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空气源热泵热风机隶属空调,协助实现制冷制热功能

  【中国制冷网】在北方农村供暖“煤改电”工程加速推进与实施的过程中,作为普通冷暖型空调的升级形式,低环境温度空气源热泵风机具有产品价格低、系统形式简单、安装方便、运行可靠、控制灵活等特点,正越来越多地被人们所认识和接受,相关技术发展迅猛,有望成为“煤改电”设备中的主力机型。本文针对目前低环境温度空气源热泵热风机产品标准未出台、认识理解模糊的情况,从产品的技术原理与特点进行介绍,为“煤改电”项目的开展提供指导与借鉴。

  1、低环境温度空气源热泵热风机产品定义与归类划分

  1.1 热泵属于制冷设备的范畴

  要理清低环境温度空气源热泵热风机的产品归类范围,需从热泵的概念先说起。我国机械工业部制定的标准《制冷设备术语》(JB/T 7249-1994)中定义热泵为“将热量输给某一空间或物体用的制冷系统,此时蒸发器从室外空气、水等处吸收热量,冷凝器则放出热量,加热某一空间或物体,如改变制冷剂的流向,热泵系统也可以用来冷却某一空间或物体。”因此从定义可以看出,热泵是一种制冷系统,属于制冷设备。对于前期有些政府在热泵设备招标过程中对制冷设备经营范围不予认可的行为是不合规的。

  1.2 低环境温度空气源热泵热风机属空调类

  目前,低环境温度空气源热泵热风机的相应标准规范正在起草,根据规范的征求意见稿定义为“由电动机驱动的蒸气压缩制冷循环,以空气为热(冷)源的热泵(氟)机组,从室外低温空气吸热并向室内放热,使室内空气升温的制冷系统,并能在不低于-20℃的环境温度里制取热风的机组。”

  而从热泵的定义能够看出,热泵制热过程与制冷过程是反向的,这与冷暖型空调的原理完全一致。当热泵运行的目的是直接调节室内空气时,该类设备即可称为“空调”。因此,低环境温度空气源热泵热风机在空调范畴中。

  在2017年低环境温度空气源热泵热风机命名还未明确时,专家在政府招标的技术论证文件中分别采用的名称为“超低温采暖空调器”、“超低温空调器”。所以低环境温度空气源热泵热风机属于空调毋庸置疑。

  2、普通冷暖型空调在寒冷地区采暖存在的问题

  普通冷暖型空调在夏热冬冷的长江中下游地区采暖中得到了广泛应用,但是在寒冷的北方地区使用效果不佳。我国寒冷地区冬季气候干燥,即便气温较低,空调的结霜现象也不会太严重。制约空调在寒冷地区采暖应用的因素,主要有以下三个方面:

  2.1 热量需求较大时 ,制热量不足

  随着室外环境温度的下降,建筑采暖热负荷是逐步增加的,而空调的制热量却是随之减少的。例如普通3HP(匹)空调的室外环境-7℃和-20℃下制热量分别衰减21.7%和47.0%。当空调系统冷凝温度不变时,室外气温降低将使系统蒸发温度下降,引起循环工质的吸气比容增大,导致机组吸气量降低,系统工质循环量减少,机组的实际制热量会急剧下降。

  2.2 低温环境下运行可靠性差或无法正常运行

  随着环境温度的降低,循环工质的吸气压力降低,导致压缩机压缩比不断增大,排气温度迅速升高。当室外温度降到一定值时,压缩机排气温度会超过允许的工作范围,压缩机自动停机保护,机组停止正常工作。同时,随着压缩机排气温度升高,润滑剂受热后粘度急剧下降,润滑性能变差,出现压缩机频繁启停的状况。

  2.3 热舒适性差

  普通空调室内机采用侧送风方式,导致送风口及上部区域温度高,人员活动区温度较低,垂直方向出现温度分层。在北方农村地区,农户家中现有空调大部分是常规的定频空调,低温环境下制热量较低,供热能力不足。加上一些农村地区电网不稳定,在极低电压条件下定频空调无法正常运转。再加之农村地区房屋空间和层高相比城镇商品住宅更大、更高,采用常规定频空调供暖,室内温升速度相对缓慢,这些都是导致热舒适性体验不佳的原因。

  3、低环境温度空气源热泵热风机技术介绍

  3.1 系统原理

  为解决普通冷暖型空调在北方寒冷地区制热所出现的问题,低环境温度空气源热泵热风机应运而生。举例说明双级增焓压缩转子式低环境温度空气源热泵热风机技术的解决方案,具体系统运行原理如下图所示。

  该系统主要由双级压缩转子式变频压缩机、闪蒸器、蒸发器、冷凝器、节流阀A、节流阀B等部件组成,双级压缩转子式变频压缩机的两个气缸分别承担低压级压缩和高压级压缩。

  从蒸发器出来的低压制冷剂蒸汽首先进入低压级压缩机压缩至中间压力(过程 1~2),然后与闪蒸器出口的制冷剂蒸汽混合(点6 是点2与点3混合后的状态)。混合蒸汽继续进入高压级压缩机压缩至冷凝压力(过程6-7),接着进入冷凝器向室内空气放热后冷凝成制冷剂液体(过程7~9)。从冷凝器出来的高压制冷剂液体首先经过节流阀A一次节流变为气液体混合物(过程9~10),然后进入闪蒸器,分离为饱和蒸汽(点3)和饱和液(点4)。因节流闪发的气态制冷剂上升,与低压级压缩机的排气混合后进入高压级压缩机;闪蒸器中的液态制冷剂经过节流阀B二次节流变为低温低压液体(过程4~5),进入蒸发器与室外空气换热后变为低温低压蒸汽(过程5~1),然后进入低压级压缩机开始新的循环。

  综上,系统采用二次节流不完全冷却的双级压缩热泵循环,与相同工况下的单级压缩相比,压缩机排气温度降低,压比减小,可以在更低的环境温度下工作。系统采用的双级变容技术与单级压缩相比,提升了制热工况下,尤其是低环境温度下的制热量和性能系数。为低环境温度空气源热泵热风机在寒冷地区的采暖应用提供了可靠技术保证。

  3.2 产品特点与优势

  与普通的冷暖型空调相比,低环境温度空气源热泵热风机在制热采暖中具有以下优势特点:

  (1)拓展了空气源热泵的使用范围,实现不使用电辅热的情况下,机组可在室外-30℃低温环境下稳定运行;

  (2)在额定工况7℃时,低环境温度空气源热泵热风机的制热能效比普通冷暖空调能提高5%-10%,而在低温工况-20℃时,则能够提升20%左右;

  (3)与额定制热量相比,可实现制热量在-20℃、-30℃的环境下均无衰减;

  (4)用户能够自行设定出风温度,从而实现恒温送风;

  (5)设备出风产生空气对流,房间温度升温极快,室内温度能够达到用户采暖要求。

  (6)产品舒适度提高,采用落地风盘从房间底部送风避免了吹空调时的头热脚冷。

  4、结论

  (1)低环境温度空气源热泵热风机隶属空调的范畴,能够实现房间的制热及制冷功能;

  (2)低环境温度空气源热泵热风机有效的克服并解决了普通冷暖型空调在寒冷地区制热所存在的问题,使机组能够持续稳定供热;

  (3)结合补贴政策及实施的可行性,低环境温度空气源热泵热风机在未来的“煤改电”市场前景巨大。

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