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浅谈空气源热泵热水系统设计

摘要： 城镇化背景下，城市人口数量不断增多，城市规模持续扩，热水供给 是人们日常生活的刚需。但是在以传统能源为前提的生活热水制取中，也造成了 不同程度的污染。同时，传统能源一般具有不可再生性，过度的资源索取同样不 利于今后可持续发展。在此基础上，如何做好能源资源节能、生态环境保护和人 们基本生活保障之间的协调成为了当前人们关注的重点。空气源热泵热水系统也 被称之为风冷热泵机组，因为具有更好的安全性和节能性，在当前民用建筑工程 中得到了十分广泛地应用，具有重要意义。因此，文章立足问题，提出几点建议， 以备后续参考。
关键词：空气源；热泵；热水系统设计
引言

空气源热泵热水系统作为一项新能源技术，在当前建筑工程领域受到了很多 人的关注。具体来看，空气源热泵热水系统的优势主要体现在节能降耗和环境保 护等方面，并同时应用于学校、办公楼、公寓楼、酒店工程等领域。结合空气源 热泵热水系统优势，全国范围内很多城市也都在结合自身需求，提出了空气源热 泵热水系统在生活热水节能供应方面的要求，具有重要意义。文章以此为前提， 进行如下讨论。
一、空气源热泵热水系统概述

空气源热泵热水系统应用中，其工作原理是通过能量转换的方式来完成热水 制取。具体来看，空气源热泵热水系统应用中可以实现物质气态和液态之间的相 互转变，在二者循环往复的过程中，达到连续制热的效果。
太阳能和空气源热泵系统是当前城市热水系统领域中比较常见的节能技术。 其中，如果应用的是太阳能热水系统，则需要保证建筑屋面具有更大的面积，并

同时也会对热水供应的稳定性与节能效果造成影响，存在一定的限制因素。因此， 空气源热泵热水系统凭借自身优势，便成为了当前城市集中供热的主要发展方向。
(一)空气源热泵热水系统机组工作原理

空气源热泵热水系统应用的本质是在气态和液态相互转换、循环往复的过程 中实现连续供热。其中，循环物质一般称之为工质。而空气源热泵热水系统中使 用的工质，通常是制冷器，也可以称之为冷媒，包括 R417A、 R22 等。
从空气源热泵热水系统的组成来看，作为一种具有更高集热效率和热量转移 能力的装置，常见部件一般包括膨胀阀、空气热交换器、压缩机和水热交换器四 个方面。在以上四个部件共同作用下，面对相同电能可实现 3 倍以上热能的转换， 并同时实现热能从低温热能到高温热能的搬运。
空气源热泵热水系统实际应用中一般依托于卡诺循环原理，并在压缩机部件 做功中，促进工质相变，从而在气态到液态，液态再到其他的往复循环中，不断 进行吸热与放热，然后在空气侧到水侧中实现热量的转移。
(二)空气源热泵热水系统机组节能原理

空气源热泵热水系统运行中往往需要对部分高品质能量进行消耗，在此基础 上实现促进能量转换，完善低温热能到高温热能的变化。其中，主要包括热量 Q1 和热量 Q2 两个方面。热量 Q1 指的是在水中完成转移的热量，热量 Q2 指的是在 低温热源中进行吸收的热量。反映能量守恒原理为 Q1=W+Q2 (式 1)式(1)两边 同时除以 W，则 Q1/W=1+Q2/W (式 2)。
其中，分析定义能较比，一般可理解为投入热能与空气源热泵热水系统产出 热能的比，可简单理解为产出投入比。之后，从 COP=Q1/W 公式可知， COP 反映为 低温热源热力参数函数，并从空气源热泵的角度来看，往往会与空气温度、空气 湿度等参数有着十分紧密的联系。另外，如果从式(2)的角度来看， COP 数值恒 大于 1，这就使得热泵的热水效率有效突破了传统加热设备的热效率极限，超出
了 100%。

实际应用空气源热泵热水系统时，对其工作原理进行分析，一般反应为搬运 热量，而非单纯的热能转换。如此一来，便有效突破了传统模式下来自热能转换 效率的限制。不过，虽然空气源热泵热水系统应用能够在热量搬运下突破热能转 换率限制，但仍然会受到卡诺循环效率的制约。其中，具体分析实践中的最高效 率，一般为实际工作温度+273. 15/高低温差。
由此可见，只有不断降低工作温差，才能够实现制热效率的提升目标。

