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网赚空气源热泵及其应用

2020-10-15 03:59

  空气源热泵及其应用_建筑/土木_工程科技_专业资料。本文介绍了有关空气源的相关知识及其应用。

  华北科技学院 空气源热泵及其应用 专业班级: 学生姓名: 学 号: 建能 B133 班 李新花 0 朱鸿梅 2016 年 6 月 24 日 指导教师: 完成时间: 目 录 1 1 1 1 2 摘要??????????????????????????? 0 引言?????????????????????????? 1 空气源热泵的原理及特点????????????????? 1.1 空气源热泵的工作原理????????????????? 1.2 空气源热泵的特点??????????????????? 1.2.1 空气源热泵空调系统的优点?????????????? 2 1.2.2 空气源热泵空调系统的缺点???? ?????????? 2 2 空气源热泵的主要分类??????????? ??????? 2 2.1 空气-空气型空气源热泵 ?????????? ?????? 2 2.2 空气-水型空气源热泵 ????????????????? 2 3 3 空气源热泵机组变工况特性???????????????? 3.1 热源温度变化对机组供热能力的影响??????????? 3 3.2 热源温度变化对机组制冷能力的影响??????????? 3 4 空气源热泵机组冬季除霜控制???????????????? 4 4.1 时间-温度法?????????????????????? 4 4.2 模糊智能控制除霜法?????????????????? 4 5 空气源热泵的低温适应性????????????????? 4 5.1 空气源热泵在寒冷地区应用存在的问题?????????? 4 5.2 改善空气源热泵低温运行特性的技术措施????????? 5 6 结语??????????????????????????? 5 参考文献?????????????????????????? 5 1 空气源热泵及其应用 摘要:空气源热泵空调是主要的地位热源之一。空气源热泵技术是基于逆卡诺循环原理 建立起来的一种节能、环保制热技术通过自然能(空气蓄热)获取低温热源,经系统高效 集热整合后成为高温热源,用来取(供)暖或供应热水,整个系统集热效率甚高。空气源 热泵系统简单,投资较低,节能环保,不受地域和时间的限制,发展速度迅猛,发展势 头强劲,在国内有比较广阔的发展空间。 关键词:空气源热泵;空调;应用;机组 Air source heat pump and its application Abstract: the air source heat pump air conditioning is one of the main position heat source, air source heat pump technology is based on the principle of inverse Carnot cycle set up a kind of energy-saving, environmental protection heating technology by natural energy (air heat get a low temperature heat source, the system efficiency and heat integration as high temperature heat source, used to take (for warm or hot water supply, the system heat collecting efficiency is very high. Air source heat pump system is simple, low investment, energy saving and environmental protection, is not subject to geographical and time constraints, the rapid pace of development, the strong momentum of development, in the country has a relatively broad space for development between. Key words: air source heat pump; air conditioning; application; energy saving 0 引言 当今社会科技高速发展,据统计,我 国历年建筑能耗在总能耗中的比例是 19%-20%左右,平均值为 19.8%。