谷輪空氣能熱水器專用壓縮機及其應用

熱泵是一種利用低品位熱能的設備，采用熱泵制取熱水可以大大降低一次能源的消耗以及燃燒礦物燃料引起的CO。的排放。在中國，熱泵系統的應用推廣已經進入快速增長的軌道。

一、緒言

隨著中國經濟的迅速發展和人民生活水平的日益提高，公共建筑和住宅的生活熱水以及空氣調節已經成為普遍的需求。在發達國家，暖通空調及熱泵系統所用的能耗可占到社會總能耗的25~6-30%。在國際能源局勢日益緊張的今天，節能減排已經越來越為世界各國所關注。熱泵是一種利用低品位熱能的設備，采用熱泵制取熱水可以大大降低一次能源的消耗以及燃燒礦物燃料引起的CO。的排放。在中國，熱泵系統的應用推廣已經進入快速增長的軌道。

傳統熱水器采用燃油、天然氣、油制氣等一次能源直接燃燒或采用電加熱等方式產生熱水，其熱效率均不大于l，并且直接燃燒的加熱方式還會產生有害污染物，帶來環境、甚至安全等方面的負面影響?？諝饽軣崴鞅徽J為是傳統熱水器的綠色替代產品。它采用蒸汽壓縮制冷循環，將來自周圍環境的低品質熱源進行再利用，如空氣、土壤或水源等可再生能源，具有熱效率高，對使用地區不會造成環境污染等優點。空氣源熱泵熱水器使用安裝簡便，其產品和技術近年來在國內得到了極大的推廣。本文的討論限于空氣源熱泵熱水器。熱泵熱水器的熱效率可高達3—4(W/W)?？梢园l現熱泵熱水器的熱效率最高，運行費用最低。和傳統的熱水器相比，其運行費用的節省可帶來巨大的投資回報，這是熱泵熱水器市場高速增長的主要原因之一。

二、空調壓縮機在熱泵熱水器應用中的技術局限

熱泵熱水器和空調器二者的系統原理相同，所采用的零部件大部分是相同或類似的，但二者的運行特點卻差異極大：

首先，空調器一般只在夏季或冬/夏季運行，工作運行時間相對較短;熱泵熱水器則在一年四季都需要運行，運行時間較長。并且GB21362-2008《商業或工業用及類似用途的熱泵熱水機》和GBT23137-2008《家用和類似用途熱泵熱水器》對出水溫度都規定在55℃。當水被加熱到55℃或以上，冷凝溫度就會達到60℃左右甚至更高，所以壓縮機全年都處于高冷凝壓力運行狀態。

在冬季，熱泵空調器的蒸發側在室外，蒸發溫度隨環境溫度的降低而降低，冷凝側在室內，室內溫度在200C左右，冷凝溫度低;熱泵熱水器的蒸發側的工作條件與空調器相似，但在冷側，由于水溫為550C左右，冷凝溫度高。壓縮機在冬季處于高壓縮比和高負載運行工況。

在夏季，空調器的蒸發側在室內，蒸發溫度通常在15℃以下，冷凝溫度較高，但一般低于55℃。熱泵熱水器的蒸發側在室外，在環境溫度43℃時，蒸發溫度會達到20℃左右，蒸發溫度高，冷媒流量大，并且冷凝側由于55℃水溫使冷凝溫度居高不下，壓縮機在夏季處于高負載運行工況。

三、空調壓縮機在熱泵熱水器應用中的改進方案

以上分析和實驗都證明了普通空調壓縮機直接用于熱泵熱水器將導致嚴重的可靠性問題。對此問題，我們了解到一些采用普通空調壓縮機的熱泵熱水器的制造商或工程商，進行了以下兩種方案的改進：

方案一、普通空調壓縮機+輔助電加熱采用普通空調壓縮機熱泵運行將15℃的水加熱到45℃，然后再用輔助電加熱將45℃的水加熱到55℃。該方案通過降低熱泵加熱的出水溫度來降低排氣壓力，照顧了普通空調壓縮機的運行要求。但由于采用了電加熱，整個熱水加熱過程的能效比低，具體數值取決于加熱量中電加熱所占的比例，難以達到國家標準的要求。

