推薦產(chǎn)品
國家主導(dǎo)的北方地區(qū)“煤改電”為何力推低溫空氣源熱泵不推空調(diào)?
現(xiàn)實(shí)銷售過程中，經(jīng)常有客戶問到空調(diào)也能制熱，空氣源熱泵也能制熱，而且跟空調(diào)長得差不多，但為何熱泵價(jià)格相對(duì)高一截？特別是剛?cè)胄械呐笥岩苍诳紤]這個(gè)問題，空氣源究竟是一種什么類型的產(chǎn)品，空氣源的制熱能力為什么比空調(diào)強(qiáng)，究竟強(qiáng)在哪里？
如下是資深工程師系統(tǒng)而全面地解釋了兩者的異同點(diǎn)，并試圖盡量用科普和口語來說明為什么空氣源能作空調(diào)用，而一般空調(diào)不能作為空氣源熱泵用。
空氣源熱泵的前世今生
空氣源熱泵在歐美大多數(shù)發(fā)達(dá)國家，如澳大利亞、英國、法國、德國、美國等國家，在60～70年代已經(jīng)進(jìn)入了大多數(shù)家庭，美國在1971年，熱泵的產(chǎn)量就達(dá)到8.2萬套/年，據(jù)1998年美國的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，美國約有30%的熱水供應(yīng)設(shè)備采用空氣源熱泵熱水器。在我國，空氣源熱泵熱水器于2002年前后進(jìn)入，首先登陸廣東，并迅速發(fā)展，但一直到2013年以前，空氣源熱泵產(chǎn)品線主要集中在熱水器、泳池?zé)岜脼橹�，烘干、采暖的熱泵為輔。
在2013年8月，北京市政府發(fā)布《北京市2013～2017年清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃重點(diǎn)任務(wù)分解》中明確說明把空氣源熱泵作為清潔采暖的一個(gè)試點(diǎn)產(chǎn)品，并借此東風(fēng)，空氣源熱泵采暖機(jī)迅猛發(fā)展，并成為最近幾年和今后幾年的空氣源熱泵行業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向，并在2017年僅靠3種采暖產(chǎn)品型號(hào)就占有了空氣源熱泵產(chǎn)值的半壁江山。
熱泵是采用“逆卡諾循環(huán)”原理，也叫蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的產(chǎn)品，按冷熱來源分為三大類：空氣源、水源、地源。
空氣源是指冷熱源來源于空氣，就是從空氣中吸取熱量，或把熱量排放到空氣中去。這類產(chǎn)品包括：空調(diào)、風(fēng)冷（熱泵）冷水機(jī)組、VRV多聯(lián)機(jī)、空氣能熱水器、空氣源熱泵采暖機(jī)、冰箱、冷庫等形式的產(chǎn)品，空調(diào)歸屬空氣源大類，是空氣源的一個(gè)小分支，也就是說空氣源包含空調(diào)，但范圍比空調(diào)更廣、更寬。
但現(xiàn)在，一般說空氣源或空氣源熱泵或空氣能，就是專指能燒熱水、采暖、冷暖兩聯(lián)供、烘干等形式的機(jī)組，為和現(xiàn)在約定成俗的名稱相一致，現(xiàn)在說的空氣源熱泵就專指這類產(chǎn)品，空氣源熱泵與空調(diào)就屬于同等類別產(chǎn)品，都來源于“逆卡諾循環(huán)”原理，那么，我們先來看看“逆卡諾循環(huán)”原理是何方真神。
圖一 逆卡諾循環(huán)原理圖
“逆卡諾循環(huán)”就是由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成。低溫低壓的液態(tài)制冷劑，進(jìn)入蒸發(fā)器中等溫吸熱蒸發(fā)，從空氣中吸收大量的熱量，蒸發(fā)吸熱后的制冷劑以氣態(tài)形式進(jìn)入壓縮機(jī)，被絕熱壓縮成高溫高壓的氣態(tài)制冷劑進(jìn)入冷凝器，將其所含熱量等溫釋放給進(jìn)入冷凝器中的冷水，冷水被加熱輸送到用戶端進(jìn)行采暖或洗浴，同時(shí)制冷劑變成高溫高壓的液態(tài)進(jìn)入節(jié)流裝置，絕熱膨脹成低溫低壓的液態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)器，周而復(fù)始；反之循環(huán)，則進(jìn)行制冷。
同宗同源，為何煤改電青睞熱泵？