其中,暖 通空调的能耗约占建筑总能耗的 85%。在 发达市,夏季空调、冬季采暖与供热所消 耗的能量已占建筑物总能耗的 40%-50%。 特别是冬季采用的燃煤锅炉、燃油锅炉的 大量使用, 给大气环境造成了极大的污染。 人类赖以生存的环境日益恶化,人们越来 越意识到环境保护的重要性。 高效、 节能、 环保的空气源热泵技术逐步受到人们的青 睐,热泵空调高效节能、不污染环境,真 正做到“一机两用”(夏季降温,冬季采 暖)此项技术以吸收空气中大量的热能作 为主要能量,在工作中没有噪声,不产生 废气,不污染环境。空气源热泵的使用是 替代传统的制冷机+锅炉的建筑物空调、 采 暖、供热模式,是改善城市大气环境、节 约能源的一条有效途径。 1 1 空气源热泵的原理及特点 1.1 空气源热泵的工作原理 空气源热泵是由压缩机、换热器、节 流器、吸热器、压缩机等装置构成了一个 循环系统。冷媒在压缩机的作用下在系统 内循环流动。它在压缩机内完成气态的升 压升温过程,然后进入换热器后释放出高 温热量加热水,同时自己被冷却并转化为 流液态,当它运行到吸热器后,液态迅速 吸热蒸发再次转化为气态,同时温度下降 至零下 20℃-30℃,这时吸热器周边的空 气就会源源不断地将低温热量传递给冷 媒。冷媒不断地循环就实现了空气中的低 温热量转变为高温热量并加热冷水过程。 冬季空气源热泵以制冷剂为热媒,吸 收空气中的热能并在蒸发器中间接换热, 通过压缩机将低温位的热能提升为高温位 热能,加热系统循环水(在冷凝器中间接 换热),从而达到所需温度。 夏季空气源热泵以制冷剂为冷媒,吸 收空气中的冷量并在冷凝器中间接换热, 通过压缩机将高温位的热能降为低温位的 冷能,制冷系统循环水(在蒸发器中间接 换热),从而降到所需温度。 图 1.1 空气源热泵的工作原理图 1.2 空气源热泵的特点 1.2.1 空气源热泵空调系统的优点 首先空气源热泵空调系统高效节能, 运行可靠:变频技术、数码涡旋空气源热 泵技术、双机压缩技术、准二机压缩、喷 液增焓、喷液汽化冷却技术的不断发展, 极大地丰富了热泵技术,加之热泵系统的 优化设计、精心制造、模块化组合,机组 互为备用等先进技术的应用,很大程度上 提高了空气源热泵机组运行上的可靠性, 保证了热泵系统可靠、高效、节能运行; 节约投资:一机两用,夏季供冷、冬季供 暖,节约初投资。 其次节约建筑面积,外墙面、层顶等 均可放置, 不需专用机房, 节约建筑空间; 洁净环保,风源系统,无需冷却水系统和 锅炉房加热系统; 只使用电力, 环境清洁, 大大提高了机组的环境相容性。而且适用 性广泛:不同系列、规格的空气源热泵机 组,根据不同的气候条件和地理环境设计 生产,无须统一供应热源或冷源介质,因 此,便于小型化,用户选择余地大,适用 范围更广泛。 1.2.2 空气源热泵空调系统的缺点 空气源热泵主要缺点是空气热容量 小,为了从空气中获取所需要到热量,换 热器的体积大,风机的风量也大,因此, 噪声也大。 空气是有一定湿度的,当空气温度较 2 低,空气温度变化大,热泵的供热性能下 降时,建筑物的供热需要反而较大;当空 气侧换热器表面温度低于露点温度且低于 0℃时, 换热表面会结霜。 使流动阻力增大, 而且随霜层的增加而热阻提高。结霜将严 重影响换热器的正常工作,而除霜过程对 机组的正常供热产生负面影响,并对压缩 机及四通阀的稳定运行也有不良影响。因 此空气热源泵受到气候条件的制约。 作为空调系统的冷热源方面的设备投 资,空气源热泵冷热水机组造价较高,比 水冷式机组加锅炉的方案的系统综合造价 贵 20—30%,如只算冷热源设备,热泵的 价格约为水冷机+锅炉的 1.5-1.7 倍。 空气 源热泵冷热水机组常年暴露在室外,运行 条件比水冷式冷水机组差,其寿命也相应 要比水冷式冷水机组短。 2 空气源热泵的主要分类 2.1 空气-空气型空气源热泵 空气 - 空气型空气源热泵原理图见图 2.1。它是在单冷型的空调器基础上发展 的,一般来说,其作为夏季空调器的功能 较好,通常是用用四通阀转换夏季空调工 况和冬季供热工况,四通阀也可兼用于冬 季除霜工况。 