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節能技術 | 2015/9/11

不為人所熟知的熱泵技術之概述

 

 

    幾年來,隨著空氣源熱泵產品的市場升溫,空氣能的概念和產品也層出不窮,“絕對不用電輔的空氣能”、“可以加熱到80℃熱水的空氣能”、“在環境溫度0℃時性能系數可以達到3.0的空氣能”、“適合更高水溫和更低氣溫的特種工質空氣能”、“不用水箱直出水的空氣能”、“利用相變材料大量蓄熱的空氣能”等等,同時,市場上的用戶和部分經銷商給出了許多截然相反的結論:“熱泵節能不省電”、“熱泵就是電加熱”、“熱泵制熱水不夠用”等等,如同瞎子摸象,在不同的位置得出不同的結論,攪亂了剛起步的熱泵產品市場,混淆了許多經銷商和客戶對熱泵熱水機的認識。
    為了便于非專業人士更加準確和深入了解空氣源熱泵熱水機產品,現將空氣源熱泵的相關技術原理與產品知識總結成為相應的要點,并歸納成為一二三四幾個要點:包括一個原理、兩個重要的技術參數、三個計算公式、四個關聯因素。在此基礎上,通過對熱泵產品進行較為詳細的性能測試,得出一系列的計算分析結果,以便于用數據說明問題。 

 

 

 

 

 

一個原理:

熱泵是搬運和傳遞熱能的工具。

    毅建舒適系統體驗館認為這個說法比“吸收空氣能量制熱水”更透徹。它把熱能吸收和釋放的過程歸納總結為搬運,便于理解,更便于說明產品節能多少與熱泵原理沒有直接關系:利用熱泵可以節能,也可以不節能。因為熱泵是搬運工具,電能是它消耗的能量,而所搬運能量的多少是由其他因素決定的,不是直接與電能成比例變化的。就如同汽車運貨,汽車運行要消耗油,但汽車所搬運物品的價值卻是無法直接用油來衡量的。事實上,熱泵的輸入能源也不一定總是電,日本三洋公司就有直接用燃氣為能源的熱泵產品。

 

 

 

 

 

兩個重要的技術參數:

制熱量和性能系數。

    一個產品有很多需要了解的技術參數,包括耗電量、噪音、接口尺寸、等等,其中與產品性能最相關的參數就是“制熱量”和“性能系數”這兩個參數了?!靶阅芟禂怠保–OP)就是大家常說的“能效比”,而制熱量常常為初入門者所忽視,特別是熱泵額定制熱量一般是在標準工作狀況下標定的,如果不深入了解和掌握不同狀況下制熱量的變化,簡單套用額定制熱量去進行工程設計,就可能無法適應環境溫度的變化。

 

 

 

 

 

三個計算公式:

(1) 制熱量、綜合性能系數和瞬間性能系數
    制熱量=產水量×(終止水溫-初始水溫)
    相同水溫差狀況下,制熱量越大,產水量就越大。為保證足夠的產水量,需要選擇配套相應制熱量的機器。工程設計時應與設備供應方聯系,獲得不同環境溫度下的實際制熱量數據,保證所計算出的單位產水量的準確性。

 

(2) 整體性能系數=制熱量 / 耗電量
    =產水量×(終止水溫-初始水溫)/耗電量
    整體性能系數衡量空氣源熱泵熱水機產品在工作過程中整體的能效狀況。在給定環境溫度、終止水溫和初始水溫的狀況下,產品的產水量越大,整體性能系數越高,或者在相同產水量狀況下耗電量越低,產品整體性能系數越高。
特別值得說明的是:國標21362-2008中規定普通型循環加熱式空氣源熱泵熱水機有兩個不同的標準值:提供水泵的性能系數是3.6,不提供水泵的性能系數是3.7,因為提供水泵后的系統性能系數(COP)數值下降往往不止0.1,所以許多廠家說明熱泵機組性能系數時,均是用不提供水泵的測試值,這個數值不包含循環水泵輸入功率,實際上不是實際的整體性能系數。

 

