空气能热水机原理

空气能热泵机组是一种高效集热的产品。它运用逆卡诺循环原理。利用设备内的吸热介质（冷媒），吸收空气中的能量后经压缩机压缩，并通过热交换器使冷媒放出热量生产热水。制取的热水通过水偱环系统供应给用户。

在自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。

一台压缩式热泵装置，主要有蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量） →压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。

(空气源热泵运行原理图）

空气源热泵在工作时，把环境介质中贮存的能量QA在蒸发器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即压缩机耗电QB；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热QC，QC=QA+QB，由此可以看出，热泵输出的能量为压缩机做的功QB和热泵从环境中吸收的热量QA；因此，采用热泵技术可以节约大量的电能。

2.2、热泵发展趋势

从科学利用热能的角度来说，使用电力、燃气、燃油等高品位的能源，来加热仅四五十度温升的生活用热水是极不合算的，这样的加热过程即使是达到100%的效率，表面看是没有热能的损失，但实际上已经伴随着巨大的熵增损失，是一种极大的能源浪费。

从热力学第二定律的意义上讲，传热的温差越大，能量的损失就越大，即热能除了有“热量”方面度量以外，还有“品位”方面的度量，人们应该尽可能使用较低品位的热能，这才是科学的和合理的。

现有的热水器实质上都是能量转换装置，它把电能、燃料的化学能或太阳能转换为热能，其系统“效率”不可能超过100 %，例如燃气热水器，因为有高温废气的排放、不完全燃烧、强制排烟及换热效率方面的损失，实际的制热效率仅在50%~70%之间。

20世纪初，科学家就提出了热泵的工作原理，为人类科学的使用低温热能指出了方向，目前热泵技术在世界上也已经有了许多方面的应用，国内的应用主要在冷热双效空调产品中，即以室外空气为热源对室内空气进行加热，以达到节能的目的，其系统致热系数已经能高达4倍。

热泵的名称很形象的比喻它的原理：即热泵不是热能的转换设备而是热量的搬运设备，它是一台“泵”，这个泵所搬运的介质不是水、气或油，而是“热”。也因为这样，它的“效率”不受能量转换效率（100%为其极限）的制约。

热泵制热的效率，受到逆向卡诺循环效率的制约，其理论上的最高效率为：（工作温度 + 273.15）/ 高、低温差，从这里可以看出，只要有效的降低工作温差，就可以提高制热效率。例如高低工作温差在 20 度时，系统的理论制热系数就可以达到15倍以上。

2.3、热泵制热过程

(1)、压缩过程

蒸发后的运行工质被吸入压缩机，通过压缩机的压缩功能，将工质压缩成高压高温气体，使其对于较低温度的自来水易于放热、液化。

(2)、冷凝过程

从压缩机排出的高压高温工质被常温的自来水吸收热量而变成的液态工质。

(3)、节流过程

把液化后的工质送入热泵主机蒸发器之前，利用毛细管的压力差，使工质在保温水箱的冷凝器内冷凝降压，将它变成即使在低温下也易于蒸发的状态。

(4)、蒸发过程

    液态工质从周围空气中吸收热量而不断蒸发汽化，被吸收热量后的空气变为“冷气”。

（系统简图）

2.4、空气能热泵的优势

(1)、节能性

空气源中央热水机组集中供热系统能最大限度为用户的热水系统节省营运成本，具有高效节能安全环保的特点，由于其能效比高达350%～500%，其运行成本与其它热水设备比较，优势十分明显。同等温度下用电热水器每吨热水成本是40～45元，用燃气锅炉每吨热水成本是25～35元，用燃煤锅炉每吨热水成本是20～30元，用太阳能加电辅热每吨热水成本是15～20元，而用空气能热泵每吨热水成本大约在6～10元左右。

(2)、安全性

空气源中央热水机组结构先进，采用高效HCFC制冷剂，安全可靠，不存在污染、易爆、中毒等危险。是生产生活用热水、商业用水，投资小运行费用最低，节能最明显的制热设备。太阳能一般不启动电加热，所以启用电加热的时间也相对较少，也是属于较安全产品；电锅炉是完全启用电能加热的制热水产品，且发热管长时间与水接触加热较易产生漏电安全隐患。

(3)、环保性

热泵、太阳能与电锅炉都是使用洁净能源—电能，所以都符合环保规定。

(4)、无局限性

与太阳能相比，使用空气源中央热水机组不受环境天气影响，在阴雨天均能正常运行，并保证热水的供应。

(5)、安装占地要求小

热泵产品结构紧凑，安装占用面积小，对安装位置无严格要求，可安装于任意指定可安装位置，无须专用机房，智能化管理，可实现全机系统自动化运行，不需专人值守；太阳能安装必须在楼顶天面，且需占用一定位置；电锅炉安装须设置专用机房。

(6)、操作维护简便

热泵主机采用智能人性化电脑板控制，一次设定后可即可全天候自动运转。且主机部分无直接强电流、高电压的直接控制，操作安全可靠，故障率低，无须专人维护；太阳能系统控制可能配合部分机械控制部件，因主机全年对强电流、高电压（直接用电加热时）工作时间少，操作相对也较安全可靠，故障率也较低，定期维护即可；电锅炉运行电流大、电压高，对电网冲击大。电控部件采用机械控制多，故障率较高，一般须专人维护。

(7)、使用寿命长

空气能热泵一般使用寿命长达15～20年，而燃气锅炉一般在8～10年，电热水炉一般不超过20000小时，燃煤锅炉一般在5～8年。