空气 - 空气型热泵最大的优点就是结 构简单,安装方便。从原理上讲,空气 空气系统适于夏季空调,而不适合冬季供 热。 图 2.1 空气-空气型空气源热泵 2.2 空气-水型空气源热泵 空 气 - 水 型 空气 源 热泵 原 理 图 见 图 2.2。 与空气-空气型热泵相同, 空气-水型 热泵一般也是用四通阀转换夏季空调工况 和冬季供热工况,四通阀也可兼用于除霜 工况。它们的主要区别是室内换热器,不 是风冷式而是循环水式。循环水式是以水 为传热介质,可降低冷凝温度,采用水冷 的冷凝器, 可在 40℃的冷凝温度下, 产生 35℃的热水,提供给地板采暖,形成从下 到上的自然对流, 可有较好的采暖舒适度, 也提高热泵的制热系数。到夏季,用冷水 进入室内风机盘管,冷风从上至下,也有 较好的舒适度。空气-水系统出现的较晚, 它在一定程度上克服了空气 -空气型热泵 的缺点,比较适合冬季供暖的要求,如果 设计得当,这种热泵有着如下的优点。 (1)因配备了变速压缩机和电子膨 胀阀,使热泵具有“广谱”性能。室外温 度低时仍能工作,并通过提高压缩机的转 速,适当增加输出的热量。 (2)因为采用地板散热,没有吹风感。 35℃的热水进入地板散热系统,房间可达 到 22℃,也不感到干燥。 (3)湿度大时同空气-空气热泵一样需 要频繁除霜。由于有一个比较大的水箱作 为蓄热装置,除霜需要的热量取自水箱, 不会导致室内温度波动。 也没有空气-空气 型热泵的室内换热器在除霜时的噪声等 等。 (4) 今后我国可能采用 R32 或 R290 等工质用于民用或商业制冷空调产品,在 蒸发器中直接膨胀吸热,但由于 R32 和 R290 的可燃性带来的安全隐患不可避免。 水冷系统以水作为载冷剂传输冷热量,可 以避免工质直接进入生活区,提高系统安 全性。 央空调系统中介质的温度不同时,机组的 制热量和输入功率会随之变化,如图 3.1 所示。 (1)空气源热泵机组的制热量会随室 内温度的增高而减少。室内温度增高提高 冷凝温度,冷凝温度提高后的工质液体节 流以后其干度增加,液体量的减少导致系 统从环境中吸收的汽化热减少,制热量也 相应减少。 (2)空气源热泵机组的输入功率随室 内温度的增高而增加。冷凝压力相应提高 后压缩机的压力比增加,压缩机对每千克 工质的耗功增加,导致压缩机输入功率增 加。 (3) 空气源热泵机组的制热量会随环 境温度的降低而减少。环境温度的降低降 低蒸发温度,蒸发温度降低后压缩机的吸 气温度也下降,吸气比体积增加使工质流 量下降,制冷量相应减少。 (4) 空气源热泵机组的输入功率随环 境温度的降低而下降。环境温度降低时, 系统的蒸发温度降低,使压缩机的制冷剂 流量减少,压缩机的输入功率也就下降。 图 2.2 空气-水热泵流程图(冬季工况) 图 3.1 空气源热泵机组制热特性曲线 空气源热泵机组变工况特性 3.1 热源温度变化对机组供热能力的影响 在实际工作时,当环境温度不同和中 3 3.2 热源温度变化对机组制冷能力的影响 图 3.2 所示是空气源热泵机组的制冷 特性曲线图,此时的高温热源温度为室外 环境温度,低温热源温度就是室内空气湿 球温度。机组按制冷工况运行时的变工况 特性: (1) 机组的制冷量随室内湿球温度的 上升而增加。 (2)机组的输入功率随室内湿球温度 的增加而增加。蒸发温度提高后吸气比体 积减少,工质的循环量增加,压缩机的输 入功率增加。 (3)机组的制冷量随环境温度的降低 而增加。 环境温度降低相应降低冷凝温度, 工质液体节流以后其干度减少,液体量的 增加导致系统从室内空气中吸收的汽化热 增加,机组制冷量也相应的增加。 (4)机组的输入功率随环境温度的降 低而下降。环境温度降低时系统冷凝温度 降低,系统冷凝压力下降,压缩机对每千 克工质的耗功减少,压缩机的输入功率下 降。 热泵制热时间均达到设定值时, 开始除霜。 这种方法由于盘管温度设为定值,不能兼 顾环境高低和湿度的变化。在环境温度不 低而相对湿度较大时或环境温度低而相对 湿度较小时不能准确把握除霜点,容易产 生误操作。而且这种方法对温度传感器的 安装位置较敏感。常见的中部位置安装, 易造成结霜结束的判断不准确, 除霜不净。 4.2 模糊智能控制除霜法 将模糊控制技术引入空气源热泵机组 的除霜控制当中。整个除霜控制系统由数 据采集与 A/D 转换、输入量模化、模糊推 理、除霜控制、除霜监控及控制规则调整 5 个功能模块组成。