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二氧化碳空气能热水器特点有哪些

来源:未知 人气: 更新时间:2018-04-27 10:15

CO2热泵就是采用CO2作为制冷剂的热泵或空调,普通热泵一般采用氟利昂作为制冷剂,两者的工作原理基本是一样的,都属于蒸汽压缩式,但也稍有不同,CO2热泵属于超临界循环,即在冷凝器端,CO2是不会被冷凝成液体的,而氟利昂冷媒在冷凝器端是被冷凝成液体再节流的。

热泵热水器为供给家用热水、空调暖气、加热进入室内的冬季寒冷外气、锅炉供水预热或其他制程,是相当具有效率与经济效益的方法。

热泵热水器的优点包含减少加热所需之天然气与燃料用量以及减少冷凝器散热至外界的热污染,其应用对象包括:中温热水(40~60℃)需求大、冷气需求小(或不需要)的场所,锅炉用户(补给水预热),住宅、宿舍、有淋浴设施的运动场所,医院、旅馆和温泉区有热水与再加热的需求场所。

温带至寒带国家由于日常生活热水需求量大,以日本为例,家用热水的能源消耗占家庭能源支出的30%,且大多是采用热水锅炉。高纬度国家对于臭氧层破坏、全球暖化等议题特别重视,因此诸如欧洲、日本等较先进的开发国家便极力发展CO2热泵热水器。

在过去的十几年中,国内外许多研究机构对跨临界CO2循环投入了大量的研究,成为制冷界的一个研究热点。跨临界CO2系统在高压侧的较大温度变化(约80—100℃)的放热过程,非常适合用于热水加热,因此,对热泵领域的研究最先开始于热泵热水器。
其它的特点包括:
(1)不破坏臭氧层。
(2)全球暖化潜势(GWP)为1。
(3)取得容易(可从工业废气中取得),成本极低。
(4)对人体健康与居住环境无短、中、长期之害处,故不需回收或再处理。
(5)无毒且不会分解出刺激性物质。
(6)不可燃(Non-Flammable)与不会爆炸(Non-Explosive)。
(7)极佳的热力性质。
(8)CO2冷媒系统可使用传统的矿物类润滑油。
(9)CO2系统在一般夏季外气条件之散热过程为穿越临界点或超越临界点的过程,因无实际上的冷凝现象,故散热用热交换器,称之为气体冷却器。
(10)对相同的气体冷却器出口温度而言,压缩机吐出压力愈高则制冷能力愈大。
(11)压缩比低。当R-134a之冷凝温度50℃,蒸发温度0℃时,压缩比为4.3;而CO2气体冷却器出口温度37℃,蒸发温度0℃时,压缩比为2.6。同时,压缩机的压缩比降低,压缩过程可更接近等熵压缩而使效率提升。
(12)气体冷却器的渐近温度(approach temperature)比R-134a的10~15°K小许多。
(13)相同体积的蒸发器,CO2的管径小、管排数多。
(14)因为系统压力大,CO2于蒸发器中之冷媒分布较均匀。
(15)气体密度高,可降低使用的管路与压缩机尺寸,而使系统重量减轻、结构紧凑、体积小。
 
与普通热泵的区别:
 
CO2热泵采用CO2作为制冷剂,普通热泵一般用环保冷媒作为制冷剂,两者的工作原理基本是一样的,都属于蒸汽压缩式,但也稍有不同,CO2热泵属于超临界循环,即在冷凝器端,CO2是不会被冷凝成液体的,而氟利昂冷媒在冷凝器端是被冷凝成液体再节流的。
 
问题与展望
CO2热泵热水器面临的主要问题在于不断提高效率和降低成本,从而提高自身与常规热泵热水器的竞争力。在提高效率方面需要依靠在技术方面的创新。

1) 膨胀机构的开发
通过理论分析,采用膨胀机替代节流阀并回收膨胀功可以大幅度提高跨临界CO2循环的性能。因此国内外许多研究机构都在投入大量的研发力量进行研究,目前公开文献报道涉及膨胀机型式有活塞式、自由活塞式、涡旋式、滚动转子式、摆动转子式、滑片式等,虽然已经开发出样机,但是许多技术性问题仍需要突破。

2) CO2压缩机效率的不断提高。
压缩机是整个跨临界CO2循环系统的关键部件,其效率的高低直接影响系统的性能。目前许过厂家和研究机构通过改进CO2压缩机的结构,提高加工精度,改善运动部件的润滑条件等措施提高CO2压缩机的效率。

3) 换热器换热效率的不断提高。
通过对CO2循环系统的有效能分析发现,除节流损失外,换热器的损失同样占据总损失的很大一部分,对单级CO2循环,甚至超过了节流损失,因此开发高效紧凑式换热器是提高CO2循环系统性能的至关重要。

4)CO2热泵热水器的冷热同时利用。
理论研究表明,同时利用CO2热泵热水器的冷热量可以显著提高系统的效率,因此,研制同时提供热水和制冷的热泵热水器更有意义。

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