热泵：工作原理及维护方法
热泵是供暖领域的新星。这些系统在多个方面都优于其他系统，许多政府正在出台新的法律法规鼓励使用热泵，这不仅仅是因为它们更环保，而且有助于应对气候变化。本文将详细介绍这项技术的细节。
为什么要安装热泵？
- 因为化石燃料正逐渐不受青睐：
出于对气候和环境的担忧，许多国家政府（尤其是欧洲国家）鼓励人们放弃燃气和燃油锅炉，改用热泵。这些政策的目的是减少二氧化碳（CO2）排放，并降低对天然气的依赖，因为天然气价格经常剧烈波动 ，而且往往呈现上涨趋势。以法国为例，新规定意味着从2021年夏季开始，新建住宅优先使用热泵，而非燃烧锅炉。
- 因为热泵非常高效：
热泵的能效甚至比最好的冷凝锅炉还要高。尽管当室外温度降至-7°C以下时，热泵的性能会显著下降，但有一些巧妙的安装技巧可以帮助在寒冷气候下解决这个问题。
- 这项技术经过验证且性能可靠：
热泵的工作原理与空调和冰箱完全相同。这意味着它们拥有久经考验且不断改进的技术，几乎无需担心维护问题。
- 在安装方面具有极强的灵活性：
热泵装置的种类繁多，适合安装在各种类型的建筑和环境中。例如，可以用热泵替换燃烧锅炉，同时保留现有的生活热水循环系统。它们甚至可以用来加热游泳池！
- 政府提供财政激励：
在一些国家，政府为业主提供财政支持，帮助他们支付从燃气和燃油系统转换为热泵系统的费用。在某些情况下，政府提供的补贴非常丰厚，可支付大部分安装费用。
热泵如何工作 ?
图中显示的温度和功率是指示性的，可能会有所不同。
热泵将室外热量带入室内。系统的核心是一个制冷剂回路，通过状态变化过程传递热量（热能）：
步骤1：在建筑物外部，蒸发器收集环境热量，加热回路中的流体。该流体温度极低，主要由低压液体组成。在热量的作用下，液体转化为气体。然后，该气体在压缩机中被快速压缩，温度急剧升高。
步骤2：在建筑物内部，热气体进入冷凝器，加热水或空气。然后，这些水或空气被用于房屋供暖。这个过程再次冷却流体，使其冷凝并恢复到（几乎）液态。然后，流体流经膨胀阀，压力突然下降导致温度急剧下降——循环再次从步骤1开始！
换句话说，热泵的工作原理与空调完全相同，只是整个过程是反向运行的。因此，可以安装可逆热泵系统（称为“逆变器”），使建筑物夏季凉爽，冬季温暖。夏季，系统的室外部分用作冷凝器，室内部分用作蒸发器。
因此，从一开始就选择合适的热泵配置至关重要：
- 空气源热泵：该系统配备一个室外机，通过吹入环境空气来加热流体。该系统连接到传统的水循环加热回路（散热器或地暖），同时提供生活热水。
- 水源热泵：在这种装置中，制冷剂在流经地下水、湖泊或河流等天然水体时会被被动加热。该系统更节能，更适合冬季严寒地区。
- 空气源（或水-空气）热泵：这是一种“分体式”系统，利用暖空气为房屋供暖。它的主要优点是可以反向运行——换句话说，它可以使用完全相同的设备作为空调系统。
因为热泵从室外空气中吸收热量，因此在寒冷气候下其性能会显著下降。在低于 -7°C 时，系统需要消耗更多的能量才能从冷空气中提取热量并加热蒸发器中的制冷剂。一个实用的建议是：将进气口设置在距离蒸发器一定距离的地方，并用一根长埋管连接两者。这种装置被称为地热耦合换热器，地热在到达蒸发器之前，会在地下流动，自然地加热空气。
热泵效率的主要衡量指标是性能系数（COP）。例如，COP值为3，表示系统每消耗 1kW 的电力，就能输出 3kW 的热量。这意味着您通过吸收室外热量获得了 2kW 的“免费”能源。因此，不难理解为什么外部温度会对热泵的 COP 值产生如此大的影响！
索尔曼 Si-RM350和Si-RM450 智能冷媒表还可以计算 EER（能效比），这是另一个类似的指数，用于描述实际制冷量（以BTU为单位）与能耗（以瓦为单位）之间的比率：EER 为 10 意味着每消耗 1 瓦时，系统将产生 10 BTU/小时的能耗。
还有其他更具体的效率指标，可以提供更客观的性能评估：SCOP（季节性能效系数）和 SEER（季节性能效比）。这两个指标更具现实意义，因为它们考虑了特定季节的多个参考室外温度：
SCOP（季节性性能系数）或 FPS（季节性性能系数）
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运行模式：供暖
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测量周期：整个供暖季
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计算方式：一个供暖季产生的总热量 / 同一时期消耗的总能量。
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技术细节：
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参考温度：SCOP使用四个预设的工作点进行计算：-7°C、+2°C、+7°C和+12°C
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参考气候：计算时采用三种欧洲气候：温暖气候（雅典）、温和气候（斯特拉斯堡）和寒冷气候（赫尔辛基）。