通过对除霜过程的相 应分析,对除霜监控以及控制规则进行修 正,以使除霜控制自动适应机组工作环境 的变化,达到智能除霜的要求。这种控制 方法的关键在于怎样得到合适的模糊控制 规则和采用什么样的标准对控制规则进行 整改,根据一般经验得到的控制规则有局 限性和片面性。若根据实验制定控制规则 又存在工作量太大的问题。 5 空气源热泵的低温适应性 5.1 空气源热泵在寒冷地区应用存在的问 题 我国寒冷地区冬季气温较低,而气候 干 燥 。 采 暖 室 外 计 算 温 度 基 本 在 -5 ~ -15℃, 最冷月平均室外相对湿度在 45%~ 65%之间。 在这些地区选用空气源热泵, 其 结霜现象不太严重。但却存在下列一些制 约空气源热泵在寒冷地区应用的问题。 (1)当需要的热量比较大时, 空气源热 泵的制热量不足。 建筑物的热负荷随着室外气温的降低 而增加,而空气源热泵的制冷量却随着室 外气温的降低而减少。 当冷凝温度不变时, 室外气温的降低,使其蒸发温度也降低, 引起吸气比容变大;同时,由于压缩比的 变大,使压缩机的容积效率降低,因此, 空气源热泵在低温工况下运行比在中温工 况下运行时制冷剂流量要小。 (2)空气源热泵在寒冷地区应用的可 靠性差。主要体现在以下几个方面: 4 图 3.2 空气源热泵机组制冷特性曲线 空气源热泵机组冬季除霜控制 空气源热泵除霜及除霜控制问题是空 气源热泵改善之热性能、提高运行可靠性 的关键问题。实验表明,除霜增加的能耗 占整个供热季节总能耗的 10.2%。 4.1 时间-温度法 这是一种普遍采用的除霜方法。当除 霜检测元件感受到换热器翅片表面温度及 ?空气源热泵在保证供一定温度的热 水时,由于室外温度低,必然会引起压缩 机压缩比变大,使空气源热泵机组无法正 常运行。 ?由于室外温度低,会出现压缩机排 气温度过高,而使机组无法正常运行。 ?会出现失油问题。 (3)在低温环境下,空气源热泵的能 效比(EER)会急速下降。 5.2 改善空气源热泵低温运行特性的技术 措施 要使空气源热泵机组在寒冷地区具有 较好的运行特性和可靠性, 在机组设计时, 必须考虑寒冷地区的气候特点,在压缩机 与部件的选择、热泵系统的配置、热泵循 环方式上采取技术措施,以改善空气源热 泵性能,提高空气源热泵机组在寒冷地区 运行的可靠性和低温适应性。 目前,常采用的主要技术措施有: (1)在低温工况下,加大压缩机的容 量。在蒸发温度和冷凝温度一定时,系统 内工质的质量流量会随着压缩机容量的增 大而增大。因此,机组的制热能力也会随 工质质量流量的增大而增大。 (2)喷液旁通技术。 可以扩大空气源热 泵在低温环境下的运行范围,提高大约 15%的制热量, 与单位压缩循环相比, 性能 几乎不受影响。 (3)加大室外换热器的面积和风量。 PID 和模糊控制技术等。另外机组应考虑 专用化。 总的来说,国产机组普遍存在效率较 低、可靠性较差及故障较多等问题,特别 在较低环境温度的制热工况运行时,这些 问题更加突出。经过最近十余年的发展, 现在有必要对国产机组进行回顾和总结, 并对未来的发展做出一些展望,这对提高 国产机组的质量将有所裨益。 参考文献: [1] 单勇.浅谈空气源热泵空调系统.商品 与质量学报.2011:177~178 [2] 陈长风, 谈空气源热泵技术及其应用. 山西建筑学报.2014,40(35):146~148 [3] 李素花,空气源热泵的发展及现状分 析.代宝民,马一太.制冷技术学 报.2014,34(1):42~48 [4] 张昌, 热泵技术与应用.第二版.北京: 机械工业出版社,2015 [5] 姚杨,暖通空调热泵技术.第一版.北 京:中国建筑工业出版社,2013 [6] 刘康,吕静.空气源热泵除霜研究[J]. 制冷与空调,2011(8) 6 结语 空气源热泵冷热水机组在我国的发展 仅有十多年的历史,但由于其优点独特, 发展速度迅猛,发展势头强劲,因此在我 国内有比较广阔的发展空间,国内市场潜 力很大。目前国产空气源热泵、网赚。热水机 组的技术水平和技术含量均不太高,因而 机组在效率和可靠性等方面并不理想,有 待进一步提高。 国产机组的发展方向应考虑高薪技术 的应用和独立研发能力的建立。目前适合 机组使用的新技术有:变频技术,电子膨 胀阀,抑制结霜技术,适应变频的新型压 缩机、 风机和点击, 两相流和变流量技术, 5

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