标题：热泵热水器
基本简介
什么是热泵Heat Pump ？ 
热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术。人们所熟悉的“泵”是一种可以提高介质（流体）位能或势能的机械装置，比如水泵主要是提高水位或增加水压。如油泵、气泵、水泵、混凝土泵都是输送流体至更高压力或更高位置的机械装置。而“热泵”，顾名思义，它是输送“热量”的泵，是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，提供可被人们所用的高品位热能的装置。
工作原理
作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温区流向低温区。但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。 
热泵在工作时，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，通过传热工质循环系统提高温度进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中的一小部分，因此，采用热泵技术可以节约大量高品位能源。 
在运行中，蒸发器从周围环境中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升，高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了储水箱中的水。冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。 
水从高处流向低处，热由高温物全传递到低温物体，这是自然规律。然而，在现实生活中，为了农业灌溉、生活用水等的需要，人们利用水泵将水从低处送到高处。同样，在能源日益紧张的今天，为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等中的热量，热泵被用来将低温物体中的热能传送高温物体中，然后高温物体来加热水或采暖，使热量得到充分利用。 
热泵热水器的基本原理：它主要是由压缩机、热交换器、轴流风扇、保温水箱、水泵、储液罐、过滤器、电子膨胀阀和电子自动控制器等组成。接通电源后，轴流风扇开始运转，室外空气通过蒸发器进行热交换，温度降低后的空气被风扇排出系统，同时，蒸发器内部的工质吸热汽化被吸入压缩机，压缩机将这种低压工质气体压缩成高温、高压气体送入冷凝器，被水泵强制循环的水也通过冷凝器，被工质加热后送去供用户使用，而工质被冷却成液体，该液体经膨胀阀节流降温后再次流入蒸发器，如此反复循环工作，空气中的热能被不断“泵”送到水中，使保温水箱里的水温逐渐升高，最后达到55℃左右，正好适合人们洗浴，这就是空气源热泵热水器的基本工作原理。 
空气源热泵是当今世界上最先进的能源利用产品之一。随着经济的快速发展与人们生活品位的提高，生活用热水已成为人们的生活必需品，然而传统的热水器（电热水器，燃油、气热水器）具有能耗大、费用高、污染严重等缺点；而节能环保型太阳能热水器的运行又受到气象条件的制约。空气源热泵的供热原理与传统的太阳能热水器截然不同，空气源热泵以空气、水、太阳能等为低温热源，空气源热泵以电能为动力从低温侧吸取热量来加热生活用水，热水通过循环系统直接送入用户作为热水供应或利用风机盘管进行小面积采暖。空气源热泵是目前学校宿舍、酒店、洗浴中心等场所的大、中、小热水集中供应系统的最佳解决方案.
蒸发流程
