详解空调与空气源热泵不同之处

发布时间: 2018-06-22
所属栏目: 空气能学院
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空气源热泵和空调本身就是利用的同一个原理,包括本身的部件也没有什么区别,区别在于各自的针对性和应用工况的差异。

<a href= target=_blank class=infotextkey>空气源热泵</a>工作原理

图1

如图1所示,相信很多人都见过,看起来简单,但是想要完全理解还是很难的。这是一个空气源热泵采暖系统总图,关键点在于图片的左半边。热量都是遵循从高温物体传向低温物体的规律,空气源热泵想从空气中吸取热量,因此蒸发器外部的温度一定要高于蒸发器内部的温度。

冬天室外温度有的地区可以达到-30℃,那么这个时候蒸发器内部的温度肯定要低于室外的温度。如果是R22冷媒,蒸发器的温度一般在-25℃左右,而410A的冷媒一般为-30℃左右,因此只要环境温度高于-30℃,都会有外部的热量进入到蒸发器中。如果室外温度达到-40℃,那么热量就倒着走了,蒸发器也就吸不了热量。因此空气源热泵也是有一定的工作范围的,而具体的使用温度区间则取决于采用哪一种冷媒。

压缩机端比较简单,把电能转化为动能,再把动能压缩后转化为冷媒的内能。空气源热泵供水温度一般在45℃~60℃之间,而空调的供水温度一般为45℃。空气源热泵只要压缩机的排气温度高于水温,热量就会从冷媒中往水中走,进而通过水把热量带到室内末端,从而达到采暖的目的。

因此,热泵性能的好与坏主要取决于以下几个因素:一是蒸发器能不能吸取足够多的热量;二是在低温工况下压缩机的散热性能。

压缩机的差异

空气源热泵的压缩机在超低温的情况下,当冷媒密度极低的时候,可以防止压缩机排气温度过高。现在市场有很多-25℃,甚至-30℃稳定运行的空气源热泵机组,那么压缩机一般为这几种情况:一是喷气增焓,二是低温喷液冷却,三是二级压缩,还有一种就是复叠技术。

目前,国内的压缩机一般为喷气增焓和喷液冷却两种。喷气增焓压缩机的理论能效值是高于低温喷液的,但是低温喷液在冷却性能上是高于喷气增焓的。因此,如果考虑在超低温的环境下运行的话,优先考虑低温喷液压缩机。

在低温工况下,空气源热泵和空调的性能衰减的差异并不大,但是常规的空调在低温的情况下很难运行。在低于-10℃的环境下,一般不建议使用常规的空调设备或者空气源热泵机组。

低环境温度下,冷媒的密度会下降,进入压缩机内的冷媒量就会减少,那么压缩机工作时电机的线圈就会发热,冷却电机性能也会降低,而散热量相应地在增加,效率会降低。这个时候,冷凝器最终的排气温度会超过上限。排气温度升高本身是好事,因为温度越高,向水中传送的热量就越多。

但是,温度升高以后,压缩机中除了冷媒之外,还有另一种物质——冷冻油,它在高温的时候容易碳化,一旦碳化,压缩机就会磨损。即使压缩机没有磨损,也会出现压缩机电机烧坏,通常所说的压缩机烧,大部分指的是电机烧坏。

因此,在超低温的工况下,常规的压缩机和冷却方式根本就满足不了机组稳定运行的要求。在这种情况下,空气源热泵比常规的空调机组就更加适合,所以空气源热泵和空调两者的最大差异在于核心部件的差异。

蒸发器的差异

空气源热泵采暖比空调稳定,且热量大的多,原因何在?首先,空气源热泵专门针对采暖设计的,蒸发器与空调有很大的差异,而冬季采暖影响实际效果的最大因素就是结霜。

带伴热带的蒸发器

图2

图2是蒸发器,蒸发器的翅片之间都有间距,如果蒸发器翅片间距大的话,那么结霜的面积就小;而间距越小,翅片就越密,那么结霜的面积就越大。空调为了做到高效和体积小,间距一般为0.8毫米,最大也就是1.1毫米。

