空气源热泵工作原理及参数

空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置。它是热泵的一种形式。顾名思义，热泵也就是像泵那样，可以把不能直接利用的低位热能（如空气、土壤、水中所含的热量）转换为可以利用的高位热能，从而达到节约部分高位能（如煤、燃气、油、电能等）的目的。
一、空气源热泵的内部结构组成工作原理
一)空气源热泵的内部结构
 
1.蒸发器：蒸发器是空气源热泵很重要的一个部件，低温的冷凝“液”体通过蒸发器，与外界的空气进行热交换，“气”化吸热，达到制冷的效果；
2.冷凝器：它能将管子中的热量，以很快的方式，传到管子附近的空气；
3.压缩机：它能将低压气体提升为高压的一种从动的流体机械，是空气热源泵的心脏；
4.膨胀阀：膨胀阀是空气热源泵一个重要部件，一般安装于储液筒和蒸发器之间。膨胀阀使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，然后制冷剂在蒸发器中吸收热量达到制冷效果，膨胀阀通过蒸发器末端的过热度变化来控制阀门流量，防止出现蒸发器面积利用不足和敲缸现象。
二)空气源热泵的工作原理
空气源热泵是以空气作为高品位（低品位）热源来进行供热(供冷) 的装置。以空气作为低品位热源，可以取之不尽，用之不竭，处处都有，无偿获取。空气源热泵安装灵活、使用方便、初投资相对较低，且比较适用于分户安装。工作原理图如下：

二、空气源热泵的特点
1.空气源热泵系统冷热源合一，不需要设专门的冷冻机房、锅炉房，机组可任意放置屋顶或地面，不占用建筑的有效使用面积，施工安装十分简便。
2.空气源热泵系统无冷却水系统，无冷却水消耗，也无冷却水系统动力消耗。另外，冷却水污染形成的军团菌感染的病例已有不少报导，从安全卫生的角度，考虑空气源热泵也具有明显的优势。
3.空气源热泵系统由于无需锅炉、无需相应的锅炉燃料供应系统、除尘系统和烟气排放系统，系统安全可靠、对环境无污染。
4.空气源热泵冷（热）水机组采用模块化设计，不必设置备用机组，运行过程中电脑自动控制，调节机组的运行状态，使输出功率与工作环境相适应。
5.空气源热泵的性能会随室外气候变化而变化。
6.在我国北方室外空气温度低的地方，由于热泵冬季供热量不足，需设辅助加热器。
三、空气源热泵应用的适应性
我国疆域辽阔，其气候涵盖了寒、温、热带，按我国《建筑气候区划标准》（GB 50178-93），全国分为7个一级区和20个二级区。与此相应，空气源热泵的设计与应用方式等，各地区都应有不同。 [1]
1.对于夏热冬冷地区：夏热冬冷地区的气候特征是夏季闷热，7月份平均地区气温25-30℃，年日平均气温大于25℃的日数为40-100天；冬季湿冷，1月平均气温0-10℃，年平均气温小于5℃的日数为0-90天。气温的日较差较小，年降雨量大，日照偏小。这些地区的气候特点非常适合于应用空气源热泵。
2.对于云南大部，贵州、四川西南部，西藏南部一小部分地区：这些地区1月平均气温1-13℃，年日平均气温小于5℃的日数0-90天。在这样的气候条件下，过去一般建筑物不设置采暖设备。但是，近年来随着现代化建筑的发展和向小康生活水平迈进，人们对居住和工作建筑环境要求愈来愈高，因此，这些地区的现代建筑和高级公寓等建筑也开始设置采暖系统。因此，在这种气候条件下，选用空气源热泵系统是非常合适的。
3.传统的空气源热泵机组在室外空气温度高于-3℃的情况下，均能安全可靠地运行。因此，空气源热泵机组的应用范围早已由长江流域北扩至黄河流域，即已进入气候区划标准的II区的部分地区内。这些地区气候特点是冬季气温较低，1月平均气温为-10-0℃，但是在采暖期里气温高于-3℃的时数却占很大的比例，而气温低于-3℃的时间多出现在夜间，因此，在这些地区以白天运行为主的建筑（如办公楼、商场、银行等建筑）选用空气源热泵，其运行是可行而可靠的。另外这些地区冬季气候干燥，最冷月室外相对湿度在45%-65%左右，因此，选用空气源热泵其结霜现象又不太严重。
四、DBY-108 空气源热泵热机实训考核装置设计方案