热泵的工作原理和家用空调、电冰箱等的工作原理基本相同，通过流动媒体(以前一般为氟利昂，现在由替代氟利昂类产品所代替)在蒸发器、压缩机，冷凝器和膨胀阀等部品中的气相变化(沸腾和凝结)的循环来将低温物体的热量传递到高温物体中去。
具体工作过程如下：①过热液体媒体在蒸发器内吸收低温物体的热量，蒸发成气体媒体。②蒸发器出来的气体媒体经过液压缩机的压缩，变为高温高压的气体媒体。③高温高压的气体媒体在冷凝器中将热能释放给高温物体、同时自身变为高压液体媒体。④高压液体媒体在膨胀阀中减压，再变为过热液体媒体，进入蒸发器，循环最初的过程。 
热泵的性能一般用成绩系数(COP)来评价。成绩系数的定义为由低温物体传到高温媒体的热量与所需的动力之比，即制热量与输入功率的比值。通常热泵的成绩系数为3-4左右，也就是说，热泵能够将自身所需能 量的3到4倍的热能从低温物体传送到高温物体。现在欧美日都 在竞相开发新型的热泵。据报导新型的热泵的成绩系数可6到8。如果这一数值能够得到普及的话，这意味着能源将得到更有效的利用。热泵的普及率也将得到惊人的提高。目前热泵的最高出力温度为110度左右，超过这个温度将有可能出现使媒体分解的危险。 
由于氟利昂对地球大气臭氧有破坏作用，为了保护地球的生态环境，除了提高热泵的成现系数，有效利用能源以外，各国科学还致力于新型冷冻媒体的开发。目前已有替代氟利昂的媒体得到应用。 
热泵热水系统包括热泵主机和换热储水箱两部分。热泵主机部分包括风冷式蒸发器、压缩机及膨胀阀；换热储水箱为内置冷凝盘管的储热水箱。冷媒(工质)在蒸发管内吸收环境空气中的热量，通过热泵循环由冷凝盘管在水箱内释放热量，加热水箱中的水。 
要搞清楚热泵的工作原理，首先要懂得制冷系统的工作原理。制冷系统（压缩式制冷）一般由四部分组成：压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器。其工作过程为：低温低压的液态制冷剂（例如氟利昂），首先在蒸发器里从低温热源（例如冷冻水）吸热并气化。然后压缩机抽取蒸发器里气化后的制冷剂气体并压缩到冷凝器内，此时制冷剂气体变成高温高压气体。该高温高压气体在冷凝器内被高温热源（例如冷却水）冷却凝结成液体，变成高温高压液体制冷剂。再经节流阀截流成低温低压液态制冷剂。如此就完成一个制冷循环。 
对于一台分体式热泵空调来说，夏天制冷时就是把冷凝器放在室外，而把蒸发器放在室内。运行时就把室内的热量输送到了室外。而冬季则把蒸发器放在室外，把冷凝器放在室内，这样就把室外的热量输送到了室内。当然我们不会换季时去拆装设备了，而是通过体格转换阀使蒸发器和冷凝器换位的。 
热泵空调里面有一个四通换向阀。在制冷工况下，室内热交换器就是蒸发器，室外热交换器（夏天往外呼呼出热风的那个东西）就是冷凝器。冬季供热的时候，四通换向阀切换，改变冷媒的流向，此时，室内热交换器就是冷凝器，室外热交换器（冬天往外呼呼出冷风的那个东西）就是蒸发器。由于冬季往外出冷风，换热器要结霜，所以等结霜到一定程度时，四通换向阀再切换，空调变成夏季制冷工况，室外热交换器得到热量，化霜，化霜完毕后，四通阀再切换到制热状态。除霜时，为了防止向室内吹冷风，故室内机的风机停止运转。 
热泵是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统，它被形象的称为“热量倍增器”。目前在市场上广泛出现的家用冷暖空调器上，就已经广泛地应用了热泵制热，其制热系数已高达3以上。那么，利用热泵的原理来制取热水，消耗一度电所获得的热水，比普通电热水器消耗三度电所获得的热水还要多，这是传统热水器所不能企及的。
发展历史
20世纪70年代以来，热泵工业进入了黄金时期，世界各国对热泵的研究工作都十分重视，诸如国际能源机构和欧洲共同体，都制定了大型热泵发展计划，热泵新技术层出不穷，热泵的用途也在不断的开拓，广泛应用于空调和工业领域，在能源的节约和环境保护方面起着重大的作用。 
