鲲速暖通科普之空气能热水器工作原理

空气能热水器内部结构主要由四个核心部件——压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器组成。

其工作流程是这样的：压缩机将回流的低压冷媒压缩后，变成高温高压的气体排出，高温高压的冷媒气体流经缠绕在水箱外面的铜管，热量经铜管传导到水箱内，冷却下来的冷媒在压力的持续作用下变成液态，经膨胀阀后进入蒸发器，由于蒸发器的压力骤然降低，因此液态的冷媒在此迅速蒸发变成气态，并吸收大量的热量。同时，在风扇的作用下，大量的空气流过蒸发器外表面，空气中的能量被蒸发器吸收，空气温度迅速降低，变成冷气释放。随后吸收了一定能量的冷媒回流到压缩机，进入下一个循环。

由以上的工作原理可以看出，空气源热泵热水器的工作原理与空调原理有一定相似，应用了逆卡诺原理，通过吸收空气中大量的低温热能 ，经过压缩机的压缩变为高温热能，传递给水箱中，把水加热起来。整个过程是一种能量转移的过程（从空气中转移到水中），不是能量转换的过程，没有通过电加热元件加热热水，或者燃烧可燃气体加热热水。

总之，空能热水器的工作原理就是把空气中的能量加以吸收，转变成热量，转移到水箱里面的水中，把水加热起来，同时把失去大量热量的空气排放到室外的环境中，这是就是一般分体空气能热水器（又称为空气能冷气热水器）的原理；而一体式空气能除了吸收空气中的热量加热热水，还能把失去大量热量的空气，即是冷气，排放到厨房里，实现厨房制冷功能。

空气能热水器其实是空调的另一个版本，空调是吸收室内的热量，再将热量排到室外。空气能则是吸收环境的热量，将热量排给水箱。
首先看一下空气能的原理。空气能利用了热泵的原理，首先制冷剂（空调中的称法）吸收空气中的热量蒸发，经过压缩机，汽化后的制冷剂温度 上升，能量提高，之后，经过水箱，把热量传递给水，制冷剂自己冷却后冷凝，再经过膨胀阀通过小孔膨胀进一步降低温度，再次与空气热交换开始下一个循环。这个循环体系主要是通过制冷剂吸收空气中的热量再利用压缩机对制冷剂做功，对其进行加热，再将热量用于水的加热。

为什么空气能会节能。首先要提到一个参数，性能参数COP，，Q是加热热水需要的热量，W是压缩机的做功。对于一个卡诺循环，COP=Th/(Th-Tc)，其中Th是制冷剂的最高温度，Tc是制冷剂的蒸发温度。对于环境温度15℃，Tc=288K，如果需要将热水加热至50℃，制冷剂的温度需要在55℃左右，Th=328K，COP=8.2。这意味着我们投入1kJ的能量驱动压缩机，可以加热8kJ的水。这并不是说明能量不守恒，只是我们利用了压缩机将空气中温度较低、品质较差的能量转化为温度较高、品质较高的能量。
当然，实际上COP要低于这个数值，一般来说，COP能达到3.5~4.5是比较高的了。而电加热或者燃气加热，水的热量完全由电能或者燃气自身的能量提供，由于能量利用效率低，消耗的能量肯定要高于水吸收的能量。因此空气能是节能的。