1引言

在我國制造業(yè)的能源利用率低于世界的平均水平，工業(yè)生產(chǎn)中的高溫余熱應用于發(fā)電，以廢氣和廢水等形式存在的低品味余熱較多，但回收效率低，這是造成在我國能源利用率低的主要原因，同時也反映出在我國回收低品位余熱的發(fā)展?jié)摿Ρ容^大。伴隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，造成 能源問題和環(huán)境問題日趨嚴重，及其國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、節(jié)能降耗和綠色理念的日趨推廣，導致人類更加傾向于回收利用低品位余熱。對于在我國能源方面所面臨的能源利用率低及其所造成的經(jīng)濟性差和環(huán)境污染嚴重等，應將節(jié)能降耗、提高能源利用率放在優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略位置，合理的解決在我國能源問題面臨的現(xiàn)狀。熱泵技術(shù)因安全環(huán)保、高效無污染等特點能夠回收低溫余熱并且能夠降低化石燃料燃燒，過去的低溫余熱回收主要借助有機朗肯循環(huán)（Or-ganicRankineCycle）技術(shù)，熱泵技術(shù)回收低溫余熱是在最近幾年發(fā)展起來的?？諝饽軣岜幂^早出現(xiàn)歐洲，而在我國在空氣能熱泵行業(yè)的研究較早在天津大學，在最近20年的研究中，家用空氣能熱泵的節(jié)能研究能夠滿足一部分地方的供暖需求，但空氣能熱泵在回收低溫制造業(yè)余熱方面的研究非常少，已經(jīng)有研究表明，將熱泵技術(shù)應用于回收低溫制造業(yè)余熱，可降低溫室氣體的釋放,有益于保護環(huán)境。近幾年來，由于政府紅利政策和煤改電工程的出現(xiàn)，導致空氣能熱泵獲得了突破式的發(fā)展。

2008年12月17日，歐盟議會決定，將空氣能認定是可再生資源，因熱泵技術(shù)能夠高效的借助空氣能。在日本該技術(shù)早已是可再生資源范圍，且政府的支持和補助對空氣能熱泵的發(fā)展推動非常大。2015年，任建部發(fā)表了《空氣能列入可再生資源范圍的指導手冊》建議將空氣能熱水器能列入可再生資源范圍，在我國一部分地方以將其歸入可再生資源范圍。空氣能熱泵的主要動力是可再生資源空氣，而熱泵技術(shù)被認定是最有效的借助可再生低溫熱的一種方式。

伴隨著在我國老百姓生活條件的提升，對生活熱水的需求量快速增漲，及其節(jié)能、環(huán)保意識的增強,推動了空氣能熱泵熱水器的發(fā)展，同時空氣源在干燥及供暖和制冷方面的研究也在增多。這篇文章對于空氣能熱泵工作原理，分析了其優(yōu)缺點。

2工作原理及優(yōu)點

2.1工作原理

空氣能熱泵技術(shù)是一種節(jié)能、環(huán)保的技術(shù)，其原理是逆卡諾循環(huán)?？諝饽軣岜孟到y(tǒng)在空氣中獲得超低溫熱源，經(jīng)系統(tǒng)高效轉(zhuǎn)化后變成高溫熱源，用于取暖或供應熱水及干燥藥品，系統(tǒng)在采暖或供應熱水及干燥的原理相同，只不過在冷凝器末端的換熱連接方式不一樣。空氣能熱泵熱水器工作時，蒸發(fā)器從空氣中吸取大量超低溫熱源來蒸發(fā)傳熱冷媒，蒸發(fā)后的超低溫低壓傳熱冷媒蒸氣經(jīng)壓縮機壓縮后變成高溫高壓的氣體，高溫高壓的氣體經(jīng)過冷凝器上方內(nèi)管冷凝換熱，換熱后的冷凝液從冷凝器內(nèi)管下方流出，而冷卻水從下方進入套管冷凝器管間空腔，經(jīng)逆流換熱后從冷凝器上方流出進入保溫水箱，溫度升高的冷卻水可以用于生活用水等，冷凝后的傳熱冷媒經(jīng)過膨脹閥回到蒸發(fā)器中，再被蒸發(fā)，這樣的反復循環(huán)下去。

2.2空氣能熱泵的理論循環(huán)

