空气能热水器的应用与扩展(下)

浙江豪瓦特节能科技有限公司 ■ 韩广田

定温放水实际上是把加热水箱和储热水箱分开(制水和用水分开)的加热系统。加热水箱可以是内置盘管的静止加热方式，也可以是循环加热方式。当加热水箱(小水箱)的水达到设定温度就向储热水箱(大水箱)中放水；当大水箱中满水时，小水箱继续加热作补水储备，即必须同时满足：大水箱的容积满足小水箱的容量和小水箱水达到设定温度值两个条件。这种加热方式充分发挥了热泵的优势，从自来水的初始水温加热到设定水温平均能效最高。

空气源热泵是泳池加热的首选。泳池水要求26℃，空气源热泵在标准工况下进行恒温，5℃左右温差恒温加热能效可达到8。所以定温放水加热方式是空气能热水系统最节能、最可靠的加热方式。这种方式系统比大循环复杂，控制要求和成本都较高，但高出的初投资和节能效果相比是最合理的。

浙江某地一家用热水量8t的小宾馆，有两家不同品牌的热水器经销商竞争，一家采用大循环方式用1.2匹主机配1t热水，另一家采用定温放水方式用2匹主机配1t热水，大循环方式报价6万元，定温放水报价8万元。最终大循环经销商以价格低而被选用，采用配两台5匹主机。该热水系统夏季可满足用水，而冬季24h运行也无法保证用水。为保证用水，又增加了一个1t小水箱，改造成定温放水系统，追加投资3.5万元。改造后，热水系统比大循环节能50%以上。本来8万元就可以完成的事情，这个用户却不得不支付9.5万元。

3 直接过水加热方式(图5)

直出水机是指在稳定的自来水压力和较高的环境工况下直出设定温度热水的空气能热水系统。该系统有两种实现方式：一种是采用电子控制电动阀的开启度，改变出水量，保证出水温度；另一种是通过主机系统工作变化，采样后传送给比例阀控制开启度，改变出水量，保证出水温度。该系统对自来水的压力、环境温度敏感，气温变化对出水量影响很大，所以要按当地最低气温时的产水量选择机组，自来水压力不稳定的地区不宜选用。这类机型多适用于我国南方地区；北方有霜冻地区不宜选用。

图5 直出水式系统安装示意图

4 静态加热式(图6)

这种加热方式类似于目前常见的家用型热水器，其多数为开式非承压水箱，这部分可用于定温放水的加热水箱(小水箱)，也可以直接对储热水箱(大水箱)进行加热。这种方式的出现是因为有些地区水质较差或选用地下水，造成主机加热部分换热器堵塞，难以清洗。采用这种开式加热方式方便清洗，甚至可更换加热器，解决了水质差、地下水区域的空气能热水器的应用难题。

图6 容积式加热系统安装示意图

5 巧妙的系统管理更节能

对空气能热水器进行系统管理，可以做到既节能又省钱。这是因为空气能热水系统本身就是储热储能的装置。冬季温差较大，尽量选择气温最高的时段开机，尽量多做热水；天气变化反常时，选择气温高的天气多做热水，尽量避开夜间气温较低的时段和阴冷的天气；气温较高的夏秋季节充分利用谷电，因为这个季节昼夜温差较小，利用谷电费用最低，还可以避开高温，防止压缩机过热保护，延长机组寿命。

实际应用结果表明，系统管理节能高效是可行的。如，一个用60℃热水60t的宾馆有两个60t水箱，采用冬季夜晚不工作，夏季尽量利用谷电，年均热水用电量7.6kWh/t。部分使用谷电和冬季进入自来水温较低的因素，可节省较多费用。生产厂家可以根据用户的需求做成标准化的管理系统，由用户根据实际来设置。

四 空气能热泵与其他能源相结合的应用

空气能热水器是一种通过少量电力资源采集空气中的热能来制作生活热水的节能装置。其对天气有一定的依赖性，存在不稳定性以及60℃以上水温区能效较低的问题。关于空气源热泵热水器产水温度的争论至今仍未停止，关键是因为我国的空气能热水器是以55℃为最高产水温度，与生活用水标准、国家标准及国际标准规定的65±5℃存在矛盾。随着技术的进步，以后会逐渐贴近这个标准。目前，我国的产品出口到国外后要加装电加热，将温度提升到70℃定期杀菌。这样的巧妙结合既解决了我国空气能热水器产水温度低的不足，又达到了节能的目的。笔者认为如果需要60℃以上的热水不妨辅以电加热，既满足需求，又能保证系统正常工作，不致因超负荷而缩短空气能热水器的寿命。

对于原本就有燃气热水器的用户，只要安装在开放位置或强排安全的条件下可与空气能热水器串联使用，空气能加热40℃以下，燃气加热45℃以上，也是一种联合使用的节能手段。

目前应用最多的是太阳能热水系统与空气能热水系统相结合的热水系统。GB/T 23889-2009“家用空气源热泵辅助型太阳能热水系统技术条件”已于2010年1月1日正式实施，而商用型标准GB/T 26973-2011“空气源热泵辅助的太阳能热水系统(储水箱容积大于0.6m3)技术规范”已于2011年9月29日发布，将于2012年8月1日实施。在GB/T 26973-2011标准中强调充分利用太阳能，系统中太阳能的安装面积、产水能力满足总用水量设计要求的50%以上，属于本标准的规范范围。但在实际应用中，由于条件限制而无法满足太阳能优先的情况下，热泵配置必须在太阳能不能工作的条件下仍然保证供水要求。图7为工程中最常见、控制最简单可靠的双定温放水系统。