相对世界热泵的发展，中国热泵的研究工作起步约晚20-30年左右。新中国成立后，随着工业建设新高潮的到来，热泵技术才开始引入中国。进入21世纪后，由于中国沿海地区的快速城市化、人均GDP的增长、2008年北京奥运会和2010年上海世博会等因素拉动了中国空调市场的发展，促进了热泵在中国的应用越来越广泛，热泵的发展十分迅速，热泵技术的研究不断创新。 
从2001年热泵起步开始，经过5年的培育，中国热泵行业开始从导入期转入成长期。热泵行业快速发展，一方面得益于能源紧张使得热泵节能优势越来越明显，另一方面与多方力量的加入推动行业技术创新有很大关系。
型号分类
目前市场上热泵热水器种类很多，主要有太阳能助推型、水源和空气源三种系列。太阳能助推式热泵是热泵与太阳能技术结合使用的一种热泵技术；水源热泵是利用一定温度的水源(20℃以上)作为热源以制冷剂为媒介，将水源中的热量吸收后经压缩机压缩制热，通过热交换器与冷水交换热量以达到取暖和制取热水的目的,水源热泵必须有一定温度和流量的水源；空气源热泵以水源热泵类似方法从空气获得热量来加热水。三种热泵中，空气源热泵受到的条件限制最小，发展空间最大，在此健卫重点对空气源热泵热水器进行分析讨论。
热泵按热源获取来源的种类可分为：水源热泵，地源热泵，空气源热泵，双源热泵（水源热泵和空气源热泵结合）
热泵按工作环境温度的种类可分为：低温热泵，普通热泵。
热泵按产热温度的种类可分为：中温热泵（50-70度）高温热泵（80-90度）。
热泵
空气源热泵简述
特点：
1、用新一代美国谷轮柔性涡旋式压缩机，机组可靠性、效率更高；
2、电子膨胀阀本身具有很大的调节能力，从而更保证了更强的节流能力；
3、管翅片热交换器采用内螺纹铜管，翅片采用亲水铝箔，具有高效的热交换性能，从而增大其换热量；
4、机组冷凝器采用耐腐蚀钛金换热器，换热能力充足，能效比更高（COP可达5.0以上）；
5、拥有专利的融霜控制技术，保证机组具有良好的制热性能，除霜更快更彻底。
运用领域
热泵热水器在泳池中的运用
1.1 游泳池的热损失(别墅泳池设计里尤其注重)
游泳池有室外露天游泳池（场）以及室内温水游泳池（馆）两大类。从游泳池的使用性质分，有比赛池，训练池，跳水池，儿童戏水池等；从经营性质分，有公用游泳池，商业宾馆内游泳池，也有私人别墅住宅内的游泳池等。但无论何种游泳池，都有一个要求维持池水温度恒定的要求，池水的温度因使用性质不同而异。游泳池的热损失有下列几个方面：（尤其是在别墅泳池设备的传导中）
1）游泳池池水因水面蒸发，水面传导，池底和池壁传导而不断损失热量。
2）因人们在游泳池内游泳，会损失一部分池水，必须不断补充，而补充水需加热，需要补充一部分热量；
3）此外，整个游泳池的设备和管道也在不断向周围环境排放热量。
以上这一些损失的热量，都需要不断补充，才能维持池水有一定的温度。这些热损失再加上游泳场馆淋浴等用热的负荷可以称之为经常性用热负荷。
另外，恒温池水也有一次性全部更换新的要求。为了清洗，消毒的要求，在一定时段内，要求将池水全部放空，重新输入温水。如果补充的水是冷水（水温在5-15℃），那末，加热整池水需要的用热量就是一次性冲击负荷。
1.2 游泳池池水温度（恒温泳池设备）
一般室内游泳池池水温度为24－29℃，室外的为22－30℃。如室内游泳馆有完善的空调采暖设施，可以取为25℃；如果气温低，可以取为27℃。热损失与池水温度高低有关，也与周围环境（例如空气）温度有关。一般室内环境温度比池水温度高1-2℃。国外资料表明：室内游泳池最佳环境参数为：
空气温度 26-30℃
