小型快速式空气源热泵热水装置

（1）基本数据

室外空气年均温度为10℃，自来水温度为15℃，通过冷凝器一次加热为45℃的热水，热水用量平均为100L/h。蒸发器采用翅片管式，空气进蒸发器温度为10℃，出蒸发器温度为6℃，热泵工质蒸发温度为0℃；冷凝器采用套管式，热泵工质的冷凝温度为50℃；由于装置容量不大，考虑到部件成本及维护方便，热泵工质采用R22，节流部件为毛细管，用单级压缩即可，其装置示意如图12-4所示。

图12-4　小型快速式空气源热泵热水装置示意

（2）部件确定

①压缩机　取热泵热水装置的开机-停机时间比约为1∶1，当热水平均用量为100L/h时，热泵工作时的热水产率约为200L/h，则热水加热所需的热量为：

　（12-1）

式中，QC为热水加热所需的热量，kW；mW为热水产率，kg/s；cW为水的比热容，kJ/（kg·℃）；tH为热水温度，℃；tC为自来水温度，℃。

代入已知数据，得：

查R22压缩机的参数表，由制热量、热泵工质的冷凝温度和蒸发温度，压缩机可选3HP机型，其制热量为8.1kW，功率为2.2kW，热泵工质从环境空气的吸热量为8.1-2.2=5.9kW。

②冷凝器　冷凝器的热负荷为QC=8100W（此时热泵运行时的热水产率为231L/h），取冷凝器传热系数kC=1000W/（m2·℃），工质与水的对数传热温差为：

传热面积（以工质侧为基准）为：

③蒸发器　蒸发器的传热量QE=5900W，取蒸发器的传热系数为35W/（m2·℃），工质与空气的对数传热温差为：

传热面积（以空气侧面积为基准）为：

④毛细管　近似取热泵工质在蒸发器出口处的过热度为0℃，当R22的蒸发温度为0℃时，其饱和气的焓为hEV=406.5kJ/kg；热泵工质的冷凝温度为50℃，取冷凝器出口处的过冷度为8℃时，热泵工质在冷凝器出口处的温度为50-8=42℃，焓约为hCL=251.4kJ/kg，单位质量热泵工质流经蒸发器时的吸热量为：

则热泵中热泵工质的质量流量为：

当热泵工质的冷凝温度为50℃时，其冷凝压力为1948kPa=1.948MPa；蒸发温度为0℃时，其蒸发压力为497.7kPa=0.4977MPa，冷凝压力与蒸发压力之差为：

取毛细管内径D=2.0mm，毛细管长度L约为：

（3）制热性能系数

当管路及冷凝器等的热损失较小且忽略蒸发器风机功耗时，热水获得热量约等于热泵冷凝器放热量8.1kW，压缩机消耗功率为2.2kW，装置的制热性能系数为：

即消耗1W电可获得3.68W热能用于水的加热。