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    空氣能熱水器商用機直熱和循環的基本區別

    作者:東莞熱水工程網點擊: 發布時間:2018-08-20 16:38

      在空氣源熱泵熱水器的選型問題上,大多數機型都選用的是循環加熱的模式進行。特別是在一些大型的商用項目上,循環式熱泵更是一統天下,幾乎沒給直熱式熱泵一點生存空間。但即便如此,仍有部分企業堅持發展直熱式熱泵熱水機,并促使直熱式熱泵的發展路線逐漸明晰起來:過去少人問津的直熱式熱泵,可能成為未來熱泵熱水機的主力——那么,循環式熱泵和直熱式的區別究竟在哪里?直熱式的熱泵是未來的方向,其中的原因又是什么?

    空氣能熱泵結構圖

      空氣源熱泵熱水器從起初的盤管式演化至今,其運行模式大至分成兩種,一種是直熱式,一種是循環式。關于兩種機器的性能及實際工程比較,一直以來眾說紛紜,莫衷一是。循環和直熱,究竟哪種方式更好?大多數工程機都選用循環式的原因是什么?誰是真正的未來之王?長期以來一直是整個行業困惑的問題,然而,又沒有真正搞清楚。

      我們知道,熱泵熱水器的整個系統包括熱泵、水箱、電磁閥、循環泵和管網構成,無論是直熱還是循環,工作原理都大同小異,區別只在水系統這一塊,水系統工作情況的不同,直接決定了直熱和循環的不同,繼而影響到整體的運行效果。

      直熱式熱和循環式熱泵運行時究竟有什么不同?

      說到直熱和循環的比較和選擇問題,直熱和循環在工作方法上,究竟有什么不同?讓我們來看一下兩種工況的工作原理——如下圖所示:

      (1)循環式熱泵

      (2)直熱式熱泵

      從結構上看,直熱式比循環式少了一個循環水泵,這個很自然,也好理解。但他們之間最大的區別,還在于:當進水溫度高于45℃的時候,工況完全不同。

      ①直熱式機組進水溫度低而出水溫度高:兩者通常在20℃—60℃。而循環機組最初工作時,進水溫度也可能是20℃,但隨著一次次的拉循環,進水溫度不斷提高,隨著溫度的遞增,循環式熱水機組對應的冷凝溫度也迅速增加。

      ②也就是說,直熱式的高溫冷媒從壓縮機排出后,總是和20℃的水進行熱交換,交換的結果是:冷媒的溫度降低為40℃。而循環式則不同,循環式的高溫冷媒一開始也和20℃的水進行熱交換,但隨著自己的做功,發生熱交換的水溫越來越高。冷媒的熱交換效率出現下降,特別是水溫升高到50℃時,冷媒經過熱交換后溫度仍然高達75℃,最少也有60℃,冷媒放熱的值明顯不夠。

      以上分析說明了什么呢?說明了當出水溫度不高的時候——比如在45℃以下,循環和直熱具有相似的工況及能效。而當水溫升到45℃以上,循環式的熱泵壓縮機的工作溫度和壓力都在不斷提高。壓縮機的工作條件隨著水溫的不斷提高開始變得惡劣起來。

      A、保護壓縮機

      根據傳熱工質(例如R22)的特點,飽和溫度與飽和壓力式呈單值函數關系。當溫升到一定程度冷媒得不到充分交換時,飽和壓力必然增加,甚至超出壓縮機的工作曲線范圍,勢必造成壓縮機的過負荷運行。但凡從事過技術的人都知道,壓縮機長期高溫高壓運行,勢必影響它的工作和壽命,然而很可惜,循環式的熱泵熱水機,應對這樣惡劣的工況缺是家常便飯。

      在實際的工程案例中,除了一些恒溫池熱水之類需求溫度不高于45℃的工程外,大部分的工程40%運轉時間是在高溫水區(48-60℃),這樣系統長期處于高冷凝溫度工況下,壓縮機排氣溫度過高使得壓縮機面臨更多的耗功,潤滑發熱油更容易碳化,機組效率安全性和使用壽命也大幅度下降。

      在這里,直熱式的好處就體現出來了。因為直熱式熱泵熱水機的壓縮機在基本恒定的壓力和溫度下工作,壓縮機的工況也穩定,在短短的5~10分鐘之內,通過一個恒定的冷媒進出溫度,壓縮機即達到一個穩定的運行負荷,然后可以長時間運行。再者低溫自來水直接吸收高溫冷媒的熱量,冷媒能夠得到充分冷卻,系統高壓壓力降低,壓縮機克服系統壓力所消耗的電能比較少,從而延長了壓縮機的壽命,也減少了高壓保護的頻率和壓縮機爆缸事故的隱患。

      B、提高化霜效率

      在冬季,結霜是威脅熱泵熱水機工作的主要殺手,化霜是熱泵的常備手段。

      化霜的方式,不外電輔和反向化霜兩種,目前這兩種方式都不是最好的,但限于目前的技術水平,又沒有什么辦法可以完美的解決這一問題。要么是顧到了化霜的效果,就忽略了節能的效果;要么是可以實現完全的化霜,但又以犧牲整個機組性能為代價。

      選擇化霜的方式,是解決化霜問題的一個努力方向,另一個方向是提高化霜的效率。

      在這方面,直熱式又體現出了它的優勢,為什么?因為直熱式熱泵的冷凝溫度低,當低溫的冷媒通過膨脹閥回到蒸發器后,蒸發的效率趕不上高溫的冷媒,為了解決這一問題,直熱式熱泵需要擴大蒸發面積。通常的辦法,是采用額外的蒸發器機組,從空氣中吸收熱量化霜。或者干脆采用雙蒸發器,一個做主一個為副,這樣可以避免反向除霜面臨的諸多技術困境,比采用電熱絲化霜更加節能。

      C、擺脫“谷輪”依賴癥?

      由此可見,直熱式最大的好處,還在于可以讓壓縮機在一個穩定的工況下運行,最大限度地保護壓縮機。但更重要的是,它也降低了壓縮機的工作要求和性能參數,因此有企業開始嘗試用普通空調的壓縮機,或者是性能差異不大的壓縮機來做熱泵的主機,而不是采用目前市面上大多數企業采用的“谷輪”耐高溫高壓的壓縮機,并且取得了初步成功。

      一臺谷輪渦旋壓縮機的價格,是同等功率壓縮機的幾倍,如果能夠解決用普通空調壓縮機或近似機型代替熱泵壓縮機的話,熱泵熱水機的成本將大幅度下降,為熱泵在民間普及創造了條件。

      使用谷輪壓縮機,這是整個熱泵熱水機行業的慣例。谷輪壓縮機耐高溫高壓的性能,使它在面對循環機組長時間惡劣工況時能夠保證機組的正常運行。但如果要問為什么都要用谷輪壓縮機,得到的回答很可能是:“因為大家都在用”。實際情況究竟如何?套用某熱水器品牌廠家工程師的一句話來說“在這個行業,真正在深入研究技術的企業,會有多少?”

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