在空氣源熱泵熱水機(jī)的選型問(wèn)題上，大多數(shù)機(jī)型都選用的是循環(huán)加熱的模式進(jìn)行。特別是在一些大型的商用項(xiàng)目上，循環(huán)式熱泵更是一統(tǒng)天下，幾乎沒(méi)給直熱式熱泵一點(diǎn)生存空間。但即便如此，仍有部分企業(yè)堅(jiān)持發(fā)展直熱式熱泵熱水機(jī)，并促使直熱式熱泵的發(fā)展路線逐漸明晰起來(lái)：過(guò)去少人問(wèn)津的直熱式熱泵，可能成為未來(lái)熱泵熱水機(jī)的主力——那么，循環(huán)式熱泵和直熱式的區(qū)別究竟在哪里?直熱式的熱泵是未來(lái)的方向，其中的原因又是什么? 我們請(qǐng)既做過(guò)循環(huán)熱泵，又做過(guò)直熱式熱泵熱水機(jī)的技術(shù)專(zhuān)家，來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。

　　空氣源熱泵熱水機(jī)從起初的盤(pán)管式演化至今，其運(yùn)行模式大至分成兩種，一種是直熱式，一種是循環(huán)式。關(guān)于兩種機(jī)器的性能及實(shí)際工程比較，一直以來(lái)眾說(shuō)紛紜，莫衷一是。循環(huán)和直熱，究竟哪種方式更好?大多數(shù)工程機(jī)都選用循環(huán)式的原因是什么?誰(shuí)是真正的未來(lái)之王?長(zhǎng)期以來(lái)一直是整個(gè)行業(yè)困惑的問(wèn)題，然而，又沒(méi)有真正搞清楚。

　　我們知道，熱泵熱水機(jī)的整個(gè)系統(tǒng)包括熱泵、水箱、電磁閥、循環(huán)泵和管網(wǎng)構(gòu)成，無(wú)論是直熱還是循環(huán)，工作原理都大同小異，區(qū)別只在水系統(tǒng)這一塊，水系統(tǒng)工作情況的不同，直接決定了直熱和循環(huán)的不同，繼而影響到整體的運(yùn)行效果。

　　運(yùn)行時(shí)究竟有什么不同?

　　既然要說(shuō)到直熱和循環(huán)的比較和選擇問(wèn)題。就要先溫習(xí)一下功課，直熱和循環(huán)在工作方法上，究竟有什么不同?讓我們重溫一下兩種工況的工作原理——如下圖所示：

　　(1)循環(huán)式

　　(2)直熱式

　　從結(jié)構(gòu)上看，直熱式比循環(huán)式少了一個(gè)循環(huán)水泵，這個(gè)很自然，也好理解。但他們之間最大的區(qū)別，還在于：當(dāng)進(jìn)水溫度高于45℃的時(shí)候，工況完全不同。

　　下降，特別是水溫升高到50℃時(shí)，冷媒經(jīng)過(guò)熱交換后溫度仍然高達(dá)75℃，最少也有60℃，冷媒放熱的值明顯不夠。

　　以上分析說(shuō)明了什么呢?說(shuō)明了當(dāng)出水溫度不高的時(shí)候——比如在45℃以下，循環(huán)和直熱具有相似的工況及能效。而當(dāng)水溫升到45℃以上，循環(huán)式的熱泵壓縮機(jī)的工作溫度和壓力都在不斷提高。壓縮機(jī)的工作條件隨著水溫的不斷提高開(kāi)始變得惡劣起來(lái)。

　　A、保護(hù)壓縮機(jī)

　　根據(jù)傳熱工質(zhì)(例如R22)的特點(diǎn)，飽和溫度與飽和壓力式呈單值函數(shù)關(guān)系。當(dāng)溫升到一定程度冷媒得不到充分交換時(shí)，飽和壓力必然增加，甚至超出壓縮機(jī)的工作曲線范圍，勢(shì)必造成壓縮機(jī)的過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。但凡從事過(guò)技術(shù)的人都知道，壓縮機(jī)長(zhǎng)期高溫高壓運(yùn)行，勢(shì)必影響它的工作和壽命，然而很可惜，循環(huán)式的熱泵熱水機(jī)，應(yīng)對(duì)這樣惡劣的工況缺是家常便飯。