方案二、“混配”冷媒采用自行配置的冷媒，以達到降低排氣壓力和溫度的目的。由于“混配”冷媒很少能得到壓縮機制造商對性能和可靠性的認可，還存在諸多弊端：“混配”冷媒的成分控制的穩定性難以保證，造成性能不穩定;“混配”冷媒的熱力學性能與壓縮機不完全匹配，壓縮機中零部件的受力未經校核，可能超出設計極限;“混配”冷媒與壓縮機材料的相容性未經確認，長期可靠性不能保證。

綜上分析，我們認為：普通空調壓縮機在熱泵熱水器應用中有難以克服的技術問題，需要按照熱泵熱水器的應用特點和要求開發專用的壓縮機。

四、壓縮機的適用

適用于中國市場的熱泵熱水器應用的理想壓縮機由于與使用效果直接相關，用戶首先關注的熱泵熱水器對用水溫度的滿足。GB21362-2008和GBT23137-2008對出水溫度都規定在55℃。如果根據不同使用場合進一步細分，還可以發現對出水溫度要求的差異化。

例如，用于泳池和地暖的水溫通常在不高于45℃就可以了：針對生活熱水我國要求達到55℃的水溫;用于暖氣的水溫需要更高，至少要在600C以上。所以理想的熱泵熱水器壓縮機要有能力提供55℃以上乃至60℃的熱水，相對應的冷凝溫度要能達到60-65℃。

影響熱泵熱水器推廣使用最關鍵的因素是使用環境溫度，在寒冷的冬季是否能提供熱水是被關注的關鍵問題。我國地域遼闊，南北氣候差異極大，為使熱泵熱水器的使用能推廣到我國長城以南的廣大區域，覆蓋大約90%的全國人口，理想的熱泵熱水器需要在冬季最低溫度-20℃的區域能穩定可靠的工作。

結合以上兩點，可以勾畫出適用于中國市場的理想熱泵熱水器用壓縮機。理想的熱泵熱水器壓縮機能工作在最低大約-20’C的寒冷環境中，并確保在冬季能提供55℃以上乃至60℃的熱水。

五、應用前景

根據國際能源署在2007年發表的最新報告，中國每年產生著全世界22%的CO，。

CO。是由燃燒石化燃料時排放的，它是造成地球變暖問題的主要溫室氣體。

相對于傳統的直接燃燒化石燃料和直接使用電能的加熱裝置，熱泵熱水器可使能源效率提高3-4倍，這也就是說將燃燒所需的化石燃料減至1/4-1/3。

因而熱泵熱水器的廣泛推廣和應用已被認為是環境保護中一項有深遠意義的進步。

另外我國能源緊缺，減少資源浪費已經刻不容緩，如何實現我國經濟社會的健康發展，節能是重中之重，政府已經越來越關注到節能設備的推廣上來，因此熱泵熱水器必將受到社會各界更多的關注。

與現今龐大的熱水器市場相比，熱泵熱水器的的市場份額依舊很小，因此潛力巨大，它將是未來熱水器市場的全新發展方向。

ZWKS熱泵熱水器專用壓縮機結合經濟器循環的系統設計是對現有熱泵熱水器技術的突破，它解決了低溫制熱水時排氣溫度過高的可靠性問題，同時具有優良的運行效率，使得熱泵熱水器的應用可以拓展到全國冬季最低溫度-200C的區域，覆蓋大約90%的全國人口，具有重大的社會效益和經濟效益。

六、結束語

使用熱泵熱水器在節能、環保、安全等方面都優于傳統的燃氣熱水器、電加熱水器等，但是普通型熱泵熱水器的應用受到環境溫度及出水溫度限制。

艾默生ZWKS渦旋壓縮機結合經濟器循環設計為此提供了成功的解決方案，該方案能顯著提高熱泵熱水器系統的工作效率，解決了低溫制熱的可靠性問題，拓展了熱泵熱水器的運行范圍。這項技術適應中國熱泵熱水器的使用要求，對熱泵熱水器應用在中國的大范圍普及，提高能源利用效率，降低碳排放產生積極深遠的影響。