既然空氣源熱泵和空調(diào)同宗同源，為什么北京“煤改電”不大力推廣空調(diào)，卻推“不熟悉”的低溫空氣源熱泵呢？酒店、學(xué)校、精裝房的生活熱水為什么強(qiáng)制要求空氣源熱泵作為節(jié)能建筑申請(qǐng)的必要條件，而不推廣改造用現(xiàn)成的空調(diào)去燒熱水？
要解答這個(gè)問題，首先要了解空氣源熱泵和空調(diào)兩種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念不同，進(jìn)而理解其產(chǎn)品的不同，我們先把兩者設(shè)計(jì)理念不同的地方列表如下。
表一 空氣源熱泵和空調(diào)設(shè)計(jì)理念不同的地方
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序 |
不同點(diǎn) |
空調(diào) |
空氣源熱泵 |
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1 |
使用對(duì)象不同 |
主要使用在有制冷需求的地方，所以空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)調(diào)制冷，制熱為輔，這也是當(dāng)前空調(diào)制熱運(yùn)行時(shí)，都要采用電加熱輔助方式補(bǔ)充制熱的原因 |
主要使用在有制熱需求的地方，所以空氣源熱泵設(shè)計(jì)時(shí)首先強(qiáng)調(diào)制熱，以全氣候運(yùn)行中不采用電加熱輔助制熱為目標(biāo)，并且兼顧有制冷功能 |
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2 |
功能不同 |
空調(diào)功能單一，只有制冷和制熱 |
空氣源熱泵不單可以制冷和制熱，也可以做泳池、洗浴、電泳等特種工業(yè)的加熱源，也可以做農(nóng)業(yè)烘干、污泥烘干等工作，用途廣泛 |
由于兩種產(chǎn)品的使用對(duì)象不同，決定他們采用的國家標(biāo)準(zhǔn)、選用的零部件、使用的地域、出風(fēng)（或出水）溫度、能效等均不同，列表分析如下：
表二 空氣源熱泵和空調(diào)兩種產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要不同點(diǎn)列表
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序 |
不同點(diǎn) |
空調(diào) |
空氣源熱泵 |
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1 |
執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)不同 |
標(biāo)準(zhǔn)主要包括：家用空調(diào)、多聯(lián)機(jī)、風(fēng)冷冷水機(jī)組等標(biāo)準(zhǔn)。 以制冷量和能效比為衡量指標(biāo) |
標(biāo)準(zhǔn)主要包括：家用熱水、商業(yè)熱水、家用采暖、商業(yè)采暖等標(biāo)準(zhǔn)。 以制熱量和性能系數(shù)為衡量指標(biāo)，冷暖機(jī)還必須考核制冷量和能效比 |
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2 |
主要零部件不同 |
1）空調(diào)壓縮機(jī) 2）翅片冷凝器或板式冷凝器器 3）不帶親水膜的室外翅片換熱器 4）沒有系統(tǒng)高壓等保護(hù)控制 |
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3 |
使用區(qū)域不同 |
在環(huán)境溫度-7℃~43℃范圍內(nèi)使用區(qū)域 |
在環(huán)境溫度-30℃~43℃范圍內(nèi)使用區(qū)域 |
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4 |
最高出風(fēng)（出水）溫度不同 |
最高出風(fēng)（出水）溫度50℃以下 |
最高出水溫度60℃。特種如烘干機(jī)等，最高出風(fēng)（出水）溫度達(dá)到90℃左右 |
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5 |
能效要求不同 |
空調(diào)只對(duì)制冷工況有能效要求，制熱無要求，屬于單工況設(shè)計(jì) |
