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空氣源熱泵熱水機組工作原理及節能分析

點擊次數:9481 發布時間:2012/8/29
詳細介紹:

空氣源熱泵熱水機組是一種新型、可替代熱水鍋爐的熱水裝置。與傳統太陽能相比,空氣能源熱泵熱水機組不僅可吸收空氣中的熱量,還可吸收太陽能,它是將電熱水器和太陽能熱水器的優點的結合于一體的新型熱水器。該產品以制冷劑為媒介,通過制冷劑狀態、溫度的變化和壓縮機壓縮制取熱量,通過換熱裝置將熱量傳遞給水,使水的溫度升高來,升高溫度的水通過水循環系統送入用戶散熱器進行采暖或直接用于衛生熱水的供應。

    空氣源熱熱泵熱水機組技術是基于逆卡諾循環原理建立起來的一種節能、環保制熱技術??諝庠礋岜脽崴袡C組系統通過自然能(空氣蓄熱)獲取低溫熱源,經熱泵系統集熱整合后成為高溫熱源,用來制取供暖或衛生熱水。整個系統集熱效率較電熱水機組(鍋爐)、燃油、燃氣熱水機組有了很大提高。

    空氣源熱熱泵熱水中心機組遵循能量守恒定律和熱力學第二定律,運用熱泵的原理,只需要消耗一小部分的機械功(電能),將處于低溫環境(大氣)中的熱量轉移到水中,去加熱制取高溫的熱水。熱泵可以與水泵相比擬,水是不能自發地從低處流向高處,要將低處的水輸送到高處,必須用一臺水泵,消耗一部分電力,才能將水送到高處的水箱中。同樣,根據熱力學第二定律,熱量也是不能自發地從低溫環境向高溫環境中轉移(傳送),而要實現這個目的,必須要有一臺機器,消耗一部分機械功(例如電能),才能將低溫環境中的熱量傳送到高溫環境中去。這樣的機器就稱之為“熱泵”。熱泵的作用是將空氣中的熱量取出,連同本身所用的電能轉變成的熱能,一起送到水中。

    空氣源熱泵熱水機組由壓縮機、冷凝器、蒸發器和膨脹閥等部件組成。它運用逆卡諾循環原理,通過壓縮機做功使工質產生相變(氣態—液態—氣態),在這種往復循環相變的過程中,通過蒸發器不間斷的從環境吸取熱量,通過冷凝器(換熱器)不間斷的放出熱量,使冷水逐步升溫,制取的熱水通過熱水管網循環裝置輸出到用戶使用終端。    

    二、空氣源熱泵熱水機組特點

    目前市場上空氣源熱泵熱水機組大部分屬于技術成熟產品,壓縮機一般采用渦旋式或活塞式,也有采用螺桿式的,每臺機組一般有單臺或兩臺,一般機組有如下特點:

    (1)節能:其輸出能量與輸入電能之比即能效比(COP)一般可達到3.0

    以上,而普通電熱水鍋爐的能效比(COP)不大于0.90,燃氣、燃油鍋爐的能

    效比(COP)一般只有0.7-0.8,燃煤鍋爐的能效比(COP)更低一般只0.35-0.65。

    (2)安全有保障:加熱方式實現了完全的水電分離,從根本上杜絕了普通熱水器系統中的易燃、易爆、觸電、干燒、煤氣中毒等安全隱患。

    (3)環保:無廢水、廢渣、廢熱、廢氣排放,不會對大氣和環境產生任何污染。

    (4)安裝方便:可以安裝在室外空地、天面、陽臺、大型停車庫、設備層等處不需專門的設備房。

    (5)模塊化控制功能:可根據用戶的實際需要靈活添加多臺機組構成的熱水供水系統,實現模塊化控制,自動控制調節每臺機組的運行時間和投入運行的順序,保證每臺機組總運行時間一致,整個熱水供水系統的、優化運行。