空氣能熱泵系統(tǒng)在運行時有各種不可避免的損失，而卡諾循環(huán)是理想的循環(huán)過程，實際上的循環(huán)與理想循環(huán)有一定的差距。在空氣能熱泵系統(tǒng)的循環(huán)計算和分析中，對實際上的循環(huán)作合理的簡單化、假設(shè)，將會使實際上的循環(huán)處理起來比較方便，也可以表示實際上循環(huán)的理論特征。

在空氣能熱泵系統(tǒng)中的假設(shè)如下：

（1）根據(jù)某一特定的循環(huán)冷媒，冷媒在壓縮機中進行等熵過程；

（2）在冷凝器中進行等壓等溫冷凝；

（3）在節(jié)流閥中進行絕熱節(jié)流，等焓不變；

（4）從節(jié)流閥出來進入蒸發(fā)器中進行等壓等溫的蒸發(fā)，來完成一次理論循環(huán)。

所謂基本理論循環(huán)是指制冷劑冷媒在蒸發(fā)器出口為飽和氣體，在冷凝器出口為過冷液體的循環(huán)，基本理論循環(huán)在壓焓圖和溫熵圖上的表示如下。

其中，1-2過程為冷媒在壓縮機中的等熵壓縮，2-2′-3過程為冷凝過程，3-4過程為節(jié)流過程，圖中用虛線畫出，4-1過程為蒸發(fā)器吸取空氣中的超低溫熱源而進行的等溫等壓吸熱，機組完成過程1-2-2′-3-4-1來循環(huán)運行。

空氣能熱泵熱水器原理圖

基本理論壓焓圖

2.3空氣能熱泵的優(yōu)點

（1）節(jié)能省錢：節(jié)能效果非常的好使得投資回報期短，與燃氣、電熱水器相比，全年度成本最低。

（2）環(huán)保安全：無污染物排出，對身體沒有危害的，有著良好的環(huán)保、社會效益。沒有電熱水器加熱元件與水直接接觸的漏電危險，沒有燃氣熱水器的漏氣、中毒危險。

（3）減輕用電高峰：多組機組安裝建立中央熱水系統(tǒng)，可在晚上工作產(chǎn)生熱水供白天用電高峰使用，發(fā)揮減輕用電高峰的作用。

（4）裝方便，工作年限長：占地面積小、安裝方便，對大中城市的高層建筑是個非常好的選擇；

工作年限長達10年以上，不會受到夜晚、陰天的影響，設(shè)備自動、穩(wěn)定運行。

空氣能熱水器的優(yōu)缺點分析

1)優(yōu)點?？諝饽軣崴魇峭ㄟ^介質(zhì)換熱進行工作的，它可以克服其他取暖設(shè)施上述大部分缺陷和不足，它的電加熱元件與水是隔離的，可以有效避免漏電現(xiàn)象，也可以防止泄漏有害氣體的中毒和爆炸危險，非常安全，消除了鍋爐帶來的風險，而且還可以有效地避免燃煤、燃氣鍋爐對空氣和環(huán)境的污染;空氣能熱水器是以空氣為主體，其最大的優(yōu)點就是節(jié)能，和電熱水器相比，使用成本只有電熱水器的1/4，和傳統(tǒng)的燃氣熱水器相比，無須耗用任何燃料，使用成本只是燃氣熱水器的1/3;空氣能熱水器不需要煤炭、不需要燃氣、也不需要陽光，僅僅需要很少的電能，安放位置也沒有非常嚴格的要求，放在戶內(nèi)戶外都可以，可以非常方便地根據(jù)需要進行集中布置和零散布置，它還不需要專門的廠房，而且使用非常方便，可就地取材，就地產(chǎn)生熱量，只要有空氣，就可以不受天氣陰晴雨雪的的影響而正常工作;空氣能熱水器的使用壽命可以達到15～20a，日常維護簡單，勿須專人值守，依靠日常巡檢即可，可以大大減少人工投入，降低成本。

2)缺點。空氣能熱水器受環(huán)境溫度的影響比較大，當今市場上大部分的空氣能熱水器設(shè)計正常工作溫度在0～40℃，因此在環(huán)境溫度比較高的南方，使用效果會很好;而在冬季氣溫只有－10℃的北方地區(qū)，很難達到設(shè)計效果;當氣溫為－20℃及其以下時，機組甚至無法啟動。