【摘 要】本文阐述了空气源热泵热水机组的基本工作原理，及在南京体育学院安装使用南京宁志太阳能设备有限公司制造的nzrs3-3-3型热水机组带来的可观的节能经济效益。以及本人对这种高效、环保、节能设备对未来经济建设及社会生活的影响的点滴认识。
【关键词】空气源热泵；热泵热水机组；性能系数cop
0 前言
随着改革开放和大规模的基本建设的发展、人们对于生活环境的要求越来越高，空调系统作为室内空气参数的主要调节装置也就相应的越来越普及。人们对空调的要求也从原来的夏季制冷发展到冬暖夏凉，发展到对空气品质的进一步要求。而且在能源紧缺、强调可持续发展的今天，在某些大城市和特殊地区，出于环保的考虑限制使用锅炉供暖，于是电动热泵技术成了人们的首选。其中又以空气源热泵冷热水机组较为常见。
南京体育学院地处中山陵风景区内，保护、美化中山陵风景区的生态环境是驻景区各单位义不容辞的责任。我院的教工、学生浴室是我院的一大能源消耗大项目，尽管我们对现有的燃煤锅炉采用了高效的消烟除尘设备，但任旧不能达到景区的排放标准，为此院领导根据南京市的相关规定决定对制热设备进行更换，要求采用高效、节能环保型的热水设备，后勤总务部门经过多方面的考察论证，最终选定了采用空气源热泵热水机组的改造方案。并于2004年9月初投入试运行。近两年来的运行机组经历了夏、秋、冬、春四季各类的复杂气候的考验，尤其是-8℃以下的低温运行，在此期间设备运行稳定，各项指标均达到设计要求，年消耗电能费用与同比支出的燃料费用减少近30万元人民币，经济效益十分显著，保护和美化了中山陵风景区，为我们的子孙后代留下了一片美好的世界。www.11665.CoM
1 正文
1.1 空气能热泵热水机组（空气源热泵热水机组）的工作原理
在自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。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。一台压缩式热泵装置，主要有蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量）→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中（如图1所示）。
图1
热泵在工作时，把环境介质中贮存的能量qa在蒸发器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即压缩机耗电qb；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热qc，qc=qa+qb，由此可以看出，热泵输出的能量为压缩机做的功qb和热泵从环境中吸收的热量qa；因此，采用热泵技术可以节约大量的电能。
1.2 空气能热泵热水机组（空气源热泵热水机组）的发展
热泵技术发展史随着工业革命的发展，19世纪初，人们对能否将热量从温度较低的介质“泵”送到温度较高的介质中这一问题发生了浓厚的兴趣。英国物理学家j.p.joule提出了“通过改变可压缩流体的压力就能够使其温度发生变化”的原理。1854年，w.thomson教授（即大家熟知的lord kelvin勋爵）发表论文，提出了热量倍增器（heat multiplier）的概念，首次描述了热泵的设想。
当时，热泵供暖的对象主要是民用，供暖需求总量小，特别是对由于采暖方式及其对环境的影响尚没有足够的意识。人们采暖的方式主要是燃煤和木材，因而，热泵的发展长期明显滞后于空调的发展。
20世纪30年代，随着氟利昂制冷机的发展，热泵有了较快的发展。特别是二战以后，工业经济的长足发展带来的对供热的大量需求及相对能源短缺，促进了大型供热及工业用热泵的发展。1973年的全球性能源危机，进一步促进了热泵在全世界范围内的发展。但热泵在世界范围内的大规模商业应用是最近20年的事，如美国，截止1985年全国共有14，000台地源热泵，而1997年就安装了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10%的速度稳步增长。
我国的热泵事业近几年已开始起步，而且发展势头看好。目前，我国利用较多的是水源热泵，而用空气源热泵制取生活用热水在国内近两年刚刚起步。
1.3 空气能热泵热水机组（空气源热泵
热水机组）的特点
空气源热泵热水机组是由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等设备与附件及控制系统等组成的可制备热水的设备。按机组的容量大小分，又分为别墅式小型机组（制热量10.6～52.8kw），中、大型机组（制热量70.3～1406.8kw）。其主要优点如下：
1）高效节能：其输出能量与输入电能之比即能效比（cop）一般在3～5之间，平均可达到3以上，而普通电热水锅炉的能效比（cop）不大于0.90，燃气、燃油锅炉的能效 比（cop）一般只有0.6～0.8，燃煤锅炉的能效比（cop）更低一般只有0.3～0.7。
