概况 (2) 2.2设计依据和参数 (2) 2.2.1设计依据 (2) 2.2.2设计参数 (2) 2.3设计说明 (3) 2.3.1热水用量计算 (3) 2.3.2热水负荷计算 (3) 2.3.3设备选型计算 (4) 2.4保温水箱容量计算 (4) 2.5用电负荷说明（甲供） (4) 2.6水源说明（甲供） (5) 三、前期投资预算 (6) 四、项目合作方式 (7) 五、校方配合 (8) 六、售后保证 (8) 七、公司基本情况介绍 (9) 八、美的空气源热泵介绍 (13) 8.1. 美的空气源热泵机组介绍 (13) 8.1.1. 概述 (13) 8.1.2. 机组种类 (15) 8.1.3. 系统原理图 (16) 8.1.4. 热水系统简图 (17) 8.1.5. 热水机组参数表 (17) 8.1.6. 热水机组卓越的性能 (19)
一、重庆丰都中学学生公寓基本情况 重庆丰都中学学生公寓目前有学生公寓三栋：其中高中部公寓两栋，初中部公寓一栋。目前学生公寓内仅提供冷水。 二、技术方案设计说明书 2.1工程概况 学生宿舍热水系统设计采用空气源热泵热水系统。初步建议将机组与保温水箱安装在宿舍楼顶（宿舍屋顶承重经原房屋设计单位校核，若无法满足承重再考虑安装于地面）。 2.2设计依据和参数 2.2.1设计依据 现场情况及重庆市历史气候资料 GB50015-2003 《建筑给水排水设计规范》 GB/T50106-2001 《给水排水制图标准》 2.2.2设计参数 重庆冬季最冷月室外平均气温7℃ 冬季最冷月平均冷水水温：5℃ 主机设备配置设计标准：额定工况条件下（环境温度20℃，进水温
家用空气源热泵热水器设计经验总结 原理：压缩机将冷媒压缩成高压高温气态→经过换热器高压液态→经过毛细管或膨胀阀，低压气态和液态共存→经过蒸发器成低压气态 计算公式： 热量Q=4.2x M xΔT(千焦耳) 焦耳定律Q=I2x R x t(焦耳) 能效比=( 4.2x M xΔT)/(3600x用电度数) 加热时间=( 4.2x M xΔT)/(3600x额定功率) 1度电=1千瓦时=3600千焦 1千卡=1大卡= 4.187千焦耳 1.供热类型： a.循环储热式：商用、家用 b.直接加热式：家用 c.直供即热式：家用 d.相变即热式：商用 2.结构型式： a.一体式热水器：圆柱形水箱，占用空间较大 b.分体式热水器：圆柱形水箱，占用空间较大 c.分体式热水器：壁挂式水箱，占用空间较大，相对前两者占用空间小 3.水垢： a.循环储热式：容易在盘管处形成水垢，影响热量交换，进而影响能效比COP b.直接加热式、直供即热式：不容易形成水垢，水流直接贴冷媒管流动，可冲刷水垢 4.压缩机： 现在众多厂商都直接借用家用空调压缩机：其特点： a.家用选择功率：1～3P，运行时间2～3小时/每天,滚动转子式压缩机 b.商用选择功率：>3P，运行时间10小时/每天，涡旋式机组 c.家用压缩机冷媒R22压力值： 夏天低压是0.4MP～0.6MP 冬天是0.2MP～0.4MP 夏天高压(风冷)1.8MP～2.4MP,(水冷)1.4MP～1.8MP 冬天(风冷)1.6MP～2.0MP,(水冷)1.4MP～1.8MP
d.压缩机过压力：低压过低使汽缸或轴衬过热压缩机回油减少长时间运转使活动部位集碳由于冷热不均产生抱轴或卡死不利于长期使用。高压过高使压缩机工作在高温状态减少冷循环量使电机工作在超荷状态容易烧毁电机而且也不经济。 5.提高空调能效比的三种主要技术解决方案是： a.增加热交换表面积。有关资料的数据表明：空调能效比的增加基本上与两器（蒸发器和冷凝器）换热面积的增加成正比。因此采用多折式高效蒸发器和冷凝器、优质的铜管及铝箔来增加空调产品的热交换表面积及换热效率，可大幅提高空调的制冷果，达到节能的目的。 