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新闻中心

为什么低温热泵在-25℃环温下的制热能力早已不需怀疑?

来源: 时间:2017-07-24 15:08:04

“空气源热泵是南方产品,在北方-25℃能用吗?”“所谓的低温热泵采暖机和普通的空气能热泵有何区别?”“既然普通热泵热水机也能把水加热到55℃,那为什么不能用于冬天采暖?”类似这样的问题,经常出现本刊的新媒体后台。这既能说明越来越多的人在关注我们行业,又能够发现他们对空气能产品的认识还严重不足。

既然是“低温机”,和普通热泵的区别肯定在“低温环境下的制热量和可靠性”。那么从“低温空气能热泵”这个产品定义来说,北京在“煤改电”的技术路线中给出了明确的概念。主要包含:


  • 依据GB/T 25127.2规定的名义工况进行制热性能的检测,实测制热量应不低于名义值的95%,实测消耗总电功率应不超过名义值的110%,实测名义工况制热COP大于2.1,低温工况制热COP大于1.6。

  • 要求设备在-25℃能够正常启动和运行。对遇有极寒天气时,要能够启动电辅加热,确保出水温度。

  • 设备要有可靠的融霜控制装置,融霜时间不能超过运行周期的20%。


而造成低温热泵和普通热泵性能差异的核心部件,就是压缩机。近年来,随着搭载了喷气(或喷液)增焓技术、变频技术的热泵专用压缩机开始普及,早已不能再用过去的老眼光来看待空气能热泵了。那么,今天我们来分辨一下,和普通热泵相比,低温热泵为何能在更低环温下工作?是不是说低温热泵就可以“完胜”普通热泵


普通热泵低温工况下为何运行难?


我们先说普通热泵在低温工况下运行主要有哪些问题。


首先是制热能力。压缩机的吸气流量和蒸发温度是成正比的,环境温度越低吸气流量越低,制热能力越差。另外,当蒸发温度降低的时候,电机的发热是不变的,还是那么多,而系统质量流量却在下降。


假如蒸发温度在-5℃时,质量流量是50KG/S,当蒸发温度降到-30℃时,质量流量有可能只剩下20KG/S了。这个时候电机的发热量是几乎没什么变化的,但用来冷却电机的制冷剂的流量却减少了,对应的每一公斤制冷剂的加热量会增加,因此排气温度也会升高。吸气受热后密度会下降,相当于实际上制冷剂的流量下降的更多,这也是为什么温度越低制热能力会越来越差的原因。


其次是可靠性。刚说了蒸发温度越低的时候压缩机的吸气流量是减少的,这时候排气温度会升高,压缩比变大,这时候压缩机内的润滑油容易膨化,然后黏性下降,这样也就导致涡旋盘的磨损会变得严重,从而影响主机的稳定、可靠运行。


还有就是运行宽度。任何产品在设计时都有一个安全区间,就是说在这个区间内运行是安全的,而一旦超出了这个区间范围,则可能出现意外。常规热泵的压缩机在设计时也有一个安全的运行范围,如果在蒸发温度较低的环境中运行,可能一降温马上就不能工作了。这就不仅仅是可靠性的问题了,而是能不能用的问题。


低温热泵如何解决这些问题?


低温热泵之所以能在更低环温下正常运行,就是相应地解决了常规热泵遇到的几个问题——由于蒸发温度低、吸气流量少、压缩比大、排气温度高导致的制热量不足、COP低及运行不稳定。


首先是内部结构设计上。蒸发温度越低,压缩比越大,而如果要在更低蒸发温度下工作,压缩比就要做的更大。所以,低温热泵压缩机的涡旋盘型线会设计的更大一些。可能普通热泵压缩比只做到2.3左右,但低温热泵会做的更高一些。这样就意味着在蒸发温度更低的情况下,低温热泵能够得到更高的工作效率,也能够有更低蒸发温度的工作范围,适应温差较大的工作环境。


其次就是采用喷气增焓技术。喷气增焓就相当于在蒸发温度特别低的时候,通过外界冷媒引入进来,同时冷凝器的支路分成两路——一路用来过冷主回路的制冷剂,增加过冷度,扩大与环境温度的换热温差,提升制热量;另外一路用来冷却主回路的冷媒,减少涡旋盘的压缩比。这样就可以通过喷射进来的新压力降低压缩腔的实际吸气压力,压缩比也减少了,所以功耗、排气温度及功率都会有显著下降。同时,制热量也会提升,因为制热量的提升就来源于主回路过冷度的增加。