池水温度 25-28℃
地面温度 30-32℃
风 速 0.05-0.1m/s
相对湿度 50-60%
1.3 室内游泳馆相对湿度（恒温泳池设备）
维持室内游泳馆内一定的相对湿度十分必要。当室外温度为-10℃，室内空气相对湿度为50-60%，设双层窗的传热系数为2.9W/m2时，玻璃窗户上仍会潮湿、结露；即使室外气温为-1℃，室内为28℃ 时，也会结露。因而游泳池场馆必须除湿。
1.4 游泳池的用热负荷计算
前者提到，对于游泳池用热的经常性负荷，有：
a.水面蒸发散热；
b.水面传导散热；
c.池底，池壁传导散热；
d.设备及管道散热；
e.补水加热量；
f.游泳场馆淋浴等用热；
由于蒸发散热，传导散热等计算十分复杂，而且必须有游泳池结构的详细尺寸，气象，土壤等资料，为了估算的方便，对于a,b,c,d四项，可以合并为一项，即：按游泳池水面面积m2计的平均热散失量。可以见表1
表1 
环境温度℃ 5 10 15 20 25 26 27 28 29 30
露天 KJ/h 4522 4187 3852 3433 2931 2847 2721 2596 2470 2302
游泳池 w 1256 1163 1070 953 814 791 756 721 686 639
室内 KJ/h 2345 2177 2010 1842 1507 1465 1382 1340 1256 1172
游泳池 w 651 605 558 512 419 407 384 372 349 325
表中数值按下列条件计算：水温27℃，空气相对湿度50%，风速：室内 0.5m/s;室外 2 m/s
国外资料介绍，对于露天游泳池的热损失，也可以按下列数据估算；在水温为23℃，平均气温10－12℃时，
对流热损失 70―95W/㎡
辐射热损失 60－80 W/㎡（夜间）
辐射得热量 ≤180 W/㎡〔白天〕
蒸发热损失 350－700 W/㎡
补充水时的补热量 400－600 W/㎡
对于补水热损失，可以按补水量及补水温差进行计算而得。游泳池每天补水量占游泳池容积的百分数可见表2。
表2 
游泳池类别 比赛池 训练池 跳水池 室内公共池 露天公共池 儿童池 幼儿池 水球池 游泳跳水合一池
补充水量（%） 3－5 3－5 3－5 5－10 10－15 10－15 15 5 5
方案设计中建议：露天池取10%=B1；室内池取5%=B2。因补水需补热的小时功率可按下式计算
P=[(V×B×1000/24)×(t2-t1)/860] kW， （1－1）
式中：P－补水的补热功率，kW；
V－游泳池容积，m3；
B－补水量的百分数，%；
t1－补水初温，℃；
t2－池水温度，℃。
至于游泳馆所用的淋浴、洗涤等生活热水用量的计算及制热所需负荷，可按常规计算。
对于一次性冲击负荷，则按照换水量以及水温升来计算其总用热功率和小时用热功率（机器所需的制热功率）。总用热功率QZh
QZh=1.15×V×（t2－t1）×1000/860 kW， （1－2）
小时热功率Ph=QZh/T kW， （1－3）
式中：V－ 游泳池的总容积，m3；
t2－ 池水所需温度，℃；
t1－ 冷水温度，℃；
T－ 换水周期，h；
1.15－考虑在换水周期内的热损失附加值。
一般初次充水或换水的周期T为24－48h计。也就是说，要求在24－48h内完成整池的换水。至于间隔多长时间换一次水，应根据用户对于游泳池的使用要求和经营情况而定。由于池水是在不断循环过滤和消毒的，间隔时间相对比较长，可以是一个月，半年、甚至一年，对于桑拿浴性质的水池，有可能是一天换一次水。对于有几个游泳池的场馆，在计算负荷时，可以将换水时间错开。在选择主机时，可按一个最大容积的水池的一次性负荷来计算，也可以用换水周期的时间长短来调整。各种不同的游泳池的循环次数和周期可见表3。
