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空氣源熱泵內部結構工作原理及設計使用方案

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高位熱源的節能裝置。它是熱泵的一種形式。顧名思義，熱泵也就是像泵那樣，可以把不能直接利用的低位熱能（如空氣、土壤、水中所含的熱量）轉換為可以利用的高位熱能，從而達到節約部分高位能（如煤、燃氣、油、電能等）的目的。
一、空氣源熱泵的內部結構組成工作原理
一)空氣源熱泵的內部結構

1.蒸發器：蒸發器是空氣源熱泵很重要的一個部件，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，達到制冷的效果；
2.冷凝器：它能將管子中的熱量，以很快的方式，傳到管子附近的空氣；
3.壓縮機：它能將低壓氣體提升為高壓的一種從動的流體機械，是空氣熱源泵的心臟；
4.膨脹閥：膨脹閥是空氣熱源泵一個重要部件，一般安裝于儲液筒和蒸發器之間。膨脹閥使中溫高壓的液體制冷劑通過其節流成為低溫低壓的濕蒸汽，然后制冷劑在蒸發器中吸收熱量達到制冷效果，膨脹閥通過蒸發器末端的過熱度變化來控制閥門流量，防止出現蒸發器面積利用不足和敲缸現象。
二)空氣源熱泵的工作原理
空氣源熱泵是以空氣作為高品位（低品位）熱源來進行供熱(供冷) 的裝置。以空氣作為低品位熱源，可以取之不盡，用之不竭，處處都有，無償獲取。空氣源熱泵安裝靈活、使用方便、初投資相對較低，且比較適用于分戶安裝。工作原理圖如下：

二、空氣源熱泵的特點
1.空氣源熱泵系統冷熱源合一，不需要設專門的冷凍機房、鍋爐房，機組可任意放置屋頂或地面，不占用建筑的有效使用面積，施工安裝十分簡便。
2.空氣源熱泵系統無冷卻水系統，無冷卻水消耗，也無冷卻水系統動力消耗。另外，冷卻水污染形成的軍團菌感染的病例已有不少報導，從安全衛生的角度，考慮空氣源熱泵也具有明顯的優勢。
3.空氣源熱泵系統由于無需鍋爐、無需相應的鍋爐燃料供應系統、除塵系統和煙氣排放系統，系統安全可靠、對環境無污染。
4.空氣源熱泵冷（熱）水機組采用模塊化設計，不必設置備用機組，運行過程中電腦自動控制，調節機組的運行狀態，使輸出功率與工作環境相適應。
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，由于熱泵冬季供熱量不足，需設輔助加熱器。
三、空氣源熱泵應用的適應性
我國疆域遼闊，其氣候涵蓋了寒、溫、熱帶，按我國《建筑氣候區劃標準》（GB 50178-93），全國分為7個一級區和20個二級區。與此相應，空氣源熱泵的設計與應用方式等，各地區都應有不同。 [1]
1.對于夏熱冬冷地區：夏熱冬冷地區的氣候特征是夏季悶熱，7月份平均地區氣溫25-30℃，年日平均氣溫大于25℃的日數為40-100天；冬季濕冷，1月平均氣溫0-10℃，年平均氣溫小于5℃的日數為0-90天。氣溫的日較差較小，年降雨量大，日照偏小。這些地區的氣候特點非常適合于應用空氣源熱泵。
2.對于云南大部，貴州、四川西南部，西藏南部一小部分地區：這些地區1月平均氣溫1-13℃，年日平均氣溫小于5℃的日數0-90天。在這樣的氣候條件下，過去一般建筑物不設置采暖設備。但是，近年來隨著現代化建筑的發展和向小康生活水平邁進，人們對居住和工作建筑環境要求愈來愈高，因此，這些地區的現代建筑和高級公寓等建筑也開始設置采暖系統。因此，在這種氣候條件下，選用空氣源熱泵系統是非常合適的。
3.傳統的空氣源熱泵機組在室外空氣溫度高于-3℃的情況下，均能安全可靠地運行。因此，空氣源熱泵機組的應用范圍早已由長江流域北擴至黃河流域，即已進入氣候區劃標準的II區的部分地區內。這些地區氣候特點是冬季氣溫較低，1月平均氣溫為-10-0℃，但是在采暖期里氣溫高于-3℃的時數卻占很大的比例，而氣溫低于-3℃的時間多出現在夜間，因此，在這些地區以白天運行為主的建筑（如辦公樓、商場、銀行等建筑）選用空氣源熱泵，其運行是可行而可靠的。另外這些地區冬季氣候干燥，最冷月室外相對濕度在45%-65%左右，因此，選用空氣源熱泵其結霜現象又不太嚴重。
四、空氣源熱泵熱機實訓考核裝置設計方案

