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空氣源熱泵(bèng)內部結構工作原理及設計使用(yòng)方案

空氣源熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源空氣流向(xiàng)高位熱源的節能裝置。它是熱泵的一種形式。顧名(míng)思義,熱泵也就是像泵那樣,可以把不能直接利用的低位(wèi)熱能(如空氣、土壤、水中所(suǒ)含(hán)的熱量)轉換為(wéi)可以利用的高位熱能,從而達到節約部分高位能(如(rú)煤、燃氣、油(yóu)、電能等)的目的。
一、空氣源熱泵的內(nèi)部結構組成工作原理
一)空氣源(yuán)熱泵的內(nèi)部結(jié)構
 
1.蒸發器:蒸(zhēng)發器是空氣源熱泵很重(chóng)要的一個部件,低溫的冷凝“液”體通過蒸發器,與外界的空氣進行熱交換,“氣”化吸熱,達到製冷的效果(guǒ);
2.冷凝器:它能將管子中的(de)熱(rè)量,以很快(kuài)的方式,傳到(dào)管子附近的空氣;
3.壓縮(suō)機:它能將低壓氣體提升為高壓的一種從(cóng)動的(de)流體機械,是空氣熱源泵的心髒;
4.膨脹閥(fá):膨脹閥是空氣熱源泵(bèng)一個重要部件,一般安裝於儲液筒和蒸發器之間。膨脹閥使中溫高壓的液體(tǐ)製冷劑通過其節流(liú)成為低溫低壓的濕蒸汽,然後製冷劑在蒸發器中吸收熱量達(dá)到製冷效果,膨脹閥通過蒸發器末端的過熱度變化來控製閥門流量,防止出現蒸發器麵(miàn)積利用(yòng)不足和敲缸現象(xiàng)。
二)空氣源熱泵的工作原理
空氣源(yuán)熱泵是以空氣作為高品位(低品(pǐn)位(wèi))熱源來進行供(gòng)熱(供冷) 的(de)裝置。以空氣作為低品位熱源,可以取之不盡,用之不竭,處處都有(yǒu),無償獲取。空氣源熱泵安裝靈活、使(shǐ)用方便、初投資相對較低,且比較(jiào)適用於分戶安裝。工作原理圖如下(xià):