表3 
类别 循环次数
n（次/日） 循环周期
T（小时） 类别 循环次数
n（次/日） 循环周期
T（小时）
比赛、训练池 4－2.4 6－10 公用池 4－3 6－8
跳水、私人池 3－2 8－12 儿童池 6－4 4－6
跳水、游泳合一池 3－2.4 8－10 幼儿池 24－12 1－2。[1]
适用范围
学生公寓：
采用多机并联，自动控制，每栋宿舍配置一台主机和一台水箱，先进的自动pos机收款或定时供水系统。冬夏季节根据学生用水情况调节热水量。在夏天，用热水量少时，少制热水，在冬天，用热水量多时，多制热水，避免太阳能热水器在夏季暑假期间制造大量热水，但学生放假无人使用热水，每天必须放水降温，浪费大量水资源的麻烦。
工厂医院：
采用单机或多机并联，可根据员工上下班制度采用分时供水，灵活机动，更加节能，克服了使用太阳能热水器受雨天，冬天无热水，水温不稳定等缺点。
酒店宾馆：
采用单机或多级并联，全自动控制与完善的供水及回水系统，采用德国wilo增压泵及循环泵，确保宾馆酒店的供水系统稳定。可提供客房用水及桑拿池浴，完全无污染，为宾馆酒店能源的同时制造了绿色的环境，还可以根据峰谷电改变策略，采用谷电，更加省钱。
桑拿泳池：
采用多机并联，采用钛合金，板式，固管换热水器，抗腐蚀，安全耐用，能效更高，自动加热，恒温，可提供热水又可提供冷水，解决大型恒温泳池及桑拿浴池采用锅炉耗能高，操作循环复杂的困难，既节省了高额的费用又得到了安全的保证。
美容美发：
采用一个主机加热两个水箱的方式，占地面积小，加热快，采用边用边加热的方式，克服了电热水器高耗能，及燃气热水器不安全的缺陷。
别墅家庭：
主机外挂于墙上，水箱放置于阳台，在节能的同时达到了安全美观，与建筑浑然一体，克服太阳能热水器安装难，影响建筑美观的难题。
热泵概述
空气源热泵原理  空气源热泵空气源热泵在运行中，蒸发器从空气中的环境热能中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸气经压缩机压缩后压力和温度上升，高温蒸气通过永久黏结在贮水箱外表面的特制环形管冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了空气源热泵贮水箱中的水。冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。 
空气源热泵传热工质是一种特殊物质，常压下其沸点为零下40℃,凝固点为零下100℃以下，该物质冷的时候是液体，但很容易被蒸发成气体，反之亦然。在实际运行中，空气源热泵中传热工质的蒸发极限温度为零下20℃左右，因此5℃的环境温度对如此低的温度也是“热”的，甚至下雪的温度，比如说0℃，相比之下也是热的，因此，仍可交换一些热能。 
第五代加热系统与环境热泵技术空气源热泵历史1824年法国科学家卡诺(Sadi karnot)发表卡诺循环理论,成为热泵技术的起源 
1850年 英国科学家开尔文（L.Kelvin)提出将逆卡诺循环用于加热的热泵设想 
热泵的理论起源于十九世纪早期法国科学家萨迪.卡诺(Sadi karnot)，卡诺在 1824年首次以论文提出“卡诺循环”理论，30年后，英国科学家开尔文（L.Kelvin)于1850年初提出:冷冻装置可以用于加热，之后许多科学家和工程师对热泵进行了大量研究，研究持续80年之久。 
1912年瑞士的苏黎世成功安装一套以河水作为低位热源的热泵设备用于供暖，这是早期的水源热泵系统，也是世界上第一套热泵系统。热泵工业在20世纪40年代到50年代早期得到迅速发展，家用热泵和工业建筑用的热泵开始进入市场，热泵进入了早期发展阶段。 
