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    • 空氣能熱水器制熱能力與熱量需求的矛盾
    •   來源:今日頭條
    • 2017-02-06
    空氣源熱泵熱水器和太陽能熱水器的制熱特性有類似之處,就是其制熱能力與人們對熱量的需求相反:當天氣越冷時,人們對熱的需求增加,但是它的制熱能力卻在下降。以一臺輸入功率為2.2KW的空氣源熱泵熱水器在不同環境溫度下的制熱能力和一個普通淋浴者在不同自來水溫度時對熱量的需求為例,它們只有在兩線相交的點,制熱能力和需求才能恰好相等的,加大熱泵的功率會使該點左移但是無論如何也不可能適應各個環境。
    由于現有的熱泵熱水器基本上都不能調節輸入功率,只有按照固定的轉速進行制熱循環,為了滿足用戶的使用,不得不配備保溫水箱,用增加機組工作時間的方法,滿足用戶短時間內的使用,而且由于熱泵不能像電熱水器那樣把水溫加的很高,一般要求在55℃一下,為了保存足夠多的熱量,唯有加大保溫水箱這一途徑。
    水溫低,熱容量小,就必須采用較大容積的保溫水箱,最大水箱達到800L,最小也是在100L以上,在酒店、學校等大用水量的工程熱泵熱水系統中,動輒數十甚至數百噸的保溫水箱。
    但是保溫水箱的加大,又會出現如下問題:成本和占地面積增大,用戶的預熱時間延長,散熱損失增加,在少量用熱水時,必須加熱全部水箱的冷水,不及時使用又會形成較多的“剩余熱量”。這一點在家用熱泵熱水器中表現十分突出,由于保溫水箱要靠自來水的壓力方可出熱水,冷熱水的混合使得使用完畢后,箱內熱水高于使用溫度的部分熱量,在長時間的間隔時間里散失,我們把改造熱水的效率稱為制熱效率,把實際使用的效率稱為使用效率。同時過大的保溫水箱造成安裝不便和費用較高。
    在漫長的等待時間中熱量不斷耗散,極端的情況下,用戶總的熱效率甚至低于電熱水器。舉一個例子:
    某用戶度假別墅裝有一臺1.5匹、320L的分體式家用熱泵,每周末在此休假使用,在20℃左右的環境溫度和20℃自來水溫度的條件下,預熱水至50℃時開始淋浴,淋浴熱水水溫42℃,流速為6L/min,15min后借宿,用溫度42℃的熱水共90L。實際使用的熱量為1800kacl,淋浴完畢后保溫水箱內剩余熱水的平均水溫為44.37℃。
    假定熱泵制熱效率為3.5倍,則其將水箱加熱至50℃的耗電量為3.19KW·h電在電熱水器中可以產生2743kacl熱量,而熱泵熱水器花費同樣的電,總的制熱量為9600kacl,看上去制熱效率很高,但是在這個實際使用的例子中,該用戶淋浴使用熱水折合熱量(有效熱量)為1980kacl,那么他使用熱水的總效率僅為72.18%,比電熱水器效率更低。
    在具體實踐中,制熱效率高并不意味著總的使用效率高,配置不當的保溫水箱,會使大幅降低總的使用效率,使用效率才是有實際意義的效率。
    輸出功率難以調節和發熱量不足,是熱泵熱水器的重要缺陷,為此付出的代價就是配備龐大的保溫水箱,以及使熱泵不得不工作在較高的溫度區間,本來人們的生活用熱水40~50℃就已經足夠,足夠溫度也恰好是壓縮機能夠可靠工作和效率較高的溫度區間,但是為了多儲存一些熱,卻必須驅使熱泵去制備溫度更高的熱水,這對熱泵在效率、穩定性和工作壽命等方面,都是極端不利的。
    即使熱泵已經在不合適的高溫下工作了,它的儲熱量對于淋浴一類大用水量的活動來講還是不足的,溫度低,熱容量小,就必須采用較大容易的保溫水箱,保溫是想越大,熱慣性越大,浪費越多,配置極大的保溫水箱,是熱泵工程設計師們一個不得已的選擇。
    在熱水可以及時被使用的情況下,直熱加熱式熱泵配備非承壓的保溫水箱,是一個較為合理的選擇:承壓水箱如果也能“變容積”,告便用自來水頂出熱水的供水模式,將預熱的熱水大部分用完,也可以顯著地提高總使用效率并使供熱溫度更加平穩。
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