二、空氣源熱(rè)泵的特點
1.空氣源熱泵係統冷熱源合(hé)一,不(bú)需要設專門的冷凍(dòng)機房、鍋(guō)爐(lú)房,機組可任意放置屋頂或地麵(miàn),不占用建築的有效使用(yòng)麵(miàn)積,施工安裝十分簡便。
2.空氣源(yuán)熱泵係(xì)統無冷(lěng)卻水係統,無冷卻水消耗,也無冷卻水係(xì)統動力消耗。另外,冷(lěng)卻水汙染形成的軍團菌感染的病例已有不少報導,從安全衛生的角(jiǎo)度,考慮空氣源熱(rè)泵也具有明顯(xiǎn)的優勢。
3.空(kōng)氣源熱泵係統由於無需鍋爐、無需相應的鍋爐燃料供應係統、除塵係統和煙氣排放係統,係統安全可靠、對環境無汙染。
4.空氣源熱泵冷(熱(rè))水機組采用模塊化設計,不必設置備用機組(zǔ),運行過程中電腦自動控(kòng)製,調節機組的(de)運(yùn)行狀態,使輸出功率與工作環境相適應(yīng)。
5.空氣源熱泵的性能會隨室外氣候變化而變化。
6.在我國北方室外空氣溫度低的地方,由於熱泵冬季供熱量不足,需設輔(fǔ)助加熱器。
三、空氣源熱泵應用的(de)適應性
我(wǒ)國疆域(yù)遼闊,其(qí)氣候涵蓋了寒、溫、熱帶,按我國《建築氣候(hòu)區(qū)劃標準》(GB 50178-93),全國分為7個一級區和20個二級區。與(yǔ)此相應,空氣源熱泵的設計與應用方式等,各地區都應有不同。 [1]
1.對於夏熱冬(dōng)冷地區:夏熱冬冷地區的氣候特征是夏季悶熱,7月份平(píng)均地(dì)區氣溫25-30℃,年日平均氣溫大於25℃的日數為40-100天;冬季濕冷,1月平均(jun1)氣溫0-10℃,年平均氣溫小於5℃的日數為(wéi)0-90天(tiān)。氣溫的日較(jiào)差較小,年降雨量大,日照偏小。這些地區(qū)的氣候特點非常適合於應用空氣源熱泵。
2.對(duì)於雲南大部,貴州、四川西南部,西藏(cáng)南部一小部分地區:這些地(dì)區1月平均氣溫1-13℃,年日平均氣溫小(xiǎo)於(yú)5℃的日數0-90天。在這樣的氣候條件下,過去一般建築物不設置采(cǎi)暖設備。但是(shì),近年來隨著現代化建築的發展和向小康生活水(shuǐ)平(píng)邁進,人們對居住和工(gōng)作建築環境要求愈來愈高,因此(cǐ),這些地區(qū)的現代建築和高級公寓等建築(zhù)也(yě)開始(shǐ)設(shè)置采(cǎi)暖係統。因此,在這種氣候(hòu)條件下,選用空氣源熱泵係統是(shì)非(fēi)常(cháng)合適的。
3.傳統的空氣(qì)源熱泵機組(zǔ)在室外(wài)空氣溫度高於-3℃的情況下,均能安全可靠地(dì)運行。因此,空氣源熱泵(bèng)機組的(de)應用範圍早已由長(zhǎng)江(jiāng)流域北擴至黃河流域(yù),即已進入氣(qì)候區劃標準的II區的部分地(dì)區(qū)內。這(zhè)些地(dì)區氣(qì)候特點是冬季氣溫較低,1月平(píng)均氣溫(wēn)為-10-0℃,但是(shì)在采(cǎi)暖期裏氣溫高於-3℃的時數卻占很大的比例,而氣溫低於-3℃的時(shí)間多出(chū)現在夜間,因此,在這些地區以白天運行為主的建築(如辦公樓、商場、銀行等建築)選用空氣源熱泵,其運行是可行而可靠的。另外這(zhè)些地區冬季氣候幹燥(zào),最冷月(yuè)室外相對濕度在45%-65%左右,因此,選用空氣源熱泵其結霜現象又不太(tài)嚴重。
四、空氣源熱泵熱機實訓考核裝置設計方案

1.特點:
1)係統機組(zǔ)配備高低壓保護係統、過載保護、缺相保護、化霜功能等多重保護,確保係統安全、可靠、穩(wěn)定的運行(háng),不影響教學課程。
2)整機係(xì)統采用全自動智能化控製,操作方(fāng)便,水溫、水位、開、關、時間均可以由用戶自由設定,整機采用斷電自動記憶功能,不用每次重(chóng)複操作(zuò),方便實用。
3)本實驗裝置采用世界(jiè)頂級壓縮機,優質銅件鍛造的熱交換(huàn)器,熱交換效率高,安全可靠。水箱采用先進的拉絲銀工藝(yì),將時尚與頂級科(kē)技結合在一起,設備(bèi)外(wài)觀美觀大方,水箱內膽采用304不鏽鋼製造,經久耐用,不容易腐蝕、損壞。
4)係統(tǒng)采用工業用空氣源熱泵熱水機組,與工業實際設備相一致,讓教學與(yǔ)實際應用(yòng)接軌。室外主機采用加厚鈑金烤漆型,耐受(shòu)不同的實驗環境,長期有效的(de)工作,不會生鏽腐蝕。
5)整套實訓裝置(zhì)集空(kōng)氣源熱泵熱機(jī)係統、電氣控製係統、故障模擬係統於一體,工藝係統(tǒng)真實完整(zhěng),結構清晰、緊湊,充(chōng)分滿足學生對實訓(xùn)的要求。
6)實訓裝置直(zhí)觀展示了熱泵型熱水器的(de)係統結構、工作原理,可清楚的看到製(zhì)熱循(xún)環係統結構及主要部(bù)件的實物(wù),係統還配置有交流電壓表、交流電流表、溫度表、真空壓力表、使整個熱泵係統的實時工作狀態一目了然。
7)可模擬工業實際問題進行故障設置,學生(shēng)根據工藝流程分析故障可能產生的原因,確定故障(zhàng)發生的(de)範圍,並(bìng)進行排故實訓。