这样一来,由于有更低蒸发温度工作范围,并且在低蒸发温度时还保持着较高的制热量,所以低温热泵在温度较低的北方地区也能够稳定、可靠运行,COP也比较高


低温热泵并不能“完胜”普通热泵


低温热泵运行范围更广,低温环境下制热能力和COP更高,似乎低温热泵在和普通热泵的PK中可以完胜。但实际上,这样的理解是有误的。我们在选择产品时不能只考虑安全范围,还要考虑经济性。


普通热泵出于系统的简化、成本的节省,很多时候不会采用喷气增焓技术。这样在温度很低的环境下就会超出工作范围,可靠性没有保障甚至完全不能工作。这种情况下低温热泵肯定可以KO普通热泵。


但如果是在较高蒸发温度环境下工作呢?像长江流域甚至以南地区,最冷月温度也就在0℃左右,如果用低温热泵的话,设备成本上额外增添了不少,客户要多花钱——这可能还会影响到是否能拿下工程。而且,南方就是出现低温天气,时间都不会很长,这时候完全没必要用低温热泵,启动辅助热源(电加热)就可以了。


此外,低温热泵在蒸发温度较高的环境下工作,运行效率可能还不如普通热泵。由于喷气增焓技术是对涡旋盘中间压力腔进行补气来增加排气量,因此当蒸发温度过高时,EVI喷射打开后的中间补气压力有可能低于涡旋EVI喷射口时的压缩压力,这时候EVI将不能实现喷气功能,而且此时压缩机打开EVI喷射对于制冷量和能效是不利的,其喷射打开后的临界点跟系统的运行压缩比以及EVI涡旋喷射口的设计有关。


优质低温热泵及采暖系统构成



① 专用热泵压缩机&电子膨胀阀



压缩机是空气能机组的心脏零部件,其运行工况性能决定了机组的制热能力。除了上文介绍的喷气增焓压缩机,在农村煤改电市场上,变频压缩机也受到欢迎。据了解,为了保证在广大农村的低电压下和不稳定电压下正常启动,2017年招标中,北京市政府鼓励使用变频式空气能热泵,各区在评标时可对使用变频式空气能热泵给予加分。


变频机组与电子膨胀阀配合使用时才能真正的将因为变频而带来的能效提升到最高水平。定频机多使用热力膨胀阀,而热力膨胀阀的有效调节范围一般在50~100%之间,在小于50%以下的负荷的情况下温度控制波动很大,而电子膨胀阀则可以在10~100%的负荷区间控制,甚至可以达到5%,所以如果节流阀不采用电子膨胀阀,能效将受到很大影响。



② 机组控制器



对于一台热水机来说,电控主要以水箱温度来进行控制就好了,对于采暖机组,摆在面前需要考虑的可不仅仅是水箱温度,控制面板的设计考虑进出水温差、末端联动、电子膨胀阀调节过热度的跟随性、灵敏性、喷气增焓电磁阀何时打开、开闭频率是什么、如何控制尽量小的排气温度波动、压缩机回油回液情况等等。因此有企业专门推出了针对煤改电采暖定频机组和变频机组的控制面板,大多数具有WI-FI远程控制功能,以适应多变的工作环境。



③ 换热器



在换热器方面,空气能采暖机组在考虑压机回油因素的同时多数会选用传热系数在2000~4650W/(㎡*K)的板式换热器或高效罐换热器。同时,有些换热器企业推出适用于R410A等环保冷媒的产品,在低温环境下能够提高制热性能系数、降低压缩机的排气温度,使系统的低温制热性能和可靠性都得到明显的提高。




④ 风机



要保证低温下的制热性能,更大的进风量也是手段之一。这时候,风机的可靠性就很重要。另外,变频风机虽然非关键部件,但是绝对能起到锦上添花的作用。


⑤ 电辅助



值得一提的是,北京煤改电空气能机组对电辅助持肯定和支持态度,并明文规定空气能采暖热泵机组必须加装电辅助,并限定了电辅助的使用。允许在空气干球温度-20℃到-25℃采用电辅热制热,在-25℃下无电辅助机组正常启动,这样的规定是为了保障农户正常供暖。另外,为应对极寒或雨雪天气,压缩机伴热带、底盘伴热带等设施也是必需品。