1.特点：
1）系统机组配备高低压保护系统、过载保护、缺相保护、化霜功能等多重保护，确保系统安全、可靠、稳定的运行，不影响教学课程。
2）整机系统采用全自动智能化控制，操作方便，水温、水位、开、关、时间均可以由用户自由设定，整机采用断电自动记忆功能，不用每次重复操作，方便实用。
3）本实验装置采用世界顶级压缩机，优质铜件锻造的热交换器，热交换效率高，安全可靠。水箱采用先进的拉丝银工艺，将时尚与顶级科技结合在一起，设备外观美观大方，水箱内胆采用304不锈钢制造，经久耐用，不容易腐蚀、损坏。
4）系统采用工业用空气源热泵热水机组，与工业实际设备相一致，让教学与实际应用接轨。室外主机采用加厚钣金烤漆型，耐受不同的实验环境，长期有效的工作，不会生锈腐蚀。
5）整套实训装置集空气源热泵热机系统、电气控制系统、故障模拟系统于一体，工艺系统真实完整,结构清晰、紧凑，充分满足学生对实训的要求。
6）实训装置直观展示了热泵型热水器的系统结构、工作原理，可清楚的看到制热循环系统结构及主要部件的实物，系统还配置有交流电压表、交流电流表、温度表、真空压力表、使整个热泵系统的实时工作状态一目了然。
7）可模拟工业实际问题进行故障设置，学生根据工艺流程分析故障可能产生的原因，确定故障发生的范围，并进行排故实训。
2.技术性能：
1）输入电源：单相三线～220V±10%  50Hz
2）工作环境：温度-10℃～+40℃， 相对湿度＜85%(25℃)， 海拔＜4000m
3）装置容量：小于等于1.5kVA
4）制冷剂：R22
5）制热量：3kW
6）重  量：200kg
7）外形尺寸（大约）：180cm×73cm×164cm
8）安全保护：具有漏电压、漏电流过流保护装置，安全符合国家标准。
9）移动脚轮：100*60mm
3.基本配置及功能：实训装置主要由控制屏、实训桌、热泵机组等组成。
1）实训桌：实训桌采用优质工业铝型材组建而成，外形美观、耐腐蚀、结构强度高。桌面为防火、防水、耐磨高密度板，结构坚固，造型美观大方；桌面用于安装电源控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。实验台采用优质双层亚光密纹喷塑钣金件；实训桌还设有四个万向轮，便于移动和固定。
2）控制屏：采用铁质双层亚光密纹喷塑结构，优质亚克力面板，面板上激光雕刻有热泵机组系统工艺流程图，工艺流程原理图永不磨损，清晰、立体。面板上设有明确标识及相应指示灯，便于学生分析观察。
3）电源控制部分：交流电源：提供控制屏以及热泵机组工作所需的单相交流电源，可由电源总开关来控制。配有三位半数字式交流电压表和交流电流表，可指示输入电网电压值以及系统工作电流值。
4）测量仪表：
（1）数字式电压表：0～250V
（2）数字式电流表：0～10A
（3）真空压力表：-0.1～1.5MPa
（4）真空压力表：-0.1～3.5MPa
（5）数显温度表：采用PT100传感器，测量范围-50～+150℃
5）热泵机组：包含1匹全封闭制冷压缩机、冷凝器、视液镜、干燥过滤器、膨胀阀、手阀、蒸发器、压力控制器、除霜温控器等构成。另外系统还配备有储水水箱，以利于学生在做实训的过程中水的再循环利用。
4.实训项目：
1）热泵机组系统的认识和了解。
2）热泵机组系统启动、运行、调试、保护技术的实训。
3）热泵机组运行工况和运行参数的检测及分析。
4）热泵机组制热量、性能系数的计算与分析。
5）热泵机组系统故障的设置和检测。
五、总结
空气源热泵热水器为一种利用空气作为低温热源来制取生活热水的热泵热水器，主要由空气源热泵循环系统和蓄水箱两部分组成。空气源热泵热水器就是通过消耗部分电能，把空气中的热量转移到水中的制取热水的设备。近年来，国内外都在研究CO2热泵热水器。 [1]  文献 [3]  中指出，在蒸发温度0℃的条件下，把水从9℃加热至60℃，CO2热泵热水系统的COP值可达4.3。以周围空气为热源时，全年的运行平均供热COP值可达到4.0，与传统的电加热或者燃煤锅炉相比，可以节省75%的能量。