空氣源熱泵不僅對(duì)制冷有要求（兩聯(lián)供機(jī)組），而且對(duì)制熱能效有要求，特別低溫機(jī)，要求在-12℃測試 屬于雙工況設(shè)計(jì) |
在以上所有列項(xiàng)中，又以壓縮機(jī)不同為最重要，不同的壓縮機(jī)決定產(chǎn)品的不同使用效果和不同的使用地域。空調(diào)選用空調(diào)壓縮機(jī)，以R22為例，最大運(yùn)行壓力不超過2MPa，壓縮機(jī)比小于7，最高排氣溫度不超過90度；但空氣源熱泵必須采用熱泵壓縮機(jī)，同樣以R22為例，最大運(yùn)行壓力達(dá)到3 MPa，壓縮機(jī)比達(dá)到12，甚至更高到20，最高排氣溫度達(dá)到110度。
這些參數(shù)的不同，要求熱泵壓縮機(jī)的加工精度、軸承強(qiáng)度、電機(jī)耐溫性能等方面均是在空調(diào)壓縮機(jī)有數(shù)量級(jí)上的提升，為了表達(dá)更直觀，我們來看一下兩種壓縮機(jī)的運(yùn)行范圍對(duì)比圖。
圖二 空調(diào)壓縮機(jī)（A/C）和熱泵壓縮機(jī)（HPWH）運(yùn)行范圍對(duì)比圖
圖中，橫軸對(duì)應(yīng)蒸發(fā)溫度（相當(dāng)于熱泵的室外環(huán)境溫度），縱軸對(duì)應(yīng)冷凝溫度（相當(dāng)于熱泵的使用側(cè)的出風(fēng)或水溫度），可以看出，熱泵壓縮機(jī)的運(yùn)行范圍是在空調(diào)壓縮機(jī)上有成倍的擴(kuò)大。
有了強(qiáng)壯的“心臟”，空氣源熱泵才能高溫出風(fēng)（水），低溫運(yùn)行�！案邷亍钡綇V泛使用在出風(fēng)溫度達(dá)80℃以上的烘干行業(yè)，“低溫”到大西北新疆等地，帶老式鑄鐵暖氣片采暖。為滿足這種極端而又正常的使用條件，除了有強(qiáng)壯的“心臟”，還要有聰明的“大腦”，要求空氣源熱泵的主控制器既要保護(hù)制冷系統(tǒng)的運(yùn)行可靠，又要保證用戶24小時(shí)不斷續(xù)的使用需求，容錯(cuò)性和精準(zhǔn)性，兩種相互矛盾的關(guān)系在空氣源熱泵的控制邏輯上得到完美的統(tǒng)一。
由于空氣源熱泵寬氣候的運(yùn)行特性，最高和最低環(huán)境溫度的溫差近80℃，由于制冷系統(tǒng)在低溫工況運(yùn)行時(shí)需要的制冷劑流量相對(duì)較小，較高溫工況運(yùn)行的制冷劑量減少20%以上，這對(duì)空氣源熱泵的系統(tǒng)容液量提出更高的要求，要系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)參與有效運(yùn)行的制冷劑的量。所以，需要對(duì)氣液分離器進(jìn)行特別的設(shè)計(jì)，包括容積、回油孔、平衡孔等方面進(jìn)行熱泵方面的專門設(shè)計(jì)和大量的試驗(yàn)驗(yàn)證。
同時(shí)為了保證系統(tǒng)全天候運(yùn)行時(shí)最適合的過冷度和滿液蒸發(fā)，又需要另外增加一個(gè)高壓儲(chǔ)液器，這一般也是空調(diào)不需要的設(shè)計(jì)。
為了驗(yàn)證制冷系統(tǒng)對(duì)多余的存液量的耐受度，需要增加至少三個(gè)以上驗(yàn)證試驗(yàn)，相對(duì)空調(diào)，包括：低溫液擊試驗(yàn)、低溫回油試驗(yàn)、低溫低電壓啟動(dòng)試驗(yàn)。所以，空氣源熱泵的設(shè)計(jì)考核比空調(diào)來的更加嚴(yán)格、更加多項(xiàng)。
針對(duì)空氣源熱泵的使用特點(diǎn)，冬季全天候制熱運(yùn)行，為保證低溫環(huán)境下的制熱效果和室內(nèi)溫度舒適性（減少波動(dòng)），化霜是一個(gè)不可回避的問題，并相對(duì)空調(diào)的化霜要求更高。常用的手段有：制冷劑換向化霜、熱氣旁通化霜、冷凝管末端余熱化霜、熱水回流翅片化霜、伴熱帶底盤化霜等等，真是手段無所不及。往往多種手段綜合使用，才能保證即使-25℃的環(huán)境運(yùn)行，化霜時(shí)間也就3分鐘左右，極大的提高機(jī)組的制熱效果和用戶的舒適性。
低溫空氣源熱泵與空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的差異
