空气能热水器的原理与应用

冀红海

摘 要：本文通过对空气能热水器原理的介绍，使大家了解了空气能热水器的工作原理与节能依据。对空气能的应用做了简单的介绍，在节能环保的大环境下，相信空气能热水器能够在逐渐普及。

关鍵词：空气能；节能

空气能热水器，也称“空气源热泵热水器”。那么，什么是空气能热水器呢？“空气能”，顾名思义，就是利用空气中的能量，把空气中的能量通过一定的机械动力搬到水中，从而使水箱中的水温度升高。空气能热水器是按照“逆卡诺”原理工作的，具体来说，在整个闭环系统内，经过压缩机压缩的高压高温的液态氟利昂（冷媒）送到冷凝器进行热交换后，通过膨胀阀或者毛细管后迅速膨胀汽化，汽化的过程中吸收蒸发器周围空气中的热量后，低压气体由压缩机低压端吸进，经压缩机再次压缩液化后放热升温，然后进入换热器，热交换器内的水在循环水泵的动力驱动下带走了液态高温氟利昂的热量，使冷媒温度降低，而带走热量升温后的水进入水箱，散热后的冷媒又一次进入膨胀阀，随后节流降压降温回到蒸发器进入下一个循环。这样周而复始的循环就把周围空气中的热量吸收并交换到了水箱里，使水箱里的水温逐渐升高。简单来说是吸收空气中的热量来加热水，同时被吸收热量的冷空气起到降低周围环境温度的作用。运用热泵工作原理来进行制热，相当于冬天空调制热的原理，只不过冷暖空调制热加热的是室内的空气，而空气能热水器是利用热交换的原理加热的是水箱里的水。水升温所需要的热量是由电能做功从空气中搬运而来，而不是由电能所直接产生的。

我们再来看，国家制冷标准是每输入1000瓦的电能，其制冷量2800瓦。根据热平衡的原理，同时在冷凝器端最少产生2800瓦的热量，加上输入压缩机的1000瓦电能，实际产生的热量在3000—4000瓦，如果把这些热量输送到保温水箱里，也就是可以产生输入电能3-4倍的热能。反过来讲就是产生同样的热能其耗电量只是电热水器产生同样多热能耗电量的四分之一（假定电热水器即使热效率100%，输入1000电也只能产生1000瓦的热）。空气能热水器不需要阳光，只要有空气的地方就可以安装，因此放在家里或室外都可以。只要有空气，温度在零下7度以上，就可以24小时全天候运行。这样一来，即使用完一箱水，空气能热水器也会很快再产生一箱热水。如果配上专用的水箱，在加热的过程中，热能在水箱底部进行交换，交换后的热水往上走，所以从水箱上部流出的水一直是热水。再者，随着单片计算机技术的发展，目前空气能热水器都采用微电脑控制技术，实现了智能化，可以根据用户的设定的温度和时间进行加热，进行自动控制，极大的方便了用户使用。近年来，空气能以其空前的节能优势，全天候的使用时间和独特的舒适性，得到了消费者广泛的认可，渐渐得到了普及。

