分析空氣能熱水器制熱能力與熱量需求的矛盾

空氣能熱水器和太陽能熱水器的制熱特性有類似之處，就是其制熱能力與人們對(duì)熱量的需求相反:當(dāng)天氣越冷時(shí)，人們對(duì)熱的需求增加，但是它的制熱能力卻在下降。以一臺(tái)輸入功率為2.2KW的空氣能熱水器在不同環(huán)境溫度下的制熱能力和一個(gè)普通淋浴者在不同自來水溫度時(shí)對(duì)熱量的需求為例，它們只有在兩線相交的點(diǎn)，制熱能力和需求才能恰好相等的，加大熱泵的功率會(huì)使該點(diǎn)左移但是無論如何也不可能適應(yīng)各個(gè)環(huán)境。

由于現(xiàn)有的空氣能熱水器基本上都不能調(diào)節(jié)輸入功率，只有按照固定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行制熱循環(huán)，為了滿足用戶的使用，不得不配備保溫水箱，用增加機(jī)組工作時(shí)間的方法，滿足用戶短時(shí)間內(nèi)的使用，而且由于熱泵不能像電熱水器那樣把水溫加的很高，一般要求在55℃一下，為了保存足夠多的熱量，唯有加大保溫水箱這一途徑。

水溫低，熱容量小，就必須采用較大容積的保溫水箱，最大水箱達(dá)到800L，最小也是在100L以上，在酒店、學(xué)校等大用水量的工程熱泵熱水系統(tǒng)中，動(dòng)輒數(shù)十甚至數(shù)百噸的保溫水箱。

但是保溫水箱的加大，又會(huì)出現(xiàn)如下問題:成本和占地面積增大，用戶的預(yù)熱時(shí)間延長，散熱損失增加，在少量用熱水時(shí)，必須加熱全部水箱的冷水，不及時(shí)使用又會(huì)形成較多的“剩余熱量”。這一點(diǎn)在家用空氣能熱水器中表現(xiàn)十分突出，由于保溫水箱要靠自來水的壓力方可出熱水，冷熱水的混合使得使用完畢后，箱內(nèi)熱水高于使用溫度的部分熱量，在長時(shí)間的間隔時(shí)間里散失，我們把改造熱水的效率稱為制熱效率，把實(shí)際使用的效率稱為使用效率。同時(shí)過大的保溫水箱造成安裝不便和費(fèi)用較高。

在漫長的等待時(shí)間中熱量不斷耗散，極端的情況下，用戶總的熱效率甚至低于電熱水器。舉一個(gè)例子：

某用戶度假別墅裝有一臺(tái)1.5匹、320L的分體式家用熱泵，每周末在此休假使用，在20℃左右的環(huán)境溫度和20℃自來水溫度的條件下，預(yù)熱水至50℃時(shí)開始淋浴，淋浴熱水水溫42℃，流速為6L/min，15min后借宿，用溫度42℃的熱水共90L。實(shí)際使用的熱量為1800kacl，淋浴完畢后保溫水箱內(nèi)剩余熱水的平均水溫為44.37℃。

假定熱泵制熱效率為3.5倍，則其將水箱加熱至50℃的耗電量為3.19KW·h電在電熱水器中可以產(chǎn)生2743kacl熱量，而空氣能熱水器花費(fèi)同樣的電，總的制熱量為9600kacl，看上去制熱效率很高，但是在這個(gè)實(shí)際使用的例子中，該用戶淋浴使用熱水折合熱量(有效熱量)為1980kacl，那么他使用熱水的總效率僅為72.18%,比電熱水器效率低。

在具體實(shí)踐中，制熱效率高并不意味著總的使用效率高，配置不當(dāng)?shù)谋厮洌瑫?huì)使大幅降低總的使用效率，使用效率才是有實(shí)際意義的效率。

輸出功率難以調(diào)節(jié)和發(fā)熱量不足，是空氣能熱水器的重要缺陷，為此付出的代價(jià)就是配備龐大的保溫水箱，以及使熱泵不得不工作在較高的溫度區(qū)間，本來人們的生活用熱水40~50℃就已經(jīng)足夠，足夠溫度也恰好是壓縮機(jī)能夠可靠工作和效率較高的溫度區(qū)間，但是為了多儲(chǔ)存一些熱，卻必須驅(qū)使熱泵去制備溫度更高的熱水，這對(duì)熱泵在效率、穩(wěn)定性和工作壽命等方面，都是極端不利的。

即使熱泵已經(jīng)在不合適的高溫下工作了，它的儲(chǔ)熱量對(duì)于淋浴一類大用水量的活動(dòng)來講還是不足的，溫度低，熱容量小，就必須采用較大容易的保溫水箱，保溫是想越大，熱慣性越大，浪費(fèi)越多，配置極大的保溫水箱，是空氣能工程設(shè)計(jì)師們一個(gè)不得已的選擇。

在熱水可以及時(shí)被使用的情況下，直熱加熱式熱泵配備非承壓的保溫水箱，是一個(gè)較為合理的選擇：承壓水箱如果也能“變?nèi)莘e”，告便用自來水頂出熱水的供水模式，將預(yù)熱的熱水大部分用完，也可以顯著地提高總使用效率并使供熱溫度更加平穩(wěn)。