b.采用高效变频压缩机。我国空调厂家的产品目前主要采用定频定速压缩机，而由于运行状态和环境温度适应性的不同，采用变频压缩机的变频空调比同等能效比的传统定频定速空调节能30%左右。 c.采用节能环保的新制冷剂。据检测，在室外温度不超过35℃时，R410A空调系统的能效比较R22空调系统高，并且R410A制冷剂为近共沸混合物，温度滑移微小，对臭氧层破坏系数近乎为零，是R22的理想替代物。在美国和日本，R410A已成为房间空调和组合空调系统中R22的主要替代物。 6.换热器套管盘管：（如何计算传递热量Q值，内管尺寸及长度，外管尺寸及长度） 7.热泵冷媒R22剂量计算：（注入量的计算） 8.蒸发器面积： 9.冬季除霜： a.解决除霜问题主要从以下三个方面着手（1）改进换热器，延缓结霜或降低结霜对热泵性能的影响。（2）除霜方法的研究。（3）除霜控制方法的研究。下面主要讨论一下空气源热泵热水器的除霜方法及其除霜控制方法。 b.除霜方法 目前比较常见的空气源热泵的除霜方法有两种：四通阀换向除霜和热气旁通除霜。 四通阀换向除霜即：采用四通阀换向，将室外换热器转换成冷凝器来进行。故除霜系统比较简单。除霜所需的热量是从室内环境的吸热量、室内换热器蓄热量、压缩机消耗电力和压缩机蓄热量这四部分热量之和。 热气旁通除霜是指利用压缩机排气管和室外换热器与毛细管之间的旁通回路,将压缩机的高温排气直接引入室外换热器中,通过蒸汽液化放出的大量热将换热器外侧的霜层融化的除霜方法。在除霜时,四通阀不需换向,室内外换热器风扇停止运行。
空气源热泵热水器原理 由生活中的常识中我们可以知道，热水可以自己慢慢向空气中放热，冷却成凉水, 这表明热量可以从温度高的物体一一热水自动的传递到温度低的物体一一空气。那么可不可以将这个过程反过来进行，将温度较低的空气中的能量向热水中转移呢？热力学第二定律指出：不可能把热从低温物体传到高温物体而不引 起其他变化。这就是说，热量能自发的从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体。但这并不是说热量就不能从低温物体传向高温物体，就向水泵能够使水从低处流向高处一样，热泵通过消耗一部分电能，也能够使热量从低温物体传到高温物体。空气源热泵热水器就是根据这样一个原理 来工作的，通过消耗少量的电能驱动压缩机，使制冷剂吸收空气里的热量来加热生活用热水的，其制热效果比传统热水器高出3倍，而消耗的电能仅为普通热水器的三分之一，并能从根本上杜绝了漏电、一氧化碳中毒的危险 电能输入一1 热水岀一 lili 冷水进 热泵工作流程图 热泵热水器的工作过程如下：如上图所示，压缩机通过消耗一部分电能，将低温低压的制冷剂气体压缩成高温高压的气体，高温高压的气体在冷凝器中放出热量将水加热，自己温度被降低，经过膨胀阀节流降压后，变成低温低压的气液混合物，在蒸发器中制冷剂吸收其他介质（如空气、井水）中的热量，变成低温低压的气体，然后再被压缩机吸收，压缩成高温高压的气体加热热水。 与其他形式的热水器相比，热泵热水器主要有安全、节能、环保的特点。 安全性： 传统热水器以燃气、电和太阳能为主，三分天下，燃气热水器安全性较差, 燃烧不充分和水压不稳定易造成燃气中毒和烫伤事件，电热水器的漏电隐患和住宅接地不良也对消费者的生命安全造成严重威胁，太阳能热水器储水式的特点决定了其在晴天时，水温可能很高，造成烫伤，阴雨天的电辅助加热却留下安全隐患,与以上热水器不同，热泵热水器制热过程是通过压缩机排出的高温高压制冷剂气体加热水罐中的水，电主要用于压缩机，制热后的气体通过外盘式的盘管与搪瓷水罐中的水交换热量，水电完全分离，
