热泵热水器（精选十篇）
热泵热水器 篇1
空气源热泵热水器是一种新型生产热水的设备，是继燃气热水器、电热水器、太阳能热水器后的第四代热水器。空气源热泵热水器具有节能、环保、经济、使用便利等诸多优点，十分适合家庭使用。
2012年6月16日，国家发改委、财政部、工业和信息化部联合发布了2012第17号公告，将第一批高效节能空气源热泵热水器(机)推广目录纳入节能惠民工程补贴范围，这被认为是未来空气源热泵热水器市场加速发展的信号。
本文就空气源热泵热水器的工作原理、技术特点作了简要阐述，并对其节能环保效益进行了分析。
1 空气源热泵热水器工作原理及系统形式
1.1 工作原理
空气源热泵热水器一般由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置、过滤器、储液罐、储水箱及辅助热源等部分组成。运用逆卡诺循环原理，以空气作为低温热源获取热量，经过压缩机的压缩变为高温热能，并传递到水箱中