我们再来拿空气能热水器和传统的几种热水器比较。和电热水器相比，由于空气能热水器的工作是通过冷媒介质换热，因此其不需要电加热元件与水直接接触，也能从根本上消除电热水器漏电、干烧等安全隐患，不会造成触电事故。和太阳能热水器相比，太阳能热水器只有在有阳光的地方才可以使用，而且当储存的水用完之后，很难再马上产生热水，如果遇到阴雨天气就无法产生热水，采用电加热又需要很长的加热时间，和普通的电热水器没有什么区别，能效不能提高。再者太阳能热水器常年在室外，风刮日晒，容易老化，放在楼顶有被大风刮掉的安全隐患，维护成本比较高。和燃气热水器相比，空气能热水器避免了燃气热水器排放废气造成的空气污染，漏气造成的可能爆炸和中毒的危险。经过测算，空气能热水器产生同样多的热水，耗电量仅为普通电热水器的1/4，是普通燃气热水器的1/3，太阳能热水器的1/2。另外，由于空气能热水器加热温度在40-55摄氏度，还没有达到水的结垢温度，所以水箱一般会很少结垢，不存在水垢清理的工作。由此可见，空气能热水器具有耗电省，加热快，安全系数高、安装、使用方便等特点，可以说是目前最安全、最节能、最环保的热水器。但是并不是说它没有缺点。空气能由于结构相对复杂，要有压缩机正常工作，有噪音，购买和维修成本要也高于其他热水器，而且不适于常温低于零下7度的环境。而在冬季气温只有-10℃的北方城市，空气能热水器很难达到设计中预想的效果。如果气温为-20℃机组甚至都不能正常工作。但是随着科学技术的不断发展，会有沸点更低，比热更大、更环保的制冷剂问世，那么将会有适应温度更低，更节能的空气能热水器生产出来，以适应市场的需求。

目前，空气能热水器在我国中、南部均有使用，特别是在宾馆、酒店等热水用量比较大的公共场合应用广泛，给酒店提供源源不断的洗浴用水。在高寒的北方地区也有低温热泵机组运行，而且逐渐用在了室内采暖方面，但是这需要购买超低温专用机组。在寒冷的北方，由于室外温度低，空气能热水器的能效比很难达到4.0，但是相比较普通电热水器来说还是相当节能的。

家用空气能热水器目前在逐步推广阶段，市场销售量逐年升高。家用空气能热水器一般有一体机和分体机两种，都具有储水循环水箱。一体机安装简单，一般功率比较小，噪音低，加热时间长。分体机又有氟循环和水循环之分。氟循环的是靠水箱里的盘管来加热水箱里的水，高温高压的氟利昂在盘管里流动，把热量留到水箱里的水里，热交换比较慢。水循环是靠小型循环泵将水箱里的冷水抽到热交换器，冷水带走热交换器氟利昂的热量后流入水箱，在水泵的动力作用下，换热快。一般来讲，一个三口之家需要1匹的主机和一个150-200升的水箱就足够了。由于空气能热水器结构复杂，体积大，所以一般选择安装到阳台等不显眼的位置，同时主机安装在通风、向阳的阳台，便于空气流通，热交换效果好，提高制热效率。据了解，90%多的用户都会选择这样的安装方式。夏天使用空气能热水器时可以关闭窗户，这样就相当于在阳台安装一台制冷空调，随着热交换的进行，阳台环境温度会逐渐降低。冬天的时候可以打开窗户，将冷气排到室外，不影响室内的温度。空气能热水器的寿命一般在15-20年，高寿命不仅可以减少人们更换热水器的成本和麻烦，在某种意义上来说，更是减少了垃圾制造，这也是环保的一个重要方面。

空气能热水器在国内市场是一个新生事物，消费者对它的认知程度还很低。有很多人认为空调非常耗电，空气能同样耗电，甚至对用一份的电能就能得到3-4份的热量的理论产生怀疑。其实人们的认识仅仅局限在空调器是耗电大户，对空调的节能原理不还不够了解，空调制热的过程需要一直工作或者工作时间连续，而空气能热水器只有在你需要热水的时候才工作，不是连续工作的，所以不会像空调那样耗电。尽管热泵空调器普及率已经非常高，但是空气能热水器的普及需要一个过程。空气能热水器作为一款新科技的节能新产品，能在品种众多的热水器市场中脱颖而出，说明人们正在逐步接受。在人们的节能环保意识和消费意识越来越高的今天，相信空气能热水器凭借高效、便捷、安全、环保的优势一定能为热水器市场带来一番新面貌！

参考文献：

[1]化学工业出版社 《空气能热泵热水器的原理、安装、使用与维修 》刘共青 编著

[2]中国建筑工业出版社《空气调节用制冷技术》（第四版） 彦启森 等编著