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(yīng)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(shí)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(jì)的快速發(fā)展，造成 能源問題和環(huán)境問題日趨嚴(yán)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(dǎo)致人類更加傾向于回收利用低品位余熱。對(duì)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(jì)性差和環(huán)境污染嚴(yán)重等，應(yīng)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(diǎn)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(jī)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(xué)，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(yīng)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(hù)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(dǎo)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(huì)決定，將空氣能認(rèn)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(bǔ)助對(duì)空氣能熱泵的發(fā)展推動(dòng)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(dǎo)手冊(cè)》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?？諝饽軣岜玫闹饕?jiǎng)恿κ强稍偕Y源空氣，而熱泵技術(shù)被認(rèn)定是最有效的借助可再生低溫?zé)岬囊环N方式。

伴隨著在我國老百姓生活條件的提升，對(duì)生活熱水的需求量快速增漲，及其節(jié)能、環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),推動(dòng)了空氣能熱泵熱水器的發(fā)展，同時(shí)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(duì)于空氣能熱泵工作原理，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)。

2工作原理及優(yōu)點(diǎn)

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?zé)嵩?，?jīng)系統(tǒng)高效轉(zhuǎn)化后變成高溫?zé)嵩?，用于取暖或供?yīng)熱水及干燥藥品，系統(tǒng)在采暖或供應(yīng)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?？諝饽軣岜脽崴鞴ぷ鲿r(shí)，蒸發(fā)器從空氣中吸取大量超低溫?zé)嵩磥碚舭l(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(jī)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(jìn)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(jìn)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(fù)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(yùn)行時(shí)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(shí)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(jì)算和分析中，對(duì)實(shí)際上的循環(huán)作合理的簡單化、假設(shè)，將會(huì)使實(shí)際上的循環(huán)處理起來比較方便，也可以表示實(shí)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(jī)中進(jìn)行等熵過程；

（2）在冷凝器中進(jìn)行等壓等溫冷凝；

（3）在節(jié)流閥中進(jìn)行絕熱節(jié)流，等焓不變；

（4）從節(jié)流閥出來進(jìn)入蒸發(fā)器中進(jìn)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(jī)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?zé)嵩炊M(jìn)行的等溫等壓吸熱，機(jī)組完成過程1-2-2′-3-4-1來循環(huán)運(yùn)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(diǎn)

（1）節(jié)能省錢：節(jié)能效果非常的好使得投資回報(bào)期短，與燃?xì)?、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(duì)身體沒有危害的，有著良好的環(huán)保、社會(huì)效益。沒有電熱水器加熱元件與水直接接觸的漏電危險(xiǎn)，沒有燃?xì)鉄崴鞯穆?、中毒危險(xiǎn)。

（3）減輕用電高峰：多組機(jī)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(duì)大中城市的高層建筑是個(gè)非常好的選擇；

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

空氣能熱水器的優(yōu)缺點(diǎn)分析

1)優(yōu)點(diǎn)?？諝饽軣崴魇峭ㄟ^介質(zhì)換熱進(jìn)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(xiǎn)，非常安全，消除了鍋爐帶來的風(fēng)險(xiǎn)，而且還可以有效地避免燃煤、燃?xì)忮仩t對(duì)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(diǎn)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?xì)鉄崴飨啾?，無須耗用任何燃料，使用成本只是燃?xì)鉄崴鞯?/3;空氣能熱水器不需要煤炭、不需要燃?xì)?、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(yán)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(jìn)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(dá)到15～20a，日常維護(hù)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(diǎn)?？諝饽軣崴魇墉h(huán)境溫度的影響比較大，當(dāng)今市場(chǎng)上大部分的空氣能熱水器設(shè)計(jì)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(huì)很好;而在冬季氣溫只有－10℃的北方地區(qū)，很難達(dá)到設(shè)計(jì)效果;當(dāng)氣溫為－20℃及其以下時(shí)，機(jī)組甚至無法啟動(dòng)。