1.特點：
1）系統機組配備高低壓保護系統、過載保護、缺相保護、化霜功能等多重保護，確保系統安全、可靠、穩定的運行，不影響教學課程。
2）整機系統采用全自動智能化控制，操作方便，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，不用每次重復操作，方便實用。
3）本實驗裝置采用世界頂級壓縮機，優質銅件鍛造的熱交換器，熱交換效率高，安全可靠。水箱采用先進的拉絲銀工藝，將時尚與頂級科技結合在一起，設備外觀美觀大方，水箱內膽采用304不銹鋼制造，經久耐用，不容易腐蝕、損壞。
4）系統采用工業用空氣源熱泵熱水機組，與工業實際設備相一致，讓教學與實際應用接軌。室外主機采用加厚鈑金烤漆型，耐受不同的實驗環境，長期有效的工作，不會生銹腐蝕。
5）整套實訓裝置集空氣源熱泵熱機系統、電氣控制系統、故障模擬系統于一體，工藝系統真實完整,結構清晰、緊湊，充分滿足學生對實訓的要求。
6）實訓裝置直觀展示了熱泵型熱水器的系統結構、工作原理，可清楚的看到制熱循環系統結構及主要部件的實物，系統還配置有交流電壓表、交流電流表、溫度表、真空壓力表、使整個熱泵系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，學生根據工藝流程分析故障可能產生的原因，確定故障發生的范圍，并進行排故實訓。
2.技術性能：
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：小于等于1.5kVA
4）制冷劑：R22
5）制熱量：3kW
6）重量：200kg
7）外形尺寸（大約）：180cm×73cm×164cm
8）安全保護：具有漏電壓、漏電流過流保護裝置，安全符合國家標準。
9）移動腳輪：100*60mm
3.基本配置及功能：實訓裝置主要由控制屏、實訓桌、熱泵機組等組成。
1）實訓桌：實訓桌采用優質工業鋁型材組建而成，外形美觀、耐腐蝕、結構強度高。桌面為防火、防水、耐磨高密度板，結構堅固，造型美觀大方；桌面用于安裝電源控制屏并提供一個寬敞舒適的工作臺面。實驗臺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，便于移動和固定。
2）控制屏：采用鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，優質亞克力面板，面板上激光雕刻有熱泵機組系統工藝流程圖，工藝流程原理圖永不磨損，清晰、立體。面板上設有明確標識及相應指示燈，便于學生分析觀察。
3）電源控制部分：交流電源：提供控制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制。配有三位半數字式交流電壓表和交流電流表，可指示輸入電網電壓值以及系統工作電流值。
4）測量儀表：
（1）數字式電壓表：0～250V
（2）數字式電流表：0～10A
（3）真空壓力表：-0.1～1.5MPa
（4）真空壓力表：-0.1～3.5MPa
（5）數顯溫度表：采用PT100傳感器，測量范圍-50～+150℃
5）熱泵機組：包含1匹全封閉制冷壓縮機、冷凝器、視液鏡、干燥過濾器、膨脹閥、手閥、蒸發器、壓力控制器、除霜溫控器等構成。另外系統還配備有儲水水箱，以利于學生在做實訓的過程中水的再循環利用。
4.實訓項目：
1）熱泵機組系統的認識和了解。
2）熱泵機組系統啟動、運行、調試、保護技術的實訓。
3）熱泵機組運行工況和運行參數的檢測及分析。
4）熱泵機組制熱量、性能系數的計算與分析。
5）熱泵機組系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氣作為低溫熱源來制取生活熱水的熱泵熱水器，主要由空氣源熱泵循環系統和蓄水箱兩部分組成。空氣源熱泵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制取熱水的設備。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60℃，CO2熱泵熱水系統的COP值可達4.3。以周圍空氣為熱源時，全年的運行平均供熱COP值可達到4.0，與傳統的電加熱或者燃煤鍋爐相比，可以節省75%的能量。

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