~~空气源热泵热水机形式对比分析

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

第3期张剑飞等:空气源热泵热水机形式对比分析#21 #

方式分为一次加热式和循环加热式2种:一次加热式又叫直热式,即冷水进入机组后直接被加热到设

定温度,按照GB/T 21362)2008的名义工况,就是15e 的水经过一次加热式热泵热水机后被直接加热到55e ;循环加热式热泵热水机则需要配备相应的水箱,水箱内的水经过循环水泵进入循环加热式热泵热水机,它并不像一次加热式热泵热水机那样一次就能把15e 的水加热到55e ,而是反复加热,直到将整个水箱内的水加热到55e 。1.2 循环示意图

图1和图2所示分别是一次加热式热泵热水机和循环加热式热泵热水机的循环示意图。笔者就两者主要的技术参数进行对比分析,两者使用同一款5hp 压缩机,这样具有对比意义。机组主要参数见表2

。

表2 主要参数表

机组形式 制热量/kW

功率/kW 水流量/(m 3

/h)

一次加热式204.350.435循环加热式

18

4.5

3.1

2 对比分析

2.1 水侧温差与水流量

水侧换热量按下式计算:q =cq m $t

式中:c 为平均温度下水的比热容(J/(kg #e ));q m 为水的质量流量(kg/s);$t 为水侧换热器水的进出口温差(e )。

一次加热式热泵热水机水路的进出口温差为55e -15e =40e ,而循环加热式热泵热水机的进出口设计温差约为5e 。常温下水的比热容值变化并不大。当实现同样的换热量Q 时,由于2种热水机的进出水温差相差很大,导致水流量明显不同,这在表2中已有明显的体现:在同样测试工况下,相同换热量时,一次加热式热水机的水流量仅为循环加热式热水机的1/7左右。

2.2 冷凝温度

冷凝温度是决定机组性能的重要参数。热水机的冷凝温度主要由出水温度决定。循环加热式热水机是把水箱内的水加热到55e ,而由于水箱本身就有温度梯度的分布,当水箱内的平均水温为55e 时,热水机的出水温度势必要高于55e 。为了验证实际情况,首先按照GB/T 21362)2008中名义工况的试验方法进行模拟测试。实际测试发现,当水箱中平均水温为55e 时,热水机的进水温度约为52e ,出水温度约为57e ,此时压缩机对应的冷凝温度为61e 。

一次加热式热水机的出水温度为定值,即55e ,首先出水温度就要比循环加热式热水机的低。其次,其加热特点是小流量、大温差,小流量的特点是可以充分利用压缩机排气的显热给水加热。在实际测试结果中发现,一次加热式热水机的冷凝温度只有52e ,即利用压缩机排气的显热可以将水再加热3e 左右。这种设计条件已经在5制冷装置用同轴套管式换热器6标准送审稿中体现。

在同样的工况条件下,循环加热式热水机的冷凝温度一般在61e 左右,而一次加热式热水机的冷凝温度只有52e ,比循环加热式热水机的冷凝温度低约10e 。2.3 蒸发温度

蒸发温度也是决定机组性能的重要参数。热水机的蒸发温度主要由环境温度决定。蒸发温度的设定既要考虑实际制热量的需求又要考虑系统的安全运行。在2.2节中已经分析了循环加热式