　　這方面，直熱式又體現(xiàn)出了它的優(yōu)勢(shì)，為什么?因?yàn)橹睙崾綗岜玫睦淠郎囟鹊停?dāng)?shù)蜏氐睦涿酵ㄟ^(guò)膨脹閥回到蒸發(fā)器后，蒸發(fā)的效率趕不上高溫的冷媒，為了解決這一問(wèn)題，直熱式熱泵需要擴(kuò)大蒸發(fā)面積。通常的辦法，是采用額外的蒸發(fā)器機(jī)組，從空氣中吸收熱量化霜?；蛘吒纱嗖捎秒p蒸發(fā)器，一個(gè)做主一個(gè)為副，這樣可以避免反向除霜面臨的諸多技術(shù)困境，比采用電熱絲化霜更加節(jié)能。

　　C、擺脫“谷輪”依賴(lài)癥?

　　由此可見(jiàn)，直熱式最大的好處，還在于可以讓壓縮機(jī)在一個(gè)穩(wěn)定的工況下運(yùn)行，最大限度地保護(hù)壓縮機(jī)。但更重要的是，它也降低了壓縮機(jī)的工作要求和性能參數(shù)，因此有企業(yè)開(kāi)始嘗試用普通空調(diào)的壓縮機(jī)，或者是性能差異不大的壓縮機(jī)來(lái)做熱泵的主機(jī)，而不是采用目前市面上大多數(shù)企業(yè)采用的“谷輪”耐高溫高壓的壓縮機(jī)，并且取得了初步成功。

　　一臺(tái)谷輪渦旋壓縮機(jī)的價(jià)格，是同等功率壓縮機(jī)的幾倍，如果能夠解決用普通空調(diào)壓縮機(jī)或近似機(jī)型代替熱泵壓縮機(jī)的話，熱泵熱水機(jī)的成本將大幅度下降，為熱泵在民間普及創(chuàng)造了條件。

　　使用谷輪壓縮機(jī)，這是整個(gè)熱泵熱水機(jī)行業(yè)的慣例。谷輪壓縮機(jī)耐高溫高壓的性能，使它在面對(duì)循環(huán)機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間惡劣工況時(shí)能夠保證機(jī)組的正常運(yùn)行。但如果要問(wèn)為什么都要用谷輪壓縮機(jī)，得到的回答很可能是：“因?yàn)榇蠹叶荚谟?rdquo;。實(shí)際情況究竟如何?套用美的工程師的一句話來(lái)說(shuō)“在這個(gè)行業(yè)，真正在深入研究技術(shù)的企業(yè)，會(huì)有多少?”

　　數(shù)據(jù)困境與無(wú)謂的比拼

　　寫(xiě)到這里，也還并不能證明直熱就一定比循環(huán)更先進(jìn)。相反，還有很多“例證”是證明循環(huán)優(yōu)于直熱的。筆者就看到這樣一組數(shù)據(jù)：

　　假設(shè)環(huán)境溫度為20℃，水溫從20℃加熱到50℃，一定量的水需要60kJ的熱量為例，兩種運(yùn)行方式耗能結(jié)果比較如下。

　　a.恒溫出水式(直熱式熱水機(jī)組)

　　恒溫出水式即相當(dāng)于是把熱量從20℃的空氣中直接轉(zhuǎn)移到50℃的熱水中，此時(shí)設(shè)備的實(shí)際能效比約為3.5W/W，則總共60kJ的熱量需要耗能為：60÷3.5=17.1kJ

　　b.循環(huán)加熱式(循環(huán)式熱水機(jī)組)

　　循環(huán)加熱方式水的加熱過(guò)程可理解為把20℃空氣中的熱量分別轉(zhuǎn)移到25℃、30℃、

　　在實(shí)際的工程案例中，除了一些恒溫池?zé)崴?lèi)需求溫度不高于45℃的工程外，大部分的工程40%運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間是在高溫水區(qū)(48-60℃)，這樣系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高冷凝溫度工況下，壓縮機(jī)排氣溫度過(guò)高使得壓縮機(jī)面臨更多的耗功，潤(rùn)滑發(fā)熱油更容易碳化，機(jī)組效率安全性和使用壽命也大幅度下降。