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欧洲标准：SCOP 是根据 ErP（能源相关产品）标准定义的，该标准考虑了设备的季节性性能。
SEER（季节性能源效率比）或“季节性制冷效率
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运行模式：制冷
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测量周期：整个制冷季
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计算方法：一个制冷剂提供的制冷总量 /同一时期消耗的能源总量
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技术细节：
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参考温度：SEER的计算使用13°C至46°C之间的平均室外温度。
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测量条件：SEER 考虑了制冷季节的室外温度变化，假设室内温度恒定为 20°C，并根据相关地区设定参考室外温度。
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能源标签：空调和空气热泵机组的能源标签上会显示SEER，方便消费者比较能源性能。
热泵的维护：包括哪些内容？
可靠性是热泵的一大优势。制冷剂的设计使用寿命为永久，前提是没有泄漏（这种情况很少见）。可以将热泵想象成冰箱，它无需维护即可运行多年。然而，法国等一些国家现在要求热泵每两年维护一次，大功率系统（>70 kW）则需每年维护一次。对于工程师来说，这意味着要使用冷媒表按优先级检查系统的各个方面——冷媒表是此类工作中最重要的工具，并且已广泛应用于空调系统。
1. 冷媒泄漏检测：
一旦发生冷媒泄漏，整个系统将无法运行。我们的 Si-RD3 冷媒和氢气测漏仪是理想的解决方案。如果检测到泄漏，您需要排空回路，进行维修，然后使用真空探头（ Si-RV3 或 Si-RV4 ）确保回路无泄漏。
2.测量高低压：
泄漏的另一个指标是高压侧（过热）和低压侧（过冷）压力之间的差值（Delta）过小。但最重要的是，测量这些参数可以判断热泵是否高效运行，以及压缩机和膨胀阀是否正常工作。您需要一个数字压力计，例如我们的 Si-RM350、Si-RM450、Si-RM3 或 Si-RM13 歧管仪，才能同时测量这两个参数。
3. 测量过热和过冷：
将热电偶温度计（例如索尔曼最新的 Si-TT3 双通道测温仪）直接放置在铜制冷剂管道上，即可准确读取这两个参数。这样，您就可以测量压缩机出口的过热度和膨胀阀出口的过冷度。这两个值应与回路内制冷剂的热状态变化特性相一致。如果符合要求，则表明热泵运行正常（过热度过高可能表示制冷剂不足，过冷度过低可能表示制冷剂过量或冷凝器存在问题）。我们的 智能冷媒表 内置高速热电偶温度传感器，可同时读取温度和压力。同时，我们的应用程序会根据数据库中预先填充的热特性，自动检查 130 多种不同制冷剂的读数是否与正确值一致。
4.更换制冷剂：
有时，您可能需要更换回路中的制冷剂，以使热泵达到标准或提高其性能。您需要回收所有制冷剂以便循环利用，并确保在完成后回路完全排空。此操作还需要真空探头。我们的 Si-R3、Si-RM13、Si-RM350和Si-RM450 冷媒表内置了一个真空探头，这些探头也可用于其他调试任务。
5. 调试热泵并给回路注满制冷剂： 如果您正在安装新的热泵，或在修复泄漏或更换制冷剂后调试系统，则在注满回路后，您需要使用冷媒表测量真空、压力和温度。同时测量高压/低压和温度，可以快速诊断回路，以检查负载是否正确，从而确定系统的效率。
6.检查并清洁热力学系统：
维护需求不仅限于热泵本身。对于水基供暖系统，您还需要检查其他各种部件是否正常工作，包括热水箱、供暖系统水泵、压缩机、膨胀阀和电气部件。红外温度计（例如索尔曼的 Si-TI3 红外测温仪）可用于检测电气系统中的异常高温。对于可逆式热泵，您还需要确保冷凝水排水泵处于良好的工作状态，并在必要时进行清洁（请参阅我们的清洁指南）或更换（请参阅我们的空调冷凝水排水泵）。对于可逆式热泵，您还应检查冷凝水泵是否正常工作，并在必要时进行清洁或更换。
关于空调冷凝水排水泵的更多信息：
· 如何清洗空调冷凝水排水泵？
· 防止空调机组漏水的十项检查
· 如何以及何时更换迷你泵中的浮子？
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7. 室外机和室内机的空气流速：
最后也是最简单的检查是检查风扇机组是否正常工作。您可以使用像我们的 Si-VV3 叶轮风速仪测量风速风量。您可能需要修理风扇或清除树叶、苔藓或灰尘等杂物，以恢复蒸发器和冷凝器的最佳工作效率，并降低运行噪音。
如果您想了解更多有关维修热泵所需的工具的信息，请查看我们的 全系列测量仪，其中包括此类任务所需的所有测量仪器和空调冷凝水排水泵。
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