空氣能商用熱水器直熱和循環的基本區別

　　在空氣源熱泵熱水機的選型問題上，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? 我們請既做過循環熱泵，又做過直熱式熱泵熱水機的技術專家，來回答這個問題。

　　空氣源熱泵熱水機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，熱泵熱水機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。

　　運行時究竟有什么不同?

　　既然要說到直熱和循環的比較和選擇問題。就要先溫習一下功課，直熱和循環在工作方法上，究竟有什么不同?讓我們重溫一下兩種工況的工作原理——如下圖所示：

　　(1)循環式

　　(2)直熱式

　　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。

　　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。

　　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?套用美的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?”

　　數據困境與無謂的比拼

　　寫到這里，也還并不能證明直熱就一定比循環更先進。相反，還有很多“例證”是證明循環優于直熱的。筆者就看到這樣一組數據：

　　假設環境溫度為20℃，水溫從20℃加熱到50℃，一定量的水需要60kJ的熱量為例，兩種運行方式耗能結果比較如下。

　　a.恒溫出水式(直熱式熱水機組)

　　恒溫出水式即相當于是把熱量從20℃的空氣中直接轉移到50℃的熱水中，此時設備的實際能效比約為3.5W/W，則總共60kJ的熱量需要耗能為：60÷3.5=17.1kJ

　　b.循環加熱式(循環式熱水機組)

　　循環加熱方式水的加熱過程可理解為把20℃空氣中的熱量分別轉移到25℃、30℃、

　　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。

　　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

　　35℃、40℃、45℃、50℃的水中。各階段的能效比、能耗和總能耗如下表所示：

　　加熱區間 20-25℃ 25-30℃ 30-35℃ 35-40℃ 40-45℃ 45-50℃

　　熱量 10kJ 10kJ 10kJ 10kJ 10kJ 10kJ 60kJ 能效比 7.3W/W 6.3 W/W 5.5 W/W 4.7 W/W 4.1 W/W 3.5W/W 4.8W/W

　　能耗量 1.4kJ 1.6kJ 1.8kJ 2.1kJ 2.4kJ 2.9kJ 12.2kJ 上面的一組數據似乎代表了另一種觀點，那就是循環式只是在最后階段效率才與恒溫出水式接近，而加熱過程的其它階段效率均遠高于直熱式。這樣看來，循環比直熱更節能了。 帶著這個問題，筆者采訪了一位參與起草國家熱泵標準的專家。他談到了這樣兩個“行業問題”，這兩個問題聽起來荒謬，實則在情理之中。

　　①在國家標準沒有正式出臺之前，目前很多企業都有自己測算的COP值。對直熱而言，COP值很好測試，但循環式的機組，如何測試COP值呢?循環式熱泵因為要有前期拉循環的不出水時間，要測標準COP值必須有一個特殊的試驗室，但問題是，這個傳說中的實驗室，目前只有合肥通用機械研究所才有。換句話說，不到合肥所做測試，根本不可能有一個科學的COP值!試問有幾個做循環熱泵的廠家能夠把機器拿到標準試驗室做測試?

　　②在即將出臺的國家標準中，熱泵能效比是不計算水泵功率的。而在較低的水溫下，COP值很大的時候，水泵的功率將是一個很大的數值，不能被忽略掉。但現在的多數情況，這個能耗被有意地忽略了;這導致熱泵的節能效果會打一個折扣，基本上都達不到計算的理論值。“在實際工程中，熱泵比鍋爐到達節能40%就很好了。”這是不少業內人士在實踐過后最深刻的感受。

　　測試的難題和測試方法的不科學、不統一，使直熱和循環這兩種差異單純的機型，在路線的對比和選擇上更處于混沌狀態，究竟哪種模式更好?公有公理，婆有婆理。

　　直熱式出水量不夠嗎?

　　從以上我們似乎可以看到，直熱式熱泵，因其對壓縮機的保護得力，比循環式更有應用的前景。但既然如此，為什么大多數企業在選型時，都選用了循環式呢?

　　一位業內人士道出了其中的玄機：因為多數熱泵生產廠家，都是從空調生產企業轉型而來。這類企業最大的問題，就是習慣用做空調的思維來做熱泵，這是整個熱泵行業存在的諸多技術問題的根源。

　　第二個問題，就是這類廠家，通常不懂水系統。

　　循環式針對直熱指出的最大的問題，就是直熱式熱泵的出水量不夠。其實，針對這個問題，就是不懂水系統也可以回答。為什么，因為大自然有能量守衡定律。壓縮機的功率一樣，做的功也一樣，產生的熱量應該一樣。假設傳熱的效率一樣，那么，無論是直熱式或者循環式，生產的熱水應該是一樣多的——就是有些差距，也不會太大。

　　反過來，如果做不到一樣多，一定是水系統的設計出了問題——而不是選擇直熱或循環的問題

　　直熱式的熱泵系統，通常是通過控制水的流量來提高水溫，從而使水溫一步到位。而出水量的問題，完全可以通過水流控制閥調節水系統，做到在相同的時間內相同的出水量。在實際的過程中，尤其是大型熱水工程中，循環如果不妥善運用熱水系統，照搬原理圖，不管多少臺機大量循環加熱，第一次產水時機組都會造成十幾小時不停。假定水溫定在55℃停機、45℃到50℃啟動再加熱，這樣長期工作下來系統能效比非常差。而直熱調節好水系統后，在一個恒定的工況下，更適合24小時的連續運轉，壓縮機也不會有更重的負荷，因此直熱式熱泵并不會存在出水量不足的情況。

　　毫無疑問，直熱式熱泵熱水機在工作時能夠解決，或繞開熱泵最核心的技術難題，理所當然的是未來熱泵熱水技術發展的方向。隨著實踐的增多，相信業內人士會越來越多地認識到直熱式熱泵的優勢，從而將技術發展的方向轉移到正確的地方上來。