    (6)操作使用簡便:機組由微電腦控制自動運行,根據水箱水溫和用戶用水情況,自動啟停,不需專人值守。

    (7)自動化霜:智能柔性除霜,可以根據不同地區的氣候條件設定除霜參數和控制方案,使除霜更徹底、更靈活、更節能。

    (8)自動定時開機功能:用戶可以自己設定機組自動開機時間,從而實現峰谷用電,運行使用費更省。

    (9)自動防凍功能:確保機組在低氣溫環境條件下水系統不會被凍裂。

    (10)自動能量調節功能:能依據模糊控制原理,動態檢測用戶負荷,快速達到設定溫度后,保持負荷動態匹配,平穩運行;確保機組夏天高溫環境條件下不會出現超負荷,冬天低氣溫環境條件下機組穩定保持較高的能效比,一年四季全天候運行,不受夜晚、陰天、雨雪等惡劣天氣的影響。

    (11)有叫廣的使用范圍:特別適用于泳池、桑拿洗浴中心、招待所、學校、工礦職工洗浴、室內泳池水加溫等場所。

    (12)質量有保障:關鍵部件一般選用產品,如COPELAND、SANYO、ALCO、DANFOSS等,質量有較好的保障,用壽命在10年以上。

    (13)可24小時提供熱水:熱泵機組通常由微電腦控制自動運行。根據水溫和用戶用水情況自動啟停,保證用戶24小時即開水閥即有熱水。

    三、空氣源熱泵熱水機組經濟性分析

    (一)不同加熱設備的運行費用比較

    按每日需熱水量10噸計算,

    以溫升40℃計算,每日耗熱量為:

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

    以溫升50℃計算,每日耗熱量為

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

    式中Ld----設計日熱水用量(L);

    tr-----熱水計算溫度(℃);

    tl-----冷水計算溫度(℃);

    Qh----------設計日耗熱量(kcal);    

    1、如果采用常規能源產熱水,不考慮其一次性投資,系統運行按每年365天,溫升按40℃計:

    電熱水鍋爐系統:(平電價格:1.0元/kwh)

    每度電有效得熱:860kcal/kwh×90%=774kcal/kwh(電熱水鍋爐效率為90%)

    每天耗電量:400000kcal∕天÷774kcal/kwh=516.8kwh∕天

    每天運行費用516.8kwh×1.0元/kwh=516.8元

    全年費用:516.8元/天×365天/年=188632元/年

    燃油熱水鍋爐系統:(柴油:5.8元/Kg)

    1kg柴油有效得熱:10200kcal/kg×80%=8160kcal∕Kg(燃油鍋爐熱效率一般為80%,柴油燃燒值為10200kcal/kg)

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

    每天運行費用49Kg/天×5.8元/Kg=284元

    全年費用:284元/天×365天/年=103660元/年

    燃氣熱水鍋爐系統:(液化氣:6.0元/Kg)

    1kg液化氣有效得熱:10800kcal/kg×80%=8640Kg∕天(燃氣熱水鍋爐效率為80%,)

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

    每天運行費用46.3Kg/天×6.0元/Kg=277.8元

    全年費用:277.8元/天×365天/年=101397元/年

    2、采用空氣源熱泵熱水機組后,年運行費用分析如下:

    ①、使用平電(按照1.0元/kwh計算):

    空氣源熱泵熱水機組每度電有效得熱:860kcal/kwh×3=2580kcal/kwh(空氣源熱泵熱水機組年平均COP≥3,按3計算。)

    每天耗電量:400000kcal/天÷2580kcal/kwh=155.kwh/天

    每天運行費用155kwh×1.0元/kwh=155元

    全年費用:155元/天×365天/年=56575元/年

    ②使用谷電:(按0.5元/kwh計算):

    全年費用:155kwh×0.5元/kwh×365天/年=28288元/年   

    3、費用對比表

    全年平均每天加熱10噸熱水,溫升40℃,所需費用如下表: 

費用對比表

費用對比表   

    四、不同加熱設備的優缺點比較表

不同加熱設備的優缺點比較表

不同加熱設備的優缺點比較表    

    通過以上分析可以看出,空氣源熱泵熱水機組與其它形式的熱水裝置相比,節能*,值得大力推廣,是取代傳統熱水裝置的理想設備,具有廣闊的市場前景。

 
 
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