空气源热泵蒸发器的翅片间距通常都是大于空调的,这就减少了结霜对散热和通风的影响,另外化霜也更简单,因为间距小了,中间容易存水,如果流不下去,就很容易结冰,最终设备无法运行。

一般来说,冷媒的温度与室外温度相差越大,结霜就越严重。空气源热泵本身靠的是小温差传热,而空调是大温差。空气源热泵侧重于冬季的采暖,都是在低温的环境下去吸热,冬季气温零下十几二十度,而冷媒的温度也就零下二三十度,温差只有十来度;空调侧重制冷,夏季最高温度也就45℃,而压缩机排气温度达到八九十度,甚至100℃,温差有四五十度,甚至六十多度。

因此,在同样的情况下,空气源热泵的换热面积远远大于空调的换热面积,这也就是空气源热泵比空调体积大的原因。

化霜时间的差异

按照常规的控制逻辑,空调的除霜时间一般为10分钟左右,而空气源热泵采暖机组的化霜时间通常是一个地方一个控制逻辑,比如山东青岛和河北的秦皇岛,除霜就比山西地区要频繁一点。专业的空气源热泵厂家,一般是一个纬度一个控制逻辑,并且根据当地的气候情况来调整。

除霜的高级阶段是“有霜除霜、无霜不除、多霜多除,少霜少除”,这个是在完善的压力和温度控制系统的前提下,目前来说,只有一些高端机型才具备,因为成本很高。无论是从控制逻辑上和蒸发器的面积上,还是从冷媒与室外温度的差异上,空气源热泵除霜性能是远远好于空调的,且结霜的可能性更小,因此整体能提供的有效热量是大于空调的。

接水盘的差异

从目前的情况来看,接水盘是空气源热泵机组独有的东西。中央空调与空气源热泵最接近的产品就是风冷模块,但是模块机没有接水盘的概念。

凡是大厂家生产的空气源热泵产品都是带有接水盘的,而且接水盘附近都有一个伴热带。在除霜的时候会有大量的化霜水产生,如果不及时排尽且没有接水盘导流的话,就会直接洒落在地面。空气源热泵机组每一个蒸发器下面都有一个接水盘,它的作用就是把化霜水接住后导出来。

而到了寒冷的地区,比如新疆和东三省,还需要特殊的处理,否则接水盘会出现严重的结冰现象。比如在接水盘上方额外加上一层挡板,目的是为了防止蒸发器吸进来的风直接把接水盘里面的水冻住。

另外,接水盘要做保温,也就是安装伴热带,接水盘导出来的水不能直接排放在地面,因为地面结冰的话,早晚会影响到机组。一般把接水盘里面的水排到室内,或者打一个两米多深的水井,把接水盘的水导流到井中,这样才能避免化霜水污染环境或者导致机组结冰。

内部结构工艺的差异

空气源热泵的电子膨胀阀、铜管、内部的结构和焊接工艺和空调相比都有一定的差异。空调的使用温度范围一般在-10℃~40℃之间,但是空气源热泵的使用温度范围是-30℃~40℃,整个工作范围有70℃,因此整个铜管的走向和牢固度都是不一样的。

空气源热泵目前采用的都是环保冷媒,因为它的工作压力比较高,环保冷媒一般是45千克、42兆帕的工作压力,空调也会使用410A的环保冷媒,但是一般使用在多联机上,常规的空调还是R22的冷媒。

适应环境的差异

空气源热泵和空调还有一个差异就是适用环境的不同,比如在山西地区,很多空调使用过程中会漏,也就是冷凝器的焊点。因为当地空气中含有的硫化物和氮化物比较多,容易腐蚀焊点,很多厂家针对这一地区的特性都会做防腐措施,比如喷防腐漆、配置防腐罩等等。

控制系统的差异

在控制系统上,空气源热泵比空调要复杂得多,因为空气源热泵相比空调多了很多的控制需求,比如防冻、感温的监控和联动的监控。政府要求每一台空气源热泵都要配置GPS系统,就是为了方便以后的集中管理,因为空气源热泵的环境比空调要恶劣的多,特别是在北方地区的采暖是很明显的。

空气源热泵和空调基本上就是这些差异,还有就是细节上的差异,因为每一个厂家的产品都有自己的一些特点。

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