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空气源热泵热水机组工作原理及节能分析

点击次数:7004 发布时间:2012/8/29
详细介绍:

空气源热泵热水机组是一种新型、可替代热水锅炉的热水装置。与传统太阳能相比,空气能源热泵热水机组不仅可吸收空气中的热量,还可吸收太阳能,它是将电热水器和太阳能热水器的优点的结合于一体的新型热水器。该产品以制冷剂为媒介,通过制冷剂状态、温度的变化和压缩机压缩制取热量,通过换热装置将热量传递给水,使水的温度升高来,升高温度的水通过水循环系统送入用户散热器进行采暖或直接用于卫生热水的供应。

    空气源热热泵热水机组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。空气源热泵热水中机组系统通过自然能(空气蓄热)获取低温热源,经热泵系统集热整合后成为高温热源,用来制取供暖或卫生热水。整个系统集热效率较电热水机组(锅炉)、燃油、燃气热水机组有了很大提高。

    空气源热热泵热水中心机组遵循能量守恒定律和热力学第二定律,运用热泵的原理,只需要消耗一小部分的机械功(电能),将处于低温环境(大气)中的热量转移到水中,去加热制取高温的热水。热泵可以与水泵相比拟,水是不能自发地从低处流向高处,要将低处的水输送到高处,必须用一台水泵,消耗一部分电力,才能将水送到高处的水箱中。同样,根据热力学第二定律,热量也是不能自发地从低温环境向高温环境中转移(传送),而要实现这个目的,必须要有一台机器,消耗一部分机械功(例如电能),才能将低温环境中的热量传送到高温环境中去。这样的机器就称之为“热泵”。热泵的作用是将空气中的热量取出,连同本身所用的电能转变成的热能,一起送到水中。

    空气源热泵热水机组由压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀等部件组成。它运用逆卡诺循环原理,通过压缩机做功使工质产生相变(气态—液态—气态),在这种往复循环相变的过程中,通过蒸发器不间断的从环境吸取热量,通过冷凝器(换热器)不间断的放出热量,使冷水逐步升温,制取的热水通过热水管网循环装置输出到用户使用终端。    

    二、空气源热泵热水机组特点

    目前市场上空气源热泵热水机组大部分属于技术成熟产品,压缩机一般采用涡旋式或活塞式,也有采用螺杆式的,每台机组一般有单台或两台,一般机组有如下特点:

    (1)节能:其输出能量与输入电能之比即能效比(COP)一般可达到3.0

    以上,而普通电热水锅炉的能效比(COP)不大于0.90,燃气、燃油锅炉的能

    效比(COP)一般只有0.7-0.8,燃煤锅炉的能效比(COP)更低一般只0.35-0.65。

    (2)安全有保障:加热方式实现了完全的水电分离,从根本上杜绝了普通热水器系统中的易燃、易爆、触电、干烧、煤气中毒等安全隐患。

    (3)环保:无废水、废渣、废热、废气排放,不会对大气和环境产生任何污染。

    (4)安装方便:可以安装在室外空地、天面、阳台、大型停车库、设备层等处不需专门的设备房。

    (5)模块化控制功能:可根据用户的实际需要灵活添加多台机组构成的热水供水系统,实现模块化控制,自动控制调节每台机组的运行时间和投入运行的顺序,保证每台机组总运行时间一致,整个热水供水系统的、优化运行。

    (6)操作使用简便:机组由微电脑控制自动运行,根据水箱水温和用户用水情况,自动启停,不需专人值守。

    (7)自动化霜:智能柔性除霜,可以根据不同地区的气候条件设定除霜参数和控制方案,使除霜更彻底、更灵活、更节能。

    (8)自动定时开机功能:用户可以自己设定机组自动开机时间,从而实现峰谷用电,运行使用费更省。

    (9)自动防冻功能:确保机组在低气温环境条件下水系统不会被冻裂。

    (10)自动能量调节功能:能依据:?刂圃?,动态检测用户负荷,快速达到设定温度后,保持负荷动态匹配,平稳运行;确保机组夏天高温环境条件下不会出现超负荷,冬天低气温环境条件下机组稳定保持较高的能效比,一年四季全天候运行,不受夜晚、阴天、雨雪等恶劣天气的影响。

