空气源热泵热水系统性能及应用分析

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Property and Application of W ater Heating Systemof Air Source Heat PumpZHENG Gui-xiang，GUO Li-meiAbstract：The basic composition and operation principle of the water heating system of air source heatpump were presented，and combined with its application in water heating system in enterprise，the opera-tion effects and economic benefits were analyzed in this paper。

Key words：air source heat pump；water heating system；composition；principle；application节能 、环保和低 碳是当今科学技术的主导发展方向，作为-种新能源技术，空气源热泵热水技术正在逐步应用于生产和生活等领域。

1 生活热水系统存在的问题云南锡业股份公司采选分公司原生活热水系统采用 LSG5m -95/20-A I型锅炉进行加热热水 ，系统在实际生产过程中存在 以下不足：(1)设备制热效率低，能耗大。该设备制热效率在 77%左右 ，能源消耗量大。

(2)环境污染大。主要 耗能为柴煤 ，在燃烧 过程中产生大量的 CO：、SO 气体以及大量的粉尘，环境污染大，不利于工作人员降。

(3)辅助部分耗能大 。在整个生产过程 中需要配套风机助燃以减少柴煤的不完全燃烧。

基于该系统的高能耗低产出，以及对环境的污染状况 ，另外随着矿 山生产规模的不断扩大 ，矿区工作人员不断增长 ，该 LSG5m -95/20-AⅡ型锅炉生活用水系统 已不能适应生产需求。

2 空气源热泵热水机组的引进应用为满足生产需求的同时更好的推进节能减排工作，发展绿色循环经济。云南锡业股份有限公司采选分公司 自2005年 以来 ，先后引进 了 6套空气源热泵热水 机组取 代 了传统锅 炉 ，用 于工业 生产 与生活热 水 系统。本文 以该公 司在 用 的 JLM-060B型空气源热泵热 水机 组 的实 际应用情 况为 基础 ，对系统的组成 、工作 原理及 经济应用 效果 进行分析 ，为系统的正常运行 、日常维护和技术管理提供参考资料 。

(5)人工投入大。生产过程中设备长时间连续 3 空气源热泵热水系统基本组成[收稿日期]2012-10-l9 空气源热泵热水系统主要由热交换循环系统及[作者简介]郑贵翔(1984-)，男，云南个旧人，大学本 配套的电气控制系统和辅助电加热系统组成。

· 36· 有 色 冶 金 节 能 口设备节能3.1 热交换循环系统热交换循环系统的组成如图 1所示 。主要 由压缩机 、电磁 四通阀 、冷凝器 、蒸发器、热力膨胀阀、干燥过滤器 、储 液器 、气液分离器 、压力表 、温度传感器、温度控制器和冷凝风机等部件构成。

低温水进 高温水出图 1 热交换循环系统的组成示意图热交换循环单元内充注了 R22制冷剂作为热 以LY506A智能控制器为中心，以 16位单片机作为交换介质 ，在压缩机的作用下 ，制冷剂通过管路在蒸 CPU控制器核心，通过软件编程对系统进行智能控发器 、冷凝器之间不断循环流通来完成热量的交换。 制 。热循环系统中的温度 、压力传感器对环境温度 、在热交换过程中通过热力膨胀阀的膨胀节流作用可 热循环温度 、系统工作压力、进出水温度等信号进行以很好控制制冷剂的供 给量 ，从而平衡整个循环系 采集处理 ，进而对压缩机进行智能控制和保护 ，从而统内的压力。 保证系统的安全、高效运行。

3.2 电气控制系统 DM23C可编程控制器通过 RS232通讯端 口与电气控制系统的组成如图 2所示。系统主要是 LY506A进行通讯，对多 台空气 源热泵 设备进行远厂-- ---] 厂 ]图 2 电气 控制系统 示意图2013年 6月第 3期 空气源热泵热水系统性能及应用分析--郑贵翔 郭丽梅 ·37·程控制和动态监控。DM23C可设置进出水温度、启停时间、除霜点等参数∩以查询设备运行状态和故障报警情况。

3.3 辅助电加热系统辅助电加热控制系统仅在环境温度较低时空气源热泵热水系统不能满足工业生产和生活用水 的情况下启用 ，作为补充辅助使用 。

4 空气源热泵热水系统工作原理系统以压缩机为中心 ，通过压缩机做功、对 电磁四通阀的控制 ，完成系统制热和制冷两个过程。系统制热主要是从外界空气中吸收热量并将其释放到水 中将水加热 ；制冷作 为辅助功能主要是在蒸发器表面积霜较多时牺牲 系统热量除霜来 提高系统功效 。

4.1 制热 工作 原理空气源热泵系统制热工作时 四通阀线圈工作在断 电状态。其工作原理如图 3所示。

图 3 空气源 热泵 系统制热循环示意 图蒸发器中的低温低压液态制冷剂通过冷凝风机从空气 中吸收热量后变为高温气态从四通阀的 c端进，s端出，再经汽水分离器汽水分离后，汽体进入压缩机，通过压缩机压缩后变为高温高压状态，从四通阀D端进，E端出，高温气态通过冷凝器将所含的热量释放到水中。感温包感受蒸发器出口的过热蒸汽温度 ，控制热力膨胀阀的开度 ，释放热量后 的制冷剂以液态形式经热力膨胀 阀节流控制后 ，再次进入蒸发器从空气中吸收热量 ，如此不问断的循环 ，延绵不断的将空气中的热量释放到水中，从而使水得到加热。