⑥ 缓冲水箱



不同于往年的是,今年北京“煤改电”相关文件规定:“空气能热泵系统要配套安装容量不低于60升的储水罐”。这里说到的储水罐就是我们俗称的缓冲水箱,而且规定容量必须是60升以上。



⑦ 保温管



在空气能采暖系统中,保温作用很重要,无论是建筑物的外墙保护。管路之间的保温亦是非常重要,没有保温的管网热损耗最高可以达到5%乃至更高。本届展会的保温管主要是PPR聚氨酯保温管,结构为:外保护层、保温层、防渗漏层三部分。外保护层材料为聚乙烯夹克管或玻璃钢或其它材料。敷设方式有直埋、架空、地沟三种方式。


⑧ 薄型模块地暖



薄型模块地暖又称干式地暖,与传统的湿式地暖相对应,标准化生产预制的环保阻燃高密度挤塑成型板,预热时间比传统地暖短,升温迅速均匀,即开即热,本产品在南方没有保温结构的房间里,室温在30-180分钟之内即可升至所设定温度,在北方有保温结构的室内,在30-60分钟之内即可到达所设定室温,由于安装的简单和方便,而且不受空间影响,受到暖通界的推崇,得到大力的推广。业内人士称,空气能热泵+薄型模块地暖是最佳搭配。



⑨ 水泵



采暖系统所设置的循环水泵是向用户输送热水的关键设备,也是耗电量较大的设备之一。循环水泵的性能和参数的合理性,就显得格外重要。因此合理选择和正确安装使用循环水泵,是取得较为满意的供暖效果的关键。选择的原则是:设备在系统中能够安全、高效、经济地运行。选择的内容主要是确定它的型式、台数、规格、转速以及与之配套的电动机功率。


10 分集水器



分集水器是空气能+地暖系统的重要组成部分,由分水主管和集水主管组成,分水主管连接于管网系统的供水管,它的主要作用是将来自于管网系统热水通过埋在地板下的地暖管分配到室内需地板采暖的各房间。热水在地暖管中流动时,将热量传递到地板,再通过地板向室内辐射传热。


11 恒温控制器



在采暖地暖系统中,控制管道的关闭和开启,用于地暖和散热器组合系统中户式地暖区域的户式供水温度调节与控制。可人为设定室内温度,通过温包感应环境温度产生自力式动作,无需外界动力即可调节流经散热器的热水流量,从而实现室温恒定的阀门。正确使用恒温控器实现对室温的主动调节以及不同室温的恒定控制。


12 地暖管材



地暖诞生到现在为止共有以下几种管材作为地暖管的使用。 分别是PE-X: 交联聚乙烯1、PAP: 铝塑复合管2、PP-B: 耐冲击共聚聚丙烯(韩国曾经称之为PP-C)、PP-R:无规共聚聚丙烯、PB:聚丁烯耐高温、PE-RT:聚乙烯。挑选地暖管材,一定要注意看外观,质量好的地暖管材外表比较光滑没有凹凸、气泡、明显的色差和杂质,而且地暖管材上都表明地暖管材的型号、规格和品牌。好的地暖管材上面的印字比较清晰而且不易脱落。此外还需要看手感,摸上去光滑的程度,软硬的程度等。


13 风机盘管



空气能热泵机组+风机盘管的应用方式日渐被行业人士所接受,由热交换器,水管,过滤器,风扇,接水盘,排气阀,支架等组成,其工作原理是机组内不断的再循环所在房间或室外的空气,使空气通过冷水(热水)盘管后被冷却(加热),以保持房间温度的恒定。


为满足不同场合的设计选用,风机盘管种类习惯上可分为卧式暗装(带回风箱)风机盘管、卧式明装风机盘、卧式暗装风机盘管、立式暗装风机盘管、立式明装风机盘管、卡式二出风风机盘管、卡式四出风风机盘管、立柜式风机盘管空调器及壁挂式风机盘管以及地板嵌入式风机盘管等多种。


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