2.技術性能(néng):
1)輸入電源:單相三線~220V±10%  50Hz
2)工作環境:溫度-10℃~+40℃, 相對濕度<85%(25℃), 海拔<4000m
3)裝置容量:小於等於1.5kVA
4)製(zhì)冷劑:R22
5)製(zhì)熱量:3kW
6)重  量:200kg
7)外形尺(chǐ)寸(大約):180cm×73cm×164cm
8)安全保護:具有漏電壓、漏電流過流保護裝置,安全(quán)符合國家標(biāo)準。
9)移動(dòng)腳輪:100*60mm
3.基本配(pèi)置及功能:實訓裝置(zhì)主要由控製屏、實訓桌、熱泵機組等組(zǔ)成。
1)實訓桌:實訓桌采用優質工(gōng)業鋁(lǚ)型材組建而成,外形美觀、耐腐蝕、結構強度高。桌(zhuō)麵為防火(huǒ)、防水、耐(nài)磨高密度(dù)板,結(jié)構堅固,造(zào)型美(měi)觀大方(fāng);桌麵用於安裝電源控製屏並提(tí)供(gòng)一個(gè)寬敞舒適的工作台麵。實驗台采用優質雙層亞光密紋噴塑鈑金件;實訓桌還設有四個萬向輪,便於(yú)移動和固定。
2)控製屏:采用鐵質雙層亞光密紋噴(pēn)塑結構,優質亞克力麵板,麵板上激光雕刻有熱泵機組係統工藝流程(chéng)圖,工藝流程原理圖(tú)永不磨損,清(qīng)晰、立體。麵板上設有明確標識及相應指示燈,便於學(xué)生分析觀察。
3)電源控製部分:交流電源:提(tí)供控製屏以及熱泵機組工作所需的單相交流電源,可由電源總開關來控製。配有三位半數字式交流電壓表(biǎo)和交流電流表,可指示輸(shū)入電網電壓值(zhí)以及係統工(gōng)作電(diàn)流值。
4)測量儀表:
(1)數字式電壓表:0~250V
(2)數字式電流(liú)表:0~10A
(3)真空壓力表(biǎo):-0.1~1.5MPa
(4)真空壓力表:-0.1~3.5MPa
(5)數顯溫度表:采用(yòng)PT100傳感(gǎn)器,測量範圍-50~+150℃
5)熱泵(bèng)機組:包含1匹全封閉製冷壓縮機、冷凝器、視液鏡、幹燥過濾器、膨脹(zhàng)閥、手閥、蒸發器、壓(yā)力控製器、除霜溫控器等構成。另外係統還配備有儲水水箱(xiāng),以利於學生在做實訓(xùn)的過程中水的再(zài)循環利用。

4.實訓項目:
1)熱泵機組係(xì)統的(de)認識和了解。
2)熱泵(bèng)機組(zǔ)係統(tǒng)啟動、運行、調試、保(bǎo)護技術的(de)實訓。
3)熱泵機組運行工況和運行參數的檢(jiǎn)測及分析(xī)。
4)熱泵機組製熱量、性能係數的計算與分析。
5)熱泵機組係統故障的設置和檢測。

五、總結
空氣源熱泵熱水器為一種利用空(kōng)氣作為低溫熱(rè)源來製取生活熱水的熱泵熱水器,主要由空氣源熱泵循環係統(tǒng)和蓄水箱兩部分(fèn)組成(chéng)。空氣源熱泵(bèng)熱水器就是通過消耗部分電能,把空氣中的熱量轉移到水中的製取熱(rè)水的設備。近年來,國內外都在研究CO2熱泵熱水器。 [1]  文獻 [3]  中指出,在蒸發溫度0℃的條件下,把水從9℃加熱至(zhì)60℃,CO2熱泵熱水係統的COP值可達(dá)4.3。以(yǐ)周圍空氣為熱源時,全年的運行(háng)平均供熱COP值可達到4.0,與傳統(tǒng)的電加熱或(huò)者燃煤鍋爐相比,可以節省75%的能量。

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