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1、空气能热水系统原理
1.1、系统组成
空气能热泵中央热水系统一般由空气能热泵热水机组、保温水箱、水泵及相应的管道阀门等部分组成。而空气能热泵热水机组一般由压缩机、水侧换热器、空气侧换热器、节流装置、低压储液罐、水路调节阀等部分组成。
1.2、系统简图
1.3、工作原理
根据逆卡诺循环基本原理:
(1)低温低压制冷剂经膨胀机构节流降压后,进入空气交换机中蒸发吸热,从空气中吸收大量的热量Q2;
(2) 蒸发吸热后的制冷剂以气态形式进入压缩机,被压缩后,变成高温高压的制冷剂(此时制冷剂中所蕴藏的热量分为两部分:一部分是从空气中吸收的热量Q2,一部分是输入压缩机中的电能在压缩制冷剂时转化成的热量Q1;
(3)被压缩后的高温高压制冷剂进入热交换器,将其所含热量(Q1+Q2)释放给进入热换热器中的冷水,冷水被加热到60℃直接进入保温水箱储存起来供用户使用;
(4) 放热后的制冷剂以液态形式进入膨胀机构,节流降压......如此不间断进行循环。
(5) 冷水获得的热量Q3=制冷剂从空气中吸收的热量Q2+驱动压缩机的电能转化成的热量Q1, 在标准工况下:Q2=3.2Q1,即消耗1份电能,得到4.2份的热量。
2、与各种供热方式特性对比表:
供热方式 |
热泵热水机 |
太阳能热水器 |
燃油、汽热水炉 |
燃汽热水器(家用) |
电热水器(家用) |
使用能源 |
电 |
太阳能 (阴雨天用电) |
轻柴油 液化气 |
液化气 天然气 |
电 |
危险性 |
低 |
低 |
高 |
高 |
中 |
环保影响 |
无污染 |
无污染 |
污染严重 |
污染严重 |
无污染 |
设备使用寿命 |
12-15年 |
4-6年 |
5-8年 |
5-8年 |
8年 |
外部环境影响 |
无 |
严重 |
无 |
无 |
无 |
安装场所 |
天台 |
天面 |
专用房 |
占用卫生间空间 |
占用卫生间空间 |
占地面积 |
小 |
极大 |
大 |
大 |
中 |
安全性能 |
安全可靠 |
加热管老化、漏电 |
易燃、易爆品 |
有煤气中毒危险 |
加热管老化、漏电 |
噪音 |
小 |
小 |
大 |
大 |
小 |
控制方式 |
自动 |
自动 |
有证技工2人 |
需人工操作 |
半自动 |
维修保养 |
简单方便、不影响住户使用 |
工作量大,但不影响住户使用 |
2人人工费 |
工作量大,影响住户使用 |
工作量大,影响住户使用 |
更新增容 |
可增加,且加装时不影响使用 |
受环境影响,不易增容 |
受机房空间影响,不易增容 |
须更换,费用庞大 |
须更换,费用庞大 |
3、系统运行费用及经济效益分析
现就热泵热水系统与其他常规加热方式作一个经济效益及技术参数比较:
条件设置:设定在相同温度条件下对1000KG水进行加热,温升35℃时加热所需热量为35000Kcal。 |
||||||||
水的比热(KJ/(Kg*℃)) |
4.2 |
|||||||
水温差(20℃—55℃)) |
35 |
|||||||
日需水量(Kg) |
1000 |
|||||||
热量值(KJ)=水的比热(KJ/(Kg*℃))*日需水量(Kg)*水温差(℃) |
147000 |
|||||||
供热方式 |
燃煤锅炉 |
天然气 锅炉 |
人工煤气 锅炉 |
燃油锅炉 |
液化气热水器 |
电热器 |
太阳能 (电) |
空气能 热水机组 |
燃料 |
煤 |
天然气 |
人工煤气 |
柴油 |
液化气 |
电 |
电 |
电 |
燃烧值 |
4.00 |
10.12 |
4.65 |
11.98 |
12.50 |
1.00 |
1.00 |
1.00 |
单位 |
Kw/Kg |
Kw/m3 |
Kw/m3 |
Kw/Kg |
Kw/m3 |
Kw |
Kw |
Kw |
燃烧值 |
3440 |
8000 |
4000 |
10300 |
11000 |
860 |
860 |
860 |
单位 |
Kcal/Kg |
Kcal/m3 |
Kcal/m3 |
Kcal/Kg |
Kcal/kg |
Kcal/h |
Kcal/h |
Kcal/h |
效率(%) |
65% |
70% |
70% |
70% |
80% |
95% |
95% |
423% |
能源需求量 |
16 |
6.26 |
12.5 |
5 |
4.0 |
43.3 |
43.3 |
9.11 |
单位 |
kg |
m3 |
m3 |
kg |
kg |
度 |
度 |
度 |
燃料单价(元) |
0.45 |
2.80 |
2.10 |
6.0 |
6.8 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
单位 |
kg |
m3 |
m3 |
kg |
kg |
度 |
度 |
度 |
产1000kg热水燃料总价(元) |
7.2 |
17.54 |
26.3 |
30.0 |
27.1 |
43.3 |
43.3 |
9.11 |
1000kg热水年运行费用(元) |
2592 |
6402 |
9596 |
7665 |
15814 |
8698 |
5200 |
3325 |
1000kg热水月运行费用(元) |
216 |
533 |
799 |
639 |
1317 |
725 |
433 |
277 |
注:1、假设太阳能无法工作时间为120天/年计算; |
由此可见热泵热水方案比其它常规供热方案更节省投资,主要优点如下:
1) 能效果明显:其能效比COP在20℃时达到4.23,广州平均气温约23.3℃,COP为4.39。而燃气锅炉机组的热效率最多能达到0.8,一般情况在0.75以下。也就是说热泵热水器消耗1个单位的能量,能产生4.39个单位以上的热量转化成热水。而燃气炉消耗1个单位的能量,才能产生0.75-0.80个单位的热量。由此可见热泵热水器能以最小的能源获得最大的经济效益,比燃气炉效率高得多。适合长期投资。现实中,常规太阳能往往让人误解为零成本运行,而实际上,由于阴雨天气和夜晚的影响,太阳能是无法全天候工作,它每年有1/3以上的时间要利用其它辅助加热,以致运行成本远远超过热泵热水的成本,而太阳能致命的缺点是:易损坏,维修费用大,占地面积大,影响建筑的整体美观;另外从表中可以看到:在不考虑人工及其它费用的情况下,采用热泵方案仅比燃煤锅炉方案略贵。如果考虑人工及其它费用则采用热泵方案是最省的。因此,从成本效益及环境方面看,热泵热水机组是节能行业最经济实用的,选择采用热泵热水机组是明智之举。
2) 使用寿命长:如果将折旧算入成本,热泵将是比较低的。
3) 维护简单,保养费用低:热泵热水器以电作为能源,会自动根据设定温度值控制启、停,无需专人看管,且动作件少,维护简单。