(3) 瞬間性能系數=瞬間制熱量/瞬間耗電量
    =實時水流量×(出口水溫-進口水溫)/電功率

    瞬間性能系數是衡量空氣能熱泵熱水機產品在一定水溫狀況下運行的節能效果的具體指標。各個時段瞬間性能系數的疊加就是整體性能系數,分析瞬間性能系數的規律和發展變化有助于進一步全面了解整體性能系數。
    相同的進水溫度狀況下,增加實時水流量,一定范圍內出水溫度會適度減少,而瞬間制熱量可能會有所提高。但因為獲得大水流量所需要的水泵功率會增大,所以簡單增大水流量不一定會增大瞬間性能系數。一般工程設計中要求循環加熱式熱泵機組額定工況下的平均進出水溫差在5℃左右。

 

 

 

 

 

四個關聯因素:

機器性能、環境溫度、初始水溫和目標水溫
    產品實際狀態下的產水量與四個關聯因素有關:機器本身的制熱能力,機組工作時的環境溫度和工作過程中初始水溫、目標水溫。優化每一個因素都可以提高系統的實際產水量:

 

 

 

(1) 機器性能:

    熱泵機組工作性能有高低,優化后的機組名義工況下整體性能系數達到4.0以上,而有些小廠實驗室都沒有,只管粗制濫造地做生產,根本不進行性能匹配,性能系數連國標都達不到。
    機器性能的好壞是熱泵產品供應商重點考究的問題。優化機組性能、讓機組有更好的節能效果是一個扎扎實實做產品的工廠必須要做的功課,也應該是經銷商和客戶選擇產品的一個基礎條件。

 

 

 

(2) 環境溫度:

    環境溫度過高對機器設備壽命也會有影響,氣溫過低更會直接降低產品工作能力,但有人會問:既定的天氣狀況下如何優化空氣溫度呢?氣溫晝夜有溫差啊,相同電價狀況下,氣溫偏低時選擇在白天工作,產品制熱性能自然會更高一些啊。
    以晝夜氣溫平均相差5℃來看,圖一所示,同樣一個產品選擇提高5℃的環境溫度工作,產品制熱量可以增加5%-20%以上,尤其是冬季,制熱量隨氣溫的變化相當明顯。所以,學會分析環境溫度的高低對熱泵制熱能力的影響具有非常重要的實際意義。

 

 

 

(3) 初始水溫:

    一般來說,初始水溫越低整體性能系數越高,如圖所示,由15℃加熱到55℃整體性能系數為4.07,由35℃加熱到55℃整體性能系數就降到3. 30,如果由45℃加熱到55℃,機組的整體性能系數降到3.00,也就是說,如果消耗同樣電能,機組由于初始水溫的不同而出力有差異,同一個機組,加熱15℃水到55℃比加熱35℃水到55℃可以多增加了23%的制熱量,反之,如果總是將水由35℃加熱到55℃,相當于將機組制熱量消減20%以上,所以直接把冷水補進熱水水箱中混合成溫水后加熱,會降低機器能效,減少產水量。
    另外,需要指出的是,并不是降低初始水溫總有益處。比如循環加熱過程中, 25℃以下水溫機組瞬間能效比往往并沒有30℃的機組瞬間能效比高。還有一種情況,如果機組制熱能力低,比如在冬季,對于一次加熱式機組來說,初始水溫過低會引起溫差過大,水流量太小,常常會影響產品的性能系數。

 

 

 

 

(4) 目標水溫:

    目標水溫設得低一些可以省電。無論是一次加熱式還是循環加熱式,一般來說,目標水溫越高,設備整體性能系數越低,耗電量也越大,如圖三所示,水溫由15℃加熱到35℃整體性能系數可以達到5.25,由15℃加熱到55℃整體性能系數就降到4.07,也就是說,同一個氣溫狀況下同一個機組,在相同耗電量基礎上,將15℃水加熱到35℃可以比加熱到55℃多獲得29%制熱量。那些標稱能夠達到70℃、80℃的產品,即使在常規氣侯狀態下都能夠做到,其工作的能效比也是相當低的。

 

 

 

 

 

 

 





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