图7 太阳能与热泵相结合系统安装示意图

该系统的特点是发挥最佳工作效率，在同一设定温度加热后向储水箱放水，当储水箱满水时，热泵停止工作，太阳能加热水箱停止放水。由于只设定了定温放水的温度条件，缺少水位条件，太阳集热器无法关闭，它将继续向加热水箱提供热量使太阳能加热水箱的水温升高，当达到设定值时开启升温循环阀门对大储水箱进行升温循环。这样既保证了用水要求，又使太阳能热量不会被浪费。该系统在阳光充足25℃左右时综合能效可达到9以上，系统简单，使用的元件少，容易控制，故障率低。需要注意的是，为了充分利用太阳能，太阳能的加热水箱要小，放水频率要快；空气能热泵加热水箱要大，放水频率要慢。此外，最好设置最佳温度以充分利用太阳能。

五 如何降低噪音污染

楼面是主机噪音传递的主要途径，主机最好不要落地安装，而是安装在高于楼面300mm支点在立柱的钢架上。为解决楼面承重、防水施工、噪音延楼面传递等问题，主机的安放位置不能使用钢板或木板，而是用木条分散噪声、隔离噪音，隔断主机与支架的噪音传递，减少共振。此外，采用低噪风机也是一种积极有效的办法。风机导风口最好是大圆角与平面过渡，高度尽量高，气流顺畅，也会减少因气流交叉产生的噪音。

六 巧妙除霜

除霜问题是困扰整个行业的普遍问题。在结霜期，正常运行的热水器主机结霜属正常现象。各个厂家在除霜上都投入了大量精力进行研发，其中最常见的是四通阀反向除霜、电热除霜、热气流除霜等。智能除霜控制的研发也初见成效。选用变风量风机，也是减少冬季结霜的较好方法。空气源热泵热水器选用轴流式风机，特点是风量大、压头高(吹得远)、分散小，使用上主要是用于排风。这种风机的引风能力(距离)远小于吹风能力，所以主机中蒸发器的风在上、中、下、左、右并不一样，中间部分受风最好(图8)，也最不易结霜，结霜后的水顺风叶片间隙下流，聚集在下部，因此下部最易结霜。在受风不同的情况下，蒸发器各部分的蒸发量不同，下部最差。蒸发器的分液器均分蒸发器，面积存在问题，应改进对应的结霜问题，采用不等分配，或者下部两条管作为过流管，可以部分推迟结霜，改变结霜情况。

图8 气流示意图

多年来的经验证明，最可靠有效的除霜应当是在工程系统中想办法。前面讲到的定温放水加热系统就是最有效的方法。根据各地结霜期的实际结霜情况，设计加热水箱的容积或调整水量，就可做到微霜或无霜工程。结霜是有规律的，掌握了当地主机加热多长时间会结霜的情况，就可以根据这个时间来设计水箱，使水箱中的水加热到设定温度，这时刚刚开始微霜。如果在天气变化、结霜快时，可适当调少加热水量。停止放水，冷媒迁移过程就可以除去微霜。

七 干燥选用空气能热泵的优势与问题

根据不同的被干燥物和干燥结果，制定出合理的干燥工艺、选择适用的干燥设备非常重要。若选择不当对干燥质量影响很大，而且也不能达到节能目标。如脱水蔬菜，在方便面中很常见，易采用冷冻脱水干燥。

茶叶干燥采用空气能非常理想，可以隔离异味，提高质量。同时，茶叶要求的低温干燥也最适合热泵干燥。

空气源热泵用于烟草干燥，目前只是用于收购时的初烤。

烟花生产主要是火药，而火药成分中的碳、硝、硫干混不能达到均匀的目的。实际生产中需要加水搅拌后结块再粉碎，要把水去除才能使用，干燥过程必须远离火种，而且生产设备不能摩擦出火花，使用空气能热泵是最佳选择。

对于干燥来讲，温度只是其中的一个条件，方式、方法、干燥气氛其实更加重要。对同一干燥物，采用静止辐射干燥、热风对流干燥、喷射气流干燥，可以达到同样的干燥质量，但干燥温度和速度却大不相同，节能效果相差甚远。空气能热泵并不是万能的，它有特定的工作条件。使用普通压缩机和常规空调冷媒的空气能热泵不适宜产65℃以上的热水，过高的冷凝温度、过高的排气温度会造成压缩机油裂变，丧失润滑能力而损坏，而且能效较低。如果必须使用65℃以上的高温干燥可采用分段的办法，65℃以上的温度段用电加热升温，做到既节能又安全，延长使用寿命，更具经济性。

认真研究干燥，了解不同干燥物对于干燥气氛的要求，创造合理的干燥气氛，尽量选用低温干燥。有时候高温不一定要加热出来，可以用压缩的方法得到。为了让空气能热泵寿命更长，应慎重使用高温。

通过分析可以发现，目前采用热泵做干燥设备成功的案例并不是热泵的功劳，而是把自然干燥变成了强制干燥，把辐射干燥变成了热风干燥的结果。其实不难发现，采用其他热源也可以达到同样的效果，而且成本会更低。没有任何理论基础，盲目使用空气能热泵进行高温干燥，值得认真研究探讨。