CO2跨临界循环热泵热水器实验研究 李敏霞 龚文瑾 刘秋菊 马一太 鞠小雨 天津大学热能研究所 300072 Email: tjmxli@https://www.doczj.com/doc/e414352094.html, 摘要：本文对CO2跨临界循环热泵热水器进行了实验研究，测定了压缩机功率，同时对热水器在不同工况下的工作情况进行了测试，发现在热水器在环境温度越高，其效率越高，在夏季，此热水器会有比较高的效率。在出水温度为60o C 时，系统COP可达到3.0以上，但入水温度越高越不利于系统效率，因此适合于直流式供水系统。如果CO2跨临界循环热泵热水器的制冷与热水功能同时利用，系统总效率可达5.0以上。关键词：CO2跨临界循环，热泵热水器，COP 1 引言 CO2作为制冷剂具有独特的优势，加上目前的国际大环境，使得许多研究所和相关厂商对其工质系统作出了大量的深入的研究工作。CO2跨临界循环气体冷却器所具有的较高排气温度和较大的温度滑移可与冷却介质的温升过程相匹配，以及气体冷却器出口温度越低，系统性能越好等特性，非常适用于热水系统。CO2热泵热水器替代传统的电热水器可以削减CO2排放，据估算如果采用CO2热泵热水器代电热水器，每年可减少CO2排放量为几千万吨。CO2热泵热水器从而得到了广泛和深远的发展，特别是在发达国家和地区。 20时世纪九十年代，挪威SINTEF能源研究所的G.Lorentzen 与Neksa Petter等人率先对CO2跨临界循环在热泵上的应用作了理论和实验上的研究。研究表明，CO2跨临界循环不仅具有高的供热系数，而且系统紧凑，产生的热水温度高。实验结果表明,在蒸发温度为0℃时，水温可以从9℃加热到60℃，其热泵系数可高达4.3。同时，比起电热水器和燃气热水器，它的能耗可降低75％ [1、2]。此外，他们发现CO2热泵系统比传统热泵热水器更为显著的优点是它易于提供90℃的热水。 日本是发展CO2热泵热水器最快的国家，它地处寒冷地带，全年中使用热水器的时间长。据统计，在家庭中30%的能量为热水器所消耗。早在1995 年，日本CRIEPI、东京电力公司和DENSO公司的M .Ssikawa、K.Kusakari[3、4]等人就开始合作研究CO2热泵系统,开发家用以CO2为工质的热泵热水器。通过对性能的计算、相关的理论分析，搭建原形试验台进行试验研究，实现了热泵水器的商业化。当时该机组经改善后,COP可大于3.0。Sanyo公司研发出了高效多功能天然工质CO2热泵式加热器，其制热功率为7kW，可广泛应用于地板、浴室加热系统和除湿系统。通过环境测试，储水罐加热COP值可达4.0。此外他们还研制了寒带气候用天然工质CO2热泵式热水器，成功的解决了适用于CO2的新型压缩机和水－CO2热交换器等技术难题。可使产品在室外温度为-20℃的情况下，仍能保持高达4.5kW的制热能力[5、6]。相对其他发达国家，我国对CO2热泵的研究稍晚一些。天津大学、上海交通大学、西安交通大学、合肥通用机械研究所等单位对此进行了多方面深入的研究。 本文对CO2跨临界循环热泵热水器进行了实验测试。 2 实验系统 图1 显示了实验系统图，同时也是实验系统的采集界面。整个系统工作的原理是低温低压的CO2工质经压缩机压缩变成高温高压的气体，然后进入气体冷却器与水进行换热，水吸收工质的热量变成热水提供给用户，高温高压CO2工质被冷却之后进入回热器，与蒸发器出口的低温低压的CO2换热，高温高压CO2工质继续被降温，而低温低压的CO2工质