4.2 制冷工作原理当环境温度较低时，-方面蒸发器将空气中的热源吸收后其表面温度会越来越低 ，在翅片表 面将会形成积霜层 ，空气 中的热量仅有少 部分能够进入系统，这时将导致系统制热功效降低，压缩机高、低压压差增大，压缩机负载增加，严重时会烧毁压缩机电动机；另-方面当压缩机过载时，控制保护动作，致使压缩机频繁启停，系统无法正常工作。所以当环境温度较低 ，蒸发器翅片表面积霜时，空气源热泵系统要进行制冷工作。

空气源热泵系统制冷工作时四通阀线圈工作在带电状态。其工作原理如图 4所示。

图 4 空气源热泵 系统制冷循环示意图冷凝器 中的热量 ，经液态制冷剂吸收热量从 四通阀的 E端进 ，S端出 ，再经汽水分 离器汽水分离后，汽体进入压缩机，通过压缩机压缩后变为高温高压状态 ，从四通阀 D端进 ，c端出，再进入蒸发器 ，蒸发器将所含 的热量释放 出去 以溶解蒸 发器外部结冰 ，释放热量后的制冷剂以液态形式经热力膨胀 阀节流控制后 ，再次进入冷凝器吸收热量，如此不间断的循环 ，延绵不断的将冷凝器中热量从蒸发器释放出去，从而使蒸发器外部结冰得溶解。

空气源热泵系统制冷工作时是牺牲系统热量 ，来实现除霜。工作时间长了，会过多的消耗电能，降低空气源热泵系统制热效率。因此制冷除霜功能不建议频繁使用 ，如果环境温度太低 ，可以酮空气源热泵系统 ，使用辅助电加热系统。

5 实际应用情况分析云南锡业股份有限公司采选分公司塘子凹坑生活热水实际加热温度为 48～55℃。平均每人每次洗澡用热水总量约 60 L，塘子凹坑平均每天 1 500人洗澡，则每天需要热水量：1 500 X 6090 000 L/d90 t/d塘子凹坑 2011年平均气温 l4.5℃，生活热水平均水温52℃左右，全年平均温差为 37.5℃。

5.1 泵锅炉系统运行费用LSG5m -95/20-A I锅炉参数如下：耗材标煤110 kg/h，产热水量 6 000 kg/h，温差 30℃～水从14.5℃加热到52℃每6 000 kg热水需耗标煤约 138· 38· 有 色 冶 金 节 能 口设备节能kg，每天加热 90 t热水需要 2 070 kgce，每天需要工作 15 h能满足生产需求。

按 630元/tce计算 ，用 LSG5mlj95/20.A I锅炉全年耗用资金为46.95万元。另外，该系统需要 9人进行三班交替值守 ，2011年平均工资为 4万元 ，全年需要人工费用 36.00万元 ，全年维护费 用 0.20万元。合计全年需要资金 83.15万元。

5.2 空气泵热泵 系统运行费用JLM.060B空 气 源 热 泵 热 水 机 组 参 数 如 下 ：55 900 Kcal/h。另外 ：1 Kcal1 000 cal4 185.85 J。

产水量 ：mQ/At·C (1)式中 r几--产水量 ，J/h；△-- 温 差 ，℃ ；c--水的比热 ，为 4.2×10 J/kg·oC。

则 ：全年每台热泵机组 1 h能产生的热水吨数 ：mQ/At×C55 900×4 185.85÷(37.5×4.2×10。)1.49 t/h4台热源泵每天需工作 15.1 h能满足生产需求。2011年全年平均维护费用为 0.90万元/台，塘子 凹坑 201 1年 热 源 泵 的月 平 均 实 际 耗 电量 为59 000 kW·h，按 照 2011 年 综 合 电 价 0.557 7元/kW·h计算，年耗用资金为：59 000×0.557 7×1239.48万 元 ，全年合计需要资金 43.08万元。该设备无需值守。

6 经济运行分析根据云南锡业股份采选分公司塘子凹坑的生活用水使用情况，JLM-060B空气源热泵热水机组与LSG5m .95/20-A 1I型锅 炉对 比其经济 运行效果如表 1所示 。

表 1 空气源热泵热水机组与热水锅炉经济运行效果对比表 单位 ：万元设备名称类别 JLM-O60B空气源 LSG5m -95/热泵热水机组 20.AⅡ锅炉根据统计计算分析预计 3年可收回全部投资。

7 结论通过改造前后运行数据分析 ，空气源热泵热水系统与传统锅炉相比：优点：该系统高效、节能、环保等，可无人值守，具有广泛有应用价值 ；缺点 ：其- ，该系统使用 R22制冷剂，对大气臭氧会造成破坏 ；其二 ，由于该系统集成化较高 ，维修人员对该系统的原理还未完全理解 ，系统运行过程中如果出现故障，维修人员现场处理时问过长，会影响设备的正厨行。

通过对 JLM.060B型空气源热泵热水机组 系统的实际应用情况分析 ，为该系统的正常运行 、日常维护和管理提供技术参考资料，使系统能充分发挥其工效。