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空气能热水器商用机直热和循环的基本区

文章出处:东莞热水工程网 人气:发表时间:2018-08-27 15:27

  在空气源热泵热水器的选型问题上,大多数机型都选用的是循环加热的模式进行。特别是在一些大型的商用项目上,循环式热泵更是一统天下,几乎没给直热式热泵一点生存空间。但即便如此,仍有部分企业坚持发展直热式热泵热水机,并促使直热式热泵的发展路线逐渐明晰起来:过去少人问津的直热式热泵,可能成为未来热泵热水机的主力——那么,循环式热泵和直热式的区别究竟在哪里?直热式的热泵是未来的方向,其中的原因又是什么?

空气能热泵结构图

  空气源热泵热水器从起初的盘管式演化至今,其运行模式大至分成两种,一种是直热式,一种是循环式。关于两种机器的性能及实际工程比较,一直以来众说纷纭,莫衷一是。循环和直热,究竟哪种方式更好?大多数工程机都选用循环式的原因是什么?谁是真正的未来之王?长期以来一直是整个行业困惑的问题,然而,又没有真正搞清楚。

  我们知道,热泵热水器的整个系统包括热泵、水箱、电磁阀、循环泵和管网构成,无论是直热还是循环,工作原理都大同小异,区别只在水系统这一块,水系统工作情况的不同,直接决定了直热和循环的不同,继而影响到整体的运行效果。

  直热式热和循环式热泵运行时究竟有什么不同?

  说到直热和循环的比较和选择问题,直热和循环在工作方法上,究竟有什么不同?让我们来看一下两种工况的工作原理——如下图所示:

  (1)循环式热泵

  (2)直热式热泵

  从结构上看,直热式比循环式少了一个循环水泵,这个很自然,也好理解。但他们之间最大的区别,还在于:当进水温度高于45℃的时候,工况完全不同。

  ①直热式机组进水温度低而出水温度高:两者通常在20℃—60℃。而循环机组最初工作时,进水温度也可能是20℃,但随着一次次的拉循环,进水温度不断提高,随着温度的递增,循环式热水机组对应的冷凝温度也迅速增加。

  ②也就是说,直热式的高温冷媒从压缩机排出后,总是和20℃的水进行热交换,交换的结果是:冷媒的温度降低为40℃。而循环式则不同,循环式的高温冷媒一开始也和20℃的水进行热交换,但随着自己的做功,发生热交换的水温越来越高。冷媒的热交换效率出现下降,特别是水温升高到50℃时,冷媒经过热交换后温度仍然高达75℃,最少也有60℃,冷媒放热的值明显不够。

  以上分析说明了什么呢?说明了当出水温度不高的时候——比如在45℃以下,循环和直热具有相似的工况及能效。而当水温升到45℃以上,循环式的热泵压缩机的工作温度和压力都在不断提高。压缩机的工作条件随着水温的不断提高开始变得恶劣起来。

  A、保护压缩机

  根据传热工质(例如R22)的特点,饱和温度与饱和压力式呈单值函数关系。当温升到一定程度冷媒得不到充分交换时,饱和压力必然增加,甚至超出压缩机的工作曲线范围,势必造成压缩机的过负荷运行。但凡从事过技术的人都知道,压缩机长期高温高压运行,势必影响它的工作和寿命,然而很可惜,循环式的热泵热水机,应对这样恶劣的工况缺是家常便饭。

  在实际的工程案例中,除了一些恒温池热水之类需求温度不高于45℃的工程外,大部分的工程40%运转时间是在高温水区(48-60℃),这样系统长期处于高冷凝温度工况下,压缩机排气温度过高使得压缩机面临更多的耗功,润滑发热油更容易碳化,机组效率安全性和使用寿命也大幅度下降。

  在这里,直热式的好处就体现出来了。因为直热式热泵热水机的压缩机在基本恒定的压力和温度下工作,压缩机的工况也稳定,在短短的5~10分钟之内,通过一个恒定的冷媒进出温度,压缩机即达到一个稳定的运行负荷,然后可以长时间运行。再者低温自来水直接吸收高温冷媒的热量,冷媒能够得到充分冷却,系统高压压力降低,压缩机克服系统压力所消耗的电能比较少,从而延长了压缩机的寿命,也减少了高压保护的频率和压缩机爆缸事故的隐患。

  B、提高化霜效率

  在冬季,结霜是威胁热泵热水机工作的主要杀手,化霜是热泵的常备手段。

  化霜的方式,不外电辅和反向化霜两种,目前这两种方式都不是最好的,但限于目前的技术水平,又没有什么办法可以完美的解决这一问题。要么是顾到了化霜的效果,就忽略了节能的效果;要么是可以实现完全的化霜,但又以牺牲整个机组性能为代价。

  选择化霜的方式,是解决化霜问题的一个努力方向,另一个方向是提高化霜的效率。

  在这方面,直热式又体现出了它的优势,为什么?因为直热式热泵的冷凝温度低,当低温的冷媒通过膨胀阀回到蒸发器后,蒸发的效率赶不上高温的冷媒,为了解决这一问题,直热式热泵需要扩大蒸发面积。通常的办法,是采用额外的蒸发器机组,从空气中吸收热量化霜。或者干脆采用双蒸发器,一个做主一个为副,这样可以避免反向除霜面临的诸多技术困境,比采用电热丝化霜更加节能。

  C、摆脱“谷轮”依赖症?

  由此可见,直热式最大的好处,还在于可以让压缩机在一个稳定的工况下运行,最大限度地保护压缩机。但更重要的是,它也降低了压缩机的工作要求和性能参数,因此有企业开始尝试用普通空调的压缩机,或者是性能差异不大的压缩机来做热泵的主机,而不是采用目前市面上大多数企业采用的“谷轮”耐高温高压的压缩机,并且取得了初步成功。

  一台谷轮涡旋压缩机的价格,是同等功率压缩机的几倍,如果能够解决用普通空调压缩机或近似机型代替热泵压缩机的话,热泵热水机的成本将大幅度下降,为热泵在民间普及创造了条件。

  使用谷轮压缩机,这是整个热泵热水机行业的惯例。谷轮压缩机耐高温高压的性能,使它在面对循环机组长时间恶劣工况时能够保证机组的正常运行。但如果要问为什么都要用谷轮压缩机,得到的回答很可能是:“因为大家都在用”。实际情况究竟如何?套用某热水器品牌厂家工程师的一句话来说“在这个行业,真正在深入研究技术的企业,会有多少?”

此文关键字:直热式热和循环式热泵