二、空气源热泵热水系统运行效率影响因素

研究表明，空气源热泵热水系统运行性能会受到空气源热泵热水系统机组制 冷剂充满量的影响。实际试验中，选择 R134A 作为制冷剂，并设置空气温度为恒 定 25℃，设置热水器控制器停机温度为 55℃，设置的水箱起始水温度为 16℃。
通过实际试验可发展，热水器的加热时间普遍受到制冷剂充灌量的影响，呈 现出向下抛物线的形状。造成这一反映的原因在于如果实际充灌量比较少，这就 导致在空气源热泵热水系统运行期间，不能够获得充足制冷剂参与，从而在很大 程度上限制了蒸发器的吸热，并同样造成空气源热泵热水系统实际加热时间被不 断拉长。而后，增加制冷剂的充灌量，可适当降低实际加热时间。但制冷剂数量 并非越多越好，当实际加入数量达到一定限制后，实际产生的影响将愈发不明显。 反之，在充灌制冷剂时，如充灌量过多，也很容易导致在冷凝盘管中出现大量制 冷剂积存的问题，从而削弱了换热的面积，同样会导致系统加热的时间不断被拉 长。另外，在充灌过多制冷剂导致过热度过小的基础上，也很可能会引发液击的 问题，从而缩短了压缩机的使用寿命。因此，结合以上讨论，在实际充灌制冷剂 时，需工作人员关注蒸发器的出口位置，保证蒸发器出口位置热度余量的合理， 以及同时针对蒸发器的传热面积进行科学利用。
三、空气源热泵热水系统设计特点

(一)热泵等设备平面布置问题

结合《城镇给水排水技术规范》 GB50788-20123.6.6 条中明确指示要求，空 气源热泵热水系统包括循环冷却、给水加压在内的各项设备需避免设置在建筑用

房的上层位置。因此，可选择将空气源热泵热水系统机组在室外完成布置。这是 因为，如果选择设置位置为屋面，则很容易在设备振动的基础上引发噪音问题的。 但如果实际屋面条件允许空气源热泵热水系统机组设置，则工作人员可选择在屋 面对应下方的走廊位置，或者是建筑中存在的公共活动空间区域内完成设置。
其次，空气源热泵热水系统机组设置中，需做好消声处理和避震处理，应当 尽可能选择使用降噪设备。之后，在工作人员进行水管连接的或者是动力设备连 接时，需选择橡胶和软接头达到避震效果。最后，在进行动力设备设置时，需采 取减震器辅助振动设备与地面的接触。
(二)水箱选型问题

空气源热泵热水系统水箱选型中可选择承压水箱。承压水箱的应用有效利用 了加压给水的压力，并同时简化了供水管网，能够有效处理传统开式水箱应用中 存在的供水泵问题，更有利于降低运行的成本。但是从实际情况来看，承压水箱 在应用也会支出更多的成本，并且如果水箱选择过大，也容易加剧企业资金浪费。 反之，如果选择水箱的大小过小，则不足以满足全天供水的需求，引发用户矛盾。 因此，具体水箱选型中，需重点对实际生活热水耗热量进行分析，计算好额定工 况，然后予以综合确定。以住宅类建筑为例，一般用水时间多集中在每日 18:00- 22:00 的 4 个小时范围内。对此，水箱选型需结合此阶段的贮水贮热量为主要水 箱容积参考，可有效提高空气源热泵热水系统的性价比。
结束语

综上所述，空气源热泵热水系统作为一种城市热水供应的全新技术，同时兼 具环保、高效、安全、节能优势。目前，空气源热泵热水系统十分广泛地应用于 城市民用建筑中。但是伴随着空气源热泵热水系统的持续发展，现阶段系统应用 仍存在一些需要优化的地方。具体设计中，文章从热泵等设备平面布置，水箱选 型等角度切入，在实践中取得良好效果。
参考文献：

[1] 宋风英. 浅谈空气源热泵热水机组在学校中的应用[J]. 给水排水, 2008(S1):2.
[2] 王如竹. 节能型的热水系统—— 空气源热泵热水器[J]. 供热制冷, 2007(8):1.
[3] 甘云. 浅析太阳能— 空气源热泵并联热水系统的设计[J]. 建材与装饰, 2021, 17(6):2.
[4] 王星. 空气源热泵热水系统设计及运行中的注意事项[J]. 城市建筑, 2013(8):1.
[5] 彭庆侠. 太阳能热水系统引入空气源热泵系统的设计探讨[J]. 工程与 管理科学, 2022, 4(1):19-23.