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空气源热泵的发展历程及概述

空气源热泵的发展历程

热泵和 制 冷 机 在 原 理 上 同 属 于 热 力 学 逆 循环。1824年,卡诺确立了卡诺循环原理,热泵供热的理论就基本确立了。从制冷技术的发展历史来
讲,人们首先开发了各种制冷产品,热泵技术的发展是后来的事。上世纪50年代,美国已经批量生产空气源热泵产品,到80年代,日本已经大规模生
产各种空气源热泵式空调器。我国在改革开放以后,以引进日本技术和生产线为基础,房间空调器发展非常迅速:起初是以单冷式空调器为主,到90
年代,各种热泵式空调器的产量增加很快;进入21世纪以来,有 热 泵 功 能 的 房 间 空 调 器 在 我 国 市 场占约70%的份额。

近年来,随着我国人民居住条件的改善,对生活热水 的 需 求 量 迅 速 上 升。环 境 保 护 意 识 的 增强,促进了 空 气 源 热 泵 热 水 器 的 发 展。这 种 以 生产55 ℃生 活 热 水 为 目 的 的 产 品,在 我 国 广 东、浙江一带发展很快,并且有逐渐向北方发展的趋势。随着南方冬 季 采 暖 问 题 的 提 出,有 的 企 业 开 始 研究和生产在冬季用于房间采暖的空气源热泵热水系统。

需要 注 意 的 是,夏 热 冬 冷 地 区 的 夏 季 空 调 期较长,冬季 供 暖 用 热 泵 还 兼 有 夏 季 空 调 制 冷 的 功能,因此在工作性能方面,要有很高的要求。笔者暂不讨论相关夏季空调的性能要求。即便在冬季供暖时,由于环境温度和湿度的变化,也可能由于房间使用情 况 的 变 化,一 方 面 提 供 给 房 间 的 热 量是变化的,热泵要有变容量的性能;另一方面环境温度可以从0 ℃以 上,变化到零下几摄氏度甚至更低,应对极端恶劣天气,热泵应有良好的变工况性能。对这样变容量、变工况的“双变”性能,只有在压缩机可变速、可变压缩比,节流阀可大范围调节流量,换热器配置的风机、水泵可变流量的前提下才能实现。由于环境温度随时间变化也是一种波,可分解为不同的振幅和频率,可以适应环境变化的热泵笔者称之具有“广谱”性能。

空气源热 泵(空 气-空 气 型 和 空 气-水 型)流 程图见图1。空气-空气型和空气-水型热泵的共同点是用四通阀转换夏季空调工况和冬季供热工况,
四通阀也可兼用于除霜工况。它们的主要区别是室内换热 器,分 别 为 风 冷 式 和 水 冷 式。风 冷 式 是传统设计,但风冷式需要较高的出风温度,舒适度也较差。水冷式是以水为传热介质,可降低冷凝温度,采用水冷的冷凝器,可在40 ℃的冷凝温度下,产生35℃的热水,提供给地板采暖,即可有较好的采暖舒适度,也可提高热泵的制热系数。到夏季,建议采用冷却水进入室内机盘管的方式供冷。这是因为今后可能采用 R32或 R290等工质在蒸发器中直接膨胀吸热,但由于 R32和 R290的可燃性带来的安全隐患不可 避 免,水 系 统 的 使 用 可 以 避 免 工 质 直接进入生活区,提高系统的安全性。