空气源热泵原理 由生活中的常识中我们可以知道，热水可以自己慢慢向空气中放热，冷却成凉水，这表明热量可以从温度高的物体——热水自动的传递到温度低的物体——空气。那么可不可以将这个过程反过来进行，将温度较低的空气中的能量向热水中转移呢？热力学第二定律指出：不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。这就是说，热量能自发的从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体。但这并不是说热量就不能从低温物体传向高温物体，就向水泵能够使水从低处流向高处一样，热泵通过消耗一部分电能，也能够使热量从低温物体传到高温物体。空气源热泵热水器就是根据这样一个原理来工作的，通过消耗少量的电能驱动压缩机，使制冷剂吸收空气里的热量来加热生活用热水的，其制热效果比传统热水器高出3倍，而消耗的电能仅为普通热水器的三分之一，并能从根本上杜绝了漏电、一氧化碳中毒的危险 热泵热水器的工作过程如下：如上图所示，压缩机通过消耗一部分电能，将低温低压的制冷剂气体压缩成高温高压的气体，高温高压的气体在冷凝器中放出热量将水加热，自己温度被降低，经过膨胀阀节流降压后，变成低温低压的气液混合物，在蒸发器中制冷剂吸收其他介质（如空气、井水）中的热量，变成低温低压的气体，然后再被压缩机吸收，压缩成高温高压的气体加热热水。 与其他形式的热水器相比，热泵热水器主要有安全、节能、环保的特点。 安全性： 传统热水器以燃气、电和太阳能为主，三分天下，燃气热水器安全性较差，燃烧不充分和水压不稳定易造成燃气中毒和烫伤事件，电热水器的漏电隐患和住宅接地不良也对消费者的生命安全造成严重威胁，太阳能热水器储水式的特点决定了其在晴天时，水温可能很高，造成烫伤，阴雨天的电辅助加热却留下安全隐患，与以上热水器不同，热泵热水器制热过程是通过压缩机排出的高温高压制冷剂气体加热水罐中的水，电主要用于压缩机，制热后的气体通过外盘式的盘管与搪瓷水罐中的水交换热量，水电完全分离，这样，既不存在漏电隐患，省去了防漏电的烦恼，也避免了电加热管表面温度高，易结垢并影响加热效率的弊端，真正作到绝对安全。 节能性： 由于采用热泵技术，可将大量低品位的热源（空气中的热量）通过压缩机和制冷剂，转变为高品位的可利用的热能，热泵热水器由于吸收了大量空气中的热量，能效比平均在3以上，即热泵热水器的压缩机每耗一度电，可产生电加热消耗3度电产生的热水，极大的节省了能源。 ; 以120升热泵热水器为例，压缩机功率为500瓦，热效率值为370%（标准工况环境温度为20℃），是普通电热水器的四倍左右（电热水器热效率为95%），大大节省了电能，同样120升水从15℃升到55℃，普通电热水器需要6Kw，康特姆热泵热水器仅需Kw，不仅仅节省了费用，大面积推广也可极大的缓和电力紧张情况，具有很大的现实意义。
空气源热泵热水器控制器设计 空气源热泵热水器控制器设计 摘要本文介绍了一种基于单片机的空气源热泵热水器控制器。该控制器以智能化简单操作来达到空气源热泵热水器的精确控制。论文概述了热泵技术、空气源热泵技术历史和技术优势。并且在介绍空气源热泵热水器工作原理以及蒸汽压缩式制冷循环原理的基础上，提出了控制器设计总体方案。在软件设计方面，本文详细介绍了空气源热泵热水器控制器的设计。文章最后通过大量的流程图来说明控制器的具体结构和可实现的操作。 该空气源热泵热水器控制器设计完善，实现方案简单易行。采用软件设计来控制，可以实现智能化简单精确控制，并且提高了整机的可靠性及准确性。 关键词空气源热泵控制器设计
引言 (1) 第一章空气源热泵的概述 (3) 1.1 热泵 (3) 1.2空气源热泵 (3) 第二章空气源热泵的发展 (4) 2.1空气源热泵的历史 (4) 2.2空气源热泵的优势 (4) 第三章热泵热水器系统运行原理 (5) 3.1 蒸汽压缩式制冷循环原理 (5) 3.2 空气源热泵热水器工作原理 (6) 3.2.1系统介绍 (6) 第四章热泵热水器控制器设计 (7) 4.1 相关控制点 (7) 4.2 控制器设计总体方案 (8) 第五章系统软件设计 (10) 5.1系统主要功能设计 (10) 5.2系统设定功能设计 (11) 5.3系统时间设定功能设计 (13) 5.4运转状况设定功能设计 (14) 5.5工作总流程设计 (16) 5.6数据采集及模数转换模块设计 (18) 5.7液晶显示模块设计 (20) 5.8 按键模块设计 (21) 5.9 时钟模块设计 (22) 5.10 通讯模块设计 (23) 结论 (24) 致谢 (25) 参考文献 (26)
