图解空气能热水器工作原理丨空气源热泵工作原理
发布时间: 2017-08-07   查看: 3136   来源: 科希曼

空气能,是指空气中所蕴含的低品位热能量,又称空气源。能量守恒定律告诉我们能量不会凭空产生,也不会凭空消失;空气中的低品位热能是空气吸收太阳光散发的热量产生的。所以气温越高,空气能越丰富。“热泵”是一种从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能,经过电能做功,转化为可供人们使用的高品位热能的装置,空气能(源)热泵即利用热泵将空气中的低品位热能转为高品位热能的技术装置。


图解空气能热水器工作原理丨空气源热泵工作原理

空气源热泵工作原理简化图


空气源热泵工作原理是按照“逆卡诺”的原理进行工作的,通过热泵机组的通电工作,将周围空气中的低温热量吸收到换热器上,通过换热器,将热量通过热传递原理传递到水里,达到加热的作用。空气能热泵机组工作时,在风机的吸力作用下,室外普通空气从进风口进入机组内部,经过换热器,此时空气中的低温热量被换热器吸收,并转移到保温水箱中,给水加热;失去热量的空气温度降低,变成冷空气从风机吹出来。


图解空气能热水器工作原理丨空气源热泵工作原理

空气能热水器工作原理图

 

空气能热泵机组一般由膨胀阀(节流阀)、压缩机、冷凝器、蒸发器等主要部件组成,科希曼空气能逐一介绍这些主要部件在空气源热泵机组中所发挥的作用。


膨胀阀(节流阀)的作用

空气能热水器工作原理——膨胀阀

膨胀阀(节流阀)是在制冷系统中通过改变节流截面或节流长度达到控制制冷剂流量的装置,一般安装于蒸发器和储液筒之间。膨胀阀(节流阀)使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽,然后制冷剂在蒸发器中吸收热量达到制冷效果,膨胀阀(节流阀)通过蒸发器末端的过热度变化来控制阀门流量,防止蒸发器面积利用不足和敲缸现象的发生。


压缩机的作用

空气能热水器工作原理——压缩机 

压缩机(也有人称之为“蒸气泵”)是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械装置,是制冷系统的心脏。它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体,通过电机运转带动活塞对其进行压缩后,向排气管排出高温高压的制冷剂气体,为制冷循环提供动力,从而实现压缩→冷凝(放热)→膨胀→蒸发(吸热)的制冷循环。


冷凝器的作用

空气能热水器工作原理——冷凝器

冷凝器为制冷系统的机件,属于换热器的一种,能把气体或蒸气转变成液体,将管子中的热量,以很快的方式,传到管子附近的空气中。气体通过一根长长的管子(通常盘成螺线管),让热量散失到四周的空气中,铜之类的金属导热性能强,常用于输送蒸气。为提高冷凝器的效率经常在管道上附加热传导性能优异的散热片,加大散热面积,以加速散热,并通过风机加快空气对流,把热量带走。冷凝器工作过程是个放热的过程,所以冷凝器温度都是较高的。


蒸发器的作用

空气能热水器工作原理——蒸发器

蒸发器是制冷四大件中很重要的一个部件,经过压缩、液化的低温的冷凝“液”(制冷剂)体通过蒸发器,与外界的空气进行热交换,“气”化吸热,降低周围介质的温度,以达到制冷的效果。


空气源热泵机组工作原理

图解空气能热水器工作原理丨空气源热泵工作原理


低压气态冷媒进入压缩机,经过压缩成为高温高压气体,这时冷媒沸点随压力的升高而升高。高沸点的冷媒进入冷凝器开始液化,这时冷媒放出热量,变成液体。接下来在进入蒸发器前先经过膨胀阀(节流阀),膨胀阀(节流阀)又使冷媒压力降低,压力降低的冷媒在蒸发器中又开始蒸发,这时冷媒吸收热量,又变为低压的气体。再次进入压缩机,整个冷媒循环系统就这样形成。


简而言之,空气能热水器工作原理就是由压缩机系统内的低温冷媒不断吸收室外空气中的低品位热能,带回压缩机提升为可用的高品位热能加热冷水。空气能热水器与空调的制热原理是一样,只是产品配置上有所区别,空气能热水器主要用于制热烧水,加大了蒸发器和冷凝器的换热面积,采用耐高温耐高压的压缩机系统。


热泵压缩机把低温低压气态冷媒转换成高压高温气态,压缩机压缩功能转化的热能为Q1,高温高压的气态冷媒与水进行热交换,高压的冷媒在常温下被冷却、冷凝为液态。这过程中,冷媒放出热能用来加热水,使水升温变成热水。水吸收的热能为Q3,高压液态冷媒通过膨胀阀减压,压力下降,回到比外界低的温度,具有吸热蒸发的能力。低温低压的液态冷媒经过蒸发器(空气热交换器)吸收空气中的热能自身蒸发,由液态变为气态,冷媒从空气中吸收的热能为Q2。吸收了热能的冷媒变成低温低压气体,再由压缩机吸入进行压缩,如此往复循环,不断地从空气中吸热,而在水侧换热器放热,制取热水。这个循环过程由空气能热泵(主机)机组来完成。空气能热泵作为高效集热并转移热量的系统装置,可以把压缩机所消耗的电力变为比电热多4~6倍的热能(即Q1+Q2=Q3的道理)。


空气能热水器工作原理

图解空气能热水器工作原理丨空气源热泵工作原理

空气能热水器工作原理

电热水器消耗1度电只能产出0.95kw热量,而空气能热水器用同样的电量比电热水器节能,原因在于,空气能热水器消耗电能并非直接用于烧水,而是驱动压缩机压缩做功,把吸收了空气热量的低温冷媒提升温度成为高温冷媒,高温冷媒释放热量加热保温水箱内的冷水。冷媒介质在空气能热水器工作中起到“吸收”热量、“搬运”热量、“转移”热量的作用,从而实现高效节能的目的。再加上水箱良好的保温效果,使得水温可以长时间保持,水箱内的水之所以保持长久恒温,全靠水箱中间的保温层,如果一个空气能热水器不具备良好的保温功能它就不是一种真正意义上的空气能热水器。


空气能热水器是一种储热式热水器,出水量大,水温一般设定在45℃-55℃。多数的空气能热水器都具有温度保持功能,如水温设定45℃-55℃,温度高于55℃,就自动停机,停止加热,如果水温低于45℃,就自动启动开始加热,使水箱水温保持在55℃以上。水箱保温效果差的热水器,由于热损失较大,会经常启动加热。

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