    (11)有叫广的使用范围:特别适用于泳池、桑拿洗浴中心、招待所、学校、工矿职工洗浴、室内泳池水加温等场所。

    (12)质量有保障:关键部件一般选用国际知名品牌产品,如COPELAND、SANYO、ALCO、DANFOSS等,质量有较好的保障,用寿命在10年以上。

    (13)可24小时提供热水:热泵机组通常由微电脑控制自动运行。根据水温和用户用水情况自动启停,保证用户24小时即开水阀即有热水。

    三、空气源热泵热水机组经济性分析

    (一)不同加热设备的运行费用比较

    按每日需热水量10吨计算,

    以温升40℃计算,每日耗热量为:

    Qh=Ld(tr-tl)=10000×(55-15)=40×104kcal(Ld=10吨tr=55℃tl=15℃)

    以温升50℃计算,每日耗热量为

    Qh=Ld(tr-tl)=10000×(55-5)=50×104kcal(Ld=10吨tr=55℃tl=15℃)

    式中Ld----设计日热水用量(L);

    tr-----热水计算温度(℃);

    tl-----冷水计算温度(℃);

    Qh----------设计日耗热量(kcal);    

    1、如果采用常规能源产热水,不考虑其一次性投资,系统运行按每年365天,温升按40℃计:

    电热水锅炉系统:(平电价格:1.0元/kwh)

    每度电有效得热:860kcal/kwh×90%=774kcal/kwh(电热水锅炉效率为90%)

    每天耗电量:400000kcal∕天÷774kcal/kwh=516.8kwh∕天

    每天运行费用516.8kwh×1.0元/kwh=516.8元

    全年费用:516.8元/天×365天/年=188632元/年

    燃油热水锅炉系统:(柴油:5.8元/Kg)

    1kg柴油有效得热:10200kcal/kg×80%=8160kcal∕Kg(燃油锅炉热效率一般为80%,柴油燃烧值为10200kcal/kg)

    每天耗油量:400000kcal∕天÷8160kcal∕Kg=49Kg∕天

    每天运行费用49Kg/天×5.8元/Kg=284元

    全年费用:284元/天×365天/年=103660元/年

    燃气热水锅炉系统:(液化气:6.0元/Kg)

    1kg液化气有效得热:10800kcal/kg×80%=8640Kg∕天(燃气热水锅炉效率为80%,)

    每天耗油量:400000kcal∕天÷8640kcal∕Kg=46.3Kg∕天

    每天运行费用46.3Kg/天×6.0元/Kg=277.8元

    全年费用:277.8元/天×365天/年=101397元/年

    2、采用空气源热泵热水机组后,年运行费用分析如下:

    ①、使用平电(按照1.0元/kwh计算):

    空气源热泵热水机组每度电有效得热:860kcal/kwh×3=2580kcal/kwh(空气源热泵热水机组年平均COP≥3,按3计算。)

    每天耗电量:400000kcal/天÷2580kcal/kwh=155.kwh/天

    每天运行费用155kwh×1.0元/kwh=155元

    全年费用:155元/天×365天/年=56575元/年

    ②使用谷电:(按0.5元/kwh计算):

    全年费用:155kwh×0.5元/kwh×365天/年=28288元/年   

    3、费用对比表

    全年平均每天加热10吨热水,温升40℃,所需费用如下表: 

费用对比表

费用对比表   

    四、不同加热设备的优缺点比较表

不同加热设备的优缺点比较表

不同加热设备的优缺点比较表    

    通过以上分析可以看出,空气源热泵热水机组与其它形式的热水装置相比,节能效果显著,值得大力推广,是取代传统热水装置的理想设备,具有广阔的市场前景。

 
 
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