　　在這里，直熱式的好處就體現(xiàn)出來(lái)了。因?yàn)橹睙崾綗岜脽崴畽C(jī)的壓縮機(jī)在基本恒定的壓力和溫度下工作，壓縮機(jī)的工況也穩(wěn)定，在短短的5～10分鐘之內(nèi)，通過(guò)一個(gè)恒定的冷媒進(jìn)出溫度，壓縮機(jī)即達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行負(fù)荷，然后可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。再者低溫自來(lái)水直接吸收高溫冷媒的熱量，冷媒能夠得到充分冷卻，系統(tǒng)高壓壓力降低，壓縮機(jī)克服系統(tǒng)壓力所消耗的電能比較少，從而延長(zhǎng)了壓縮機(jī)的壽命，也減少了高壓保護(hù)的頻率和壓縮機(jī)爆缸事故的隱患。

　　B、提高化霜效率

　　在冬季，結(jié)霜是威脅熱泵熱水機(jī)工作的主要?dú)⑹?，化霜是熱泵的常備手段?/p>

　　化霜的方式，不外電輔和反向化霜兩種，目前這兩種方式都不是最好的，但限于目前的技術(shù)水平，又沒(méi)有什么辦法可以完美的解決這一問(wèn)題。要么是顧到了化霜的效果，就忽略了節(jié)能的效果;要么是可以實(shí)現(xiàn)完全的化霜，但又以犧牲整個(gè)機(jī)組性能為代價(jià)。

　　選擇化霜的方式，是解決化霜問(wèn)題的一個(gè)努力方向，另一個(gè)方向是提高化霜的效率。

　?、?直熱式機(jī)組進(jìn)水溫度低而出水溫度高：兩者通常在20℃—60℃。而循環(huán)機(jī)組最初工作時(shí)，進(jìn)水溫度也可能是20℃，但隨著一次次的拉循環(huán)，進(jìn)水溫度不斷提高，隨著溫度的遞增，循環(huán)式熱水機(jī)組對(duì)應(yīng)的冷凝溫度也迅速增加。

　?、?也就是說(shuō)，直熱式的高溫冷媒從壓縮機(jī)排出后，總是和20℃的水進(jìn)行熱交換，交換的結(jié)果是：冷媒的溫度降低為40℃。而循環(huán)式則不同，循環(huán)式的高溫冷媒一開(kāi)始也和20℃的水進(jìn)行熱交換，但隨著自己的做功，發(fā)生熱交換的水溫越來(lái)越高。冷媒的熱交換效率出現(xiàn)

　　35℃、40℃、45℃、50℃的水中。各階段的能效比、能耗和總能耗如下表所示：

　　加熱區(qū)間 20-25℃ 25-30℃ 30-35℃ 35-40℃ 40-45℃ 45-50℃

　　熱量 10kJ 10kJ 10kJ 10kJ 10kJ 10kJ 60kJ 能效比 7.3W/W 6.3 W/W 5.5 W/W 4.7 W/W 4.1 W/W 3.5W/W 4.8W/W

　　能耗量 1.4kJ 1.6kJ 1.8kJ 2.1kJ 2.4kJ 2.9kJ 12.2kJ 上面的一組數(shù)據(jù)似乎代表了另一種觀點(diǎn)，那就是循環(huán)式只是在最后階段效率才與恒溫出水式接近，而加熱過(guò)程的其它階段效率均遠(yuǎn)高于直熱式。這樣看來(lái)，循環(huán)比直熱更節(jié)能了。 帶著這個(gè)問(wèn)題，筆者采訪了一位參與起草國(guó)家熱泵標(biāo)準(zhǔn)的專(zhuān)家。他談到了這樣兩個(gè)“行業(yè)問(wèn)題”，這兩個(gè)問(wèn)題聽(tīng)起來(lái)荒謬，實(shí)則在情理之中。

　?、僭趪?guó)家標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有正式出臺(tái)之前，目前很多企業(yè)都有自己測(cè)算的COP值。對(duì)直熱而言，COP值很好測(cè)試，但循環(huán)式的機(jī)組，如何測(cè)試COP值呢?循環(huán)式熱泵因?yàn)橐星捌诶h(huán)的不出水時(shí)間，要測(cè)標(biāo)準(zhǔn)COP值必須有一個(gè)特殊的試驗(yàn)室，但問(wèn)題是，這個(gè)傳說(shuō)中的實(shí)驗(yàn)室，目前只有合肥通用機(jī)械研究所才有。換句話說(shuō)，不到合肥所做測(cè)試，根本不可能有一個(gè)科學(xué)的COP值!試問(wèn)有幾個(gè)做循環(huán)熱泵的廠家能夠把機(jī)器拿到標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室做測(cè)試?