2）环保无污染：该产品是通过吸收环境中的热量来制取热水，所以与传统型的煤、油、 气等燃烧加热制取热水方式相比，无任何燃烧外排物，制冷剂对臭氧层零污染，是一种低能耗的环保产品，具有良好的社会效益，是一种可持续发展的环保型产品。
3）运行安全可靠：整个系统的运行无传统热水器（燃油、燃气、燃煤）中可能存在的易燃、易爆、中毒、腐蚀、短路、触电等危险，热水通过高温冷媒与水进行热交换得到，电与水在物理上分离，是一种完全可靠的热水系统。
4）使用寿命长，维护费用低：该产品的使用寿命可长达15年以上，设备性能稳定，运行安全可靠，并可实现无人操作（全自动化智能程序控制）。
5）可一年四季全天候运行：该机组热源来源广泛，包括阳光、雨水、空气、地下水和土壤等，无论白天、黑夜、室内、室外、地下室，不管晴天、阴天、刮风下雨或下雪都能照常工作。 6）适用范围广：可用于酒店、宾馆、工矿、学校、医院、桑拿浴室、美容院、游泳池、温室、养殖场、洗衣店、家庭等，可单独使用，亦可集中使用，不同的供热要求可选择不同的产品系列和安装设计。该技术的实现，将在整体上达到国际领先水平，具有重大的经济和社会效益。
1.4 空气源热泵热水机组（空气源热泵热水机组）的分类
1）从热输配对象分为：空气/水-空气源热泵冷热水机组，空气/空气-空气源热泵热水机组；
2）从容量分为：小型（7kw以下）、中型、大型（>70kw）；
3）从压缩机型式分为：涡旋式、转子式、活塞式、螺杆式、离心式；
4）从功能分为：一般功能的空气源热泵冷热水机组，热回收型的空气源热泵冷热水机组，冰蓄冷型的空气源热泵冷热水机组；
5）从驱动方式分为：燃气直接驱动和电力驱动。
1.5 空气源热泵热水机组在南京体育学院的使用
1.5.1 机组的基本性能
我院根据教工、学生浴室的热水需求，首次选用安装了南京地区第一台45kw空气源热泵热水机组，该机组是南京宁志太阳能设备有限公司制造的nzrs3-3-3型热水机组，该机组为14个模块式机组组成，每个模块单元热水换热器均为独立的供热单元，其进出水管都并接在进出冷热水总管上。任何一个模块单元发生故障都不影响系统的正常供热。该机组模块的基本性能参数如表1：
表1
1.5.2 机组的容量选择
在日常运行中，有时也会有个别模块发生故障，很快就能排除故障，不影响正常使用，因此，设计机组功率时，按每日55℃热水总用量（吨）×系数（1.25-1.35）计算为机组总输入功率。
1.5.3 贮热水箱的容量选择
根据我单位浴室开放时间都是集中在每日的晚餐前后这个时段，而热泵机组是24小时均衡产热水的，因此在浴室开放之前，就要储足浴室开饭所需的热水量，按每人每次耗用55℃热水68公斤计算，我们选择了2个20吨的热水储水箱，对机组生产的热水进行储存，以备浴室开放时供应。
1.5.4 机组工作流程
该机组工作流程比较简单：主要有5个部分组成：1）压缩机；2）工作介质（氟利昂）；3）装有轴流风机强制空气流动的蒸发器；4）装有待加热水的冷凝器；5）膨胀阀，以上部分由管路连接成为一个封闭的环路，工作介质通过压缩机的运行，使其在蒸发器和冷凝器之间来回完成汽、液态的转化，从而完成空气中热能到待加热水的热量的传递。机组的工作压力为1.5±0.1kg，当蒸发器中的水逐步吸收工作介质的热量升温至55℃时，蒸发器冷水进口阀自动开启，将蒸发器内的55℃热水压进储热水水箱中，此过程自动循环工作，当储热水水箱储满时，机组自动切断电源停止工作，当储热水箱水位下降时，系统自动开启机组开始热水的生产，当用户选择了适当容量的机组和储热水箱，空气
热泵热水机组将完全满足用户的需求保障热源的供应。
1.5.5 机组的能效比（cop）
空气源热泵热水机组的能效比又称性能系数（cop）是指热泵的制热量与输入功率之比，比值越大说明机组的效率越高，节能越明显。自2004年9月10日机组投入运行以来经过近2年的数据统计与分析，我院使用的热泵热水机组年平均cop达到3.0以上，全年气温较低的1、2月份cop仍达到2.5以上，详见机组能效统计表：
nzrs3-3-3空气源热泵热水机组1-12月份cop值统计表（表2）
由该表可以看出，机组年平均cop达到3以上，用百分数表示为331%，完全达到并超过了设计的要求。
2 结论通过对空气源热泵热水机组的原理的简单了解，及纵观该项技术的发展历史与当今全球性的能源紧张的局势的对比，以及对该类机组的分析，不难看出随着能源紧张的进一步凸现，节能环保的设备的使用将是未来社会发展的主流。通过南京体育学院使用宁志nzrs3-3-3空气源热泵热水机组，近两年来的统计数据与往年同期燃煤、燃气锅炉的燃料消耗费相比仅为燃气费用的四分之一，年同期比较可节约费用308751元，预计机组投入运行两年多时间，燃气费用与电费的差价即可收回该台机组的设备初装费。
经过科学实验和实际运用证明：空气源热泵热水机组，是利用可再生能源的首选设备，为了保护我们赖以生存的地球环境，节约日趋紧张的有限的自然资源，让我们去积极地推广这种高效、环保、节能型的热水设备。
[责任编辑：杨扬]
