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空气源热泵热水器制热能力与热量需求的矛盾

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-02-06  来源:今日头条  作者:本站  浏览次数:380

  空气源热泵热水器和太阳能热水器的制热特性有类似之处,就是其制热能力与人们对热量的需求相反:当天气越冷时,人们对热的需求增加,但是它的制热能力却在下降。以一台输入功率为2.2KW的空气源热泵热水器在不同环境温度下的制热能力和一个普通淋浴者在不同自来水温度时对热量的需求为例,它们只有在两线相交的点,制热能力和需求才能恰好相等的,加大热泵的功率会使该点左移但是无论如何也不可能适应各个环境。

  由于现有的热泵热水器基本上都不能调节输入功率,只有按照固定的转速进行制热循环,为了满足用户的使用,不得不配备保温水箱,用增加机组工作时间的方法,满足用户短时间内的使用,而且由于热泵不能像电热水器那样把水温加的很高,一般要求在55℃一下,为了保存足够多的热量,唯有加大保温水箱这一途径。

  水温低,热容量小,就必须采用较大容积的保温水箱,最大水箱达到800L,最小也是在100L以上,在酒店、学校等大用水量的工程热泵热水系统中,动辄数十甚至数百吨的保温水箱。

  但是保温水箱的加大,又会出现如下问题:成本和占地面积增大,用户的预热时间延长,散热损失增加,在少量用热水时,必须加热全部水箱的冷水,不及时使用又会形成较多的“剩余热量”。这一点在家用热泵热水器中表现十分突出,由于保温水箱要靠自来水的压力方可出热水,冷热水的混合使得使用完毕后,箱内热水高于使用温度的部分热量,在长时间的间隔时间里散失,我们把改造热水的效率称为制热效率,把实际使用的效率称为使用效率。同时过大的保温水箱造成安装不便和费用较高。

  在漫长的等待时间中热量不断耗散,极端的情况下,用户总的热效率甚至低于电热水器。举一个例子:

  某用户度假别墅装有一台1.5匹、320L的分体式家用热泵,每周末在此休假使用,在20℃左右的环境温度和20℃自来水温度的条件下,预热水至50℃时开始淋浴,淋浴热水水温42℃,流速为6L/min,15min后借宿,用温度42℃的热水共90L。实际使用的热量为1800kacl,淋浴完毕后保温水箱内剩余热水的平均水温为44.37℃。

  假定热泵制热效率为3.5倍,则其将水箱加热至50℃的耗电量为3.19KW·h电在电热水器中可以产生2743kacl热量,而热泵热水器花费同样的电,总的制热量为9600kacl,看上去制热效率很高,但是在这个实际使用的例子中,该用户淋浴使用热水折合热量(有效热量)为1980kacl,那么他使用热水的总效率仅为72.18%,比电热水器效率更低。

  在具体实践中,制热效率高并不意味着总的使用效率高,配置不当的保温水箱,会使大幅降低总的使用效率,使用效率才是有实际意义的效率。

  输出功率难以调节和发热量不足,是热泵热水器的重要缺陷,为此付出的代价就是配备庞大的保温水箱,以及使热泵不得不工作在较高的温度区间,本来人们的生活用热水40~50℃就已经足够,足够温度也恰好是压缩机能够可靠工作和效率较高的温度区间,但是为了多储存一些热,却必须驱使热泵去制备温度更高的热水,这对热泵在效率、稳定性和工作寿命等方面,都是极端不利的。

  即使热泵已经在不合适的高温下工作了,它的储热量对于淋浴一类大用水量的活动来讲还是不足的,温度低,热容量小,就必须采用较大容易的保温水箱,保温是想越大,热惯性越大,浪费越多,配置极大的保温水箱,是热泵工程设计师们一个不得已的选择。

  在热水可以及时被使用的情况下,直热加热式热泵配备非承压的保温水箱,是一个较为合理的选择:承压水箱如果也能“变容积”,告便用自来水顶出热水的供水模式,将预热的热水大部分用完,也可以显著地提高总使用效率并使供热温度更加平稳。

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