　?、谠诩磳⒊雠_(tái)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，熱泵能效比是不計(jì)算水泵功率的。而在較低的水溫下，COP值很大的時(shí)候，水泵的功率將是一個(gè)很大的數(shù)值，不能被忽略掉。但現(xiàn)在的多數(shù)情況，這個(gè)能耗被有意地忽略了;這導(dǎo)致熱泵的節(jié)能效果會(huì)打一個(gè)折扣，基本上都達(dá)不到計(jì)算的理論值。“在實(shí)際工程中，熱泵比鍋爐到達(dá)節(jié)能40%就很好了。”這是不少業(yè)內(nèi)人士在實(shí)踐過(guò)后最深刻的感受。

　　測(cè)試的難題和測(cè)試方法的不科學(xué)、不統(tǒng)一，使直熱和循環(huán)這兩種差異單純的機(jī)型，在路線的對(duì)比和選擇上更處于混沌狀態(tài)，究竟哪種模式更好?公有公理，婆有婆理。

　　直熱式出水量不夠嗎?

　　從以上我們似乎可以看到，直熱式熱泵，因其對(duì)壓縮機(jī)的保護(hù)得力，比循環(huán)式更有應(yīng)用的前景。但既然如此，為什么大多數(shù)企業(yè)在選型時(shí)，都選用了循環(huán)式呢?

　　一位業(yè)內(nèi)人士道出了其中的玄機(jī)：因?yàn)槎鄶?shù)熱泵生產(chǎn)廠家，都是從空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)型而來(lái)。這類(lèi)企業(yè)最大的問(wèn)題，就是習(xí)慣用做空調(diào)的思維來(lái)做熱泵，這是整個(gè)熱泵行業(yè)存在的諸多技術(shù)問(wèn)題的根源。

　　第二個(gè)問(wèn)題，就是這類(lèi)廠家，通常不懂水系統(tǒng)。

　　循環(huán)式針對(duì)直熱指出的最大的問(wèn)題，就是直熱式熱泵的出水量不夠。其實(shí)，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，就是不懂水系統(tǒng)也可以回答。為什么，因?yàn)榇笞匀挥心芰渴睾舛?。壓縮機(jī)的功率一樣，做的功也一樣，產(chǎn)生的熱量應(yīng)該一樣。假設(shè)傳熱的效率一樣，那么，無(wú)論是直熱式或者循環(huán)式，生產(chǎn)的熱水應(yīng)該是一樣多的——就是有些差距，也不會(huì)太大。

　　反過(guò)來(lái)，如果做不到一樣多，一定是水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出了問(wèn)題——而不是選擇直熱或循環(huán)的問(wèn)題

　　直熱式的熱泵系統(tǒng)，通常是通過(guò)控制水的流量來(lái)提高水溫，從而使水溫一步到位。而出水量的問(wèn)題，完全可以通過(guò)水流控制閥調(diào)節(jié)水系統(tǒng)，做到在相同的時(shí)間內(nèi)相同的出水量。在實(shí)際的過(guò)程中，尤其是大型熱水工程中，循環(huán)如果不妥善運(yùn)用熱水系統(tǒng)，照搬原理圖，不管多少臺(tái)機(jī)大量循環(huán)加熱，第一次產(chǎn)水時(shí)機(jī)組都會(huì)造成十幾小時(shí)不停。假定水溫定在55℃停機(jī)、45℃到50℃啟動(dòng)再加熱，這樣長(zhǎng)期工作下來(lái)系統(tǒng)能效比非常差。而直熱調(diào)節(jié)好水系統(tǒng)后，在一個(gè)恒定的工況下，更適合24小時(shí)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)也不會(huì)有更重的負(fù)荷，因此直熱式熱泵并不會(huì)存在出水量不足的情況。

　　毫無(wú)疑問(wèn)，直熱式熱泵熱水機(jī)在工作時(shí)能夠解決，或繞開(kāi)熱泵最核心的技術(shù)難題，理所當(dāng)然的是未來(lái)熱泵熱水技術(shù)發(fā)展的方向。隨著實(shí)踐的增多，相信業(yè)內(nèi)人士會(huì)越來(lái)越多地認(rèn)識(shí)到直熱式熱泵的優(yōu)勢(shì)，從而將技術(shù)發(fā)展的方向轉(zhuǎn)移到正確的地方上來(lái)。