21 世纪，随着“ 能源危机 ”出现，燃油价格忽升，经过改进发展成熟的热泵以其高效回收低温环境热能，节能环保的特点，重新登上历史舞台，成为当前最有价值的新能源科技。 
前国际热能署专门成立国际热泵中心，设立热泵推广工程（Heat Pump Programme），向世界上各国推广协调热泵技术的应用和发展。 美、 加、瑞典、德、日、韩等国政府均发出专门官方指引，促进热泵技术的社会应用。空气源热泵优势节能: 从空气中获取大量免费热量，每消耗1度电就能产出3～4度电的热量，与常规热水器相比可节省70-80%的电费。使用成本相当于电热水器的1/4，燃气热水器的1/2，太阳能热水器的2/3，即每消耗一度电就能产生3-4度电产生的热量。
安全: 水电分离，无漏电危险 
适用: -5~50℃环境 
环保: 无废热、废水、废气 
注：但是，目前我国大部分厂家所采用的热媒（冷媒）还是R22，采用环保热媒（冷媒）R417A、1394A的时代还未到来。而日本等一些国家已率先采用CO2作为热媒（冷媒），不对臭氧层造成破坏（所以在安装时，铜管务必要连接紧密，防止R22漏出。若R22完全不漏出，将对环境无任何负面影响）。另外，以上所述的R22、R417A、1394A、CO2皆对人体不造成伤害的，即使有漏出，整套热水设备都是安全的。
结霜原因
原因一、室外环境温度大于0℃，开机不久，整个换热器上散热片表面凝露水就会凝结成薄霜，很快霜越结越厚。室内机制热效果差，且呈现化霜频繁现象。该故障一般是室外换热器上散热片表面脏堵、室外风机系统故障或室外换热器进、出风口有阻挡物造成。
原因二、室外环境温度大于0℃，开机不久，室外侧换热器底部(毛细管出口处换热器进口处开始)结霜很厚，换热器大部分未有凝露水，随时间推延结霜，由下至上结霜在延伸；室内风机始终处于防冷风低速运行；系统频繁化霜。
原因三、室外环境温度大于0℃，开机不久，室外侧换热器上半部(换热器出口处和回气管)结霜很厚，并且在换热器上随时间推延由上至下（有换热器出口向换热器进口方向）结霜在延伸；且制热效果差；空调器频繁化霜。该故障一般是系统制冷剂过多，常出现在维修加制冷剂后。
注意事项
1、在房屋用天然气，油或木炉，热泵线圈应被安装上的暖侧（下游）的炉中。
2、如果被添加到电炉的热泵，热泵线圈通常可以被放置在冷侧（上游）的炉的最大效率。
3、室外机应受到保护，强风，这可能会降低效率，导致除霜问题。在同一时间，它应该被放置在开放，使室外空气不通过线圈再循环。
4、为了防止雪从阻塞气流在线圈和允许除霜排水，单位应该被放置在一个底座，提高地面30-60厘米（12至24英寸）以上。应固定在混凝土板，这反过来又坐在床上的碎石，以提高排水的立场。或者，该单元可能被安装构造适当的帧上从壁的房子。
5、这是可取，定位的热泵滴线的房子（水滴落屋顶的区域）之外，以防止冰和水，从下降就可以了，这可以减少气流或导致风扇或电机损坏。
6、必须连接到的内部线圈的下油锅房子的内部地板漏极，以确保该冷凝水，在线圈上的形式漏极正确。
7、热气泵应放置，因此，维修人员有足够的空间来工作的单位。
8、制冷剂管线应尽量短而直。这是很好的做法，绝缘线，以最大限度地减少不必要的热损失，以避免水汽凝结。
9、风机和压缩机制造噪音。找到远离窗户和相邻建筑物的室外机。有的单位额外的噪音时，他们的震动。你可以减少这种噪音吸收的基础上选择低噪音设备或安装单位。
10、热泵系统一般需要较大的风管尺寸比其他的中央供热系统，所以现有的管道可能不得不被修改。对于适当的热泵运行，气流应是50至60升每秒每千瓦（升/秒），或400至450立方英尺每分钟（cfm）每吨，冷却能力。