空气源热泵热水机组中央供热水系统工程 设计方案 一、工程概况及甲方要求： 1.工程概况 贵校柳州南亚、冠亚校区综合楼入住师生约700人，其中南亚校区400人，冠亚校区300人，人均用热水按30kg/天计算，总量为: 21000 kg/天（55℃） 2．甲方要求： A、要求在两栋楼天面安装空气热泵热水机组中央供热水工程，解决师生冲凉用热 水的问题。 B、要求安装电辅助加热装置，以防冬天极端最冷（气温＜0℃时）辅助热泵加热。 C、要求定时供应热水。 D、要求安装回水系统，以方便学生用热水。 E、要求设备自动化，以方便管理。 二、设计依据： 1．B12021.3-2000《空气调节机能源效率限定值及能源等级》 2．GB19577-2004《冷水机组能效限定值及能源效率等级》 3．GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》 4．GB50268-97《给水排水管道工程施工及验收规范》 5．JGJ116-98《建筑抗震加固技术规程》 6．GB50057-94《建筑物防雷设计规范》 7．JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》 8． GB4272-92《设备及管道保温技术通则》 9．甲方要求 三、设计方案：
我公司根据国家规范、标准和本公司一贯秉承的“安全、实用、节能、美观”八字设计思想，体现设备实用性、合理性和技术先进性，结合贵校楼面的基本情况，设计空气源热泵中央供热水系统方案，具体如下： （一）、南亚校区 1．在综合楼天面安装“金星牌”KRS-15A空气热泵热水机组壹台，组成一套空气热泵中央供热水系统。系统在标况下每小时产55℃热水1283kg，机组运行9.5小时就能满足该楼师生日用热水的要求。 2．在综合楼天面安装10m3、2m3储热水箱各一个，另在地上安装2m3储热水箱一个（供给负一楼教师及饭堂用热水），水箱内胆采用:δ=1.5mm SUS304/2B食品级不锈钢,水箱外壳采用不锈钢、保温层采用聚氨酯整体发泡填充,厚度为50MM。 3．在空气热泵热水机组与储热水箱之间安装一套ISG40-100加热循环系统。当储热水箱中的热水未达到设定温度时，加热循环泵启动将储热水箱中的水抽至热泵热水机组进行循环加热，直至水温达到设定要求，确保热水的温度恒定。 4．在天面及地上水箱中各安装12KW电辅助加热壹套，以便冬天极端最冷时辅助加热。5．在供热水主管上安装一套ISG40-100加压回水系统。该系统有两个作用：第一，在设定的供水时间段内，开启向管网内供水，以保证供热水管网压力；第二，该系统受温度控制，当供热水管网中水温达不到冲凉的温度时，将管网中的低温水抽回储热水箱二次加热，这样既可以保证打开花洒就有热水可用，又不浪费水源，节约开支。6．在补冷水管安装DF32补水电磁阀一台，DN32电子除垢器一套（净化水质）。该电磁阀受时间和水箱的水位控制，在设定的时间段内当储热水箱水位降至设定水位下限时，电磁阀开启补水；当水位达到客户设定的上限要求时，电磁阀关闭停止补水。7．天面热水管道均采用PPR管（室内管网由土建方负责），并用橡塑保温材料，外用铝皮包装。 8．供热水管采用浮球取水装置，该装置在浮力的作用下，始终浮在水箱的上部，取得的都是水箱中较高温度的热水。