最后，我們?cè)賮砜匆幌�，空氣源熱泵中的新貴，低溫空氣源熱泵與空調(diào)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的不同。在北京“煤改電”的政策推動(dòng)，空氣源熱泵在低溫環(huán)境的制熱技術(shù)得到一個(gè)新的提高，就是噴氣增焓技術(shù)的應(yīng)用，使得空氣源熱泵在“煤改電”活動(dòng)中，在諸多采暖設(shè)備中獨(dú)占鰲頭、獨(dú)步天下。
圖三 低溫空氣源熱泵系統(tǒng)圖
圖四 空調(diào)器熱泵的制熱系統(tǒng)圖
從圖三和圖四可以明顯看出，空調(diào)的四大件，壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置，到低溫空氣源熱泵中就變成了五大件，壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、雙節(jié)流裝置、經(jīng)濟(jì)器，也就由單一系統(tǒng)變成了帶噴氣增焓的雙系統(tǒng)，系統(tǒng)更復(fù)雜，成本更高，低溫制熱效果更好。
同時(shí)也可看出市面上80%以上的空調(diào)的節(jié)流裝置均采用雙毛細(xì)管節(jié)流，因?yàn)榭照{(diào)只需要考慮制冷國標(biāo)工況和制熱國標(biāo)工況，兩個(gè)單一工況，一根毛細(xì)管對(duì)應(yīng)一個(gè)工況，使其達(dá)到最佳點(diǎn)，其他工況（環(huán)境溫度）運(yùn)行的制冷（熱）性能就會(huì)偏離最佳運(yùn)行狀態(tài)，效果就會(huì)下降；
而低溫空氣源熱泵，采用了雙電子膨脹閥節(jié)流，針對(duì)不同的工況（環(huán)境溫度），計(jì)算系統(tǒng)的最佳過熱度和系統(tǒng)壓力，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)最佳的流量，使得低溫空氣源熱泵在全氣候運(yùn)行，系統(tǒng)均在最佳狀態(tài)運(yùn)行，效果均最佳，保證了低溫空氣源熱泵更加節(jié)能、更加可靠。
綜上所述，空氣源熱泵不同于并優(yōu)于空調(diào)的主要有：
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空氣源熱泵采用熱泵專用壓縮機(jī)，耐壓、耐溫、加工精度等方面均在空調(diào)壓縮機(jī)上有數(shù)量級(jí)上的提高，并且使用壽命也大為延長；
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空氣源熱泵的主控制器的邏輯設(shè)計(jì)較空調(diào)來的更復(fù)雜，比空調(diào)的單一制冷系統(tǒng)控制，還多一個(gè)水路系統(tǒng)控制；
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空氣源熱泵的寬氣候運(yùn)行特點(diǎn)，同樣匹數(shù)的機(jī)器，需要的制冷劑量較空調(diào)有增大，要求儲(chǔ)液器的設(shè)計(jì)更復(fù)雜，一般還需要采用雙儲(chǔ)液器設(shè)計(jì)；
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空氣源熱泵的化霜設(shè)計(jì)相對(duì)空調(diào)要求更高，既要保證制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，又要減少室內(nèi)溫度的波動(dòng)幅度，提高用戶的舒適度；
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低溫空氣源熱泵一般采用“五大件”設(shè)計(jì)，由空調(diào)的“四大件”的單一系統(tǒng)變成了帶噴氣增焓的雙系統(tǒng)，低溫制熱效果更好，性能系數(shù)更高；
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空氣源熱泵的節(jié)流裝置全部采用電子膨脹閥或外平衡熱力膨脹閥，相對(duì)空調(diào)的毛細(xì)管節(jié)流精度更高，調(diào)節(jié)范圍更寬。
基于以上幾點(diǎn)，空氣源熱泵不等同空調(diào)，可以說是空調(diào)的升級(jí)品，也是將來建筑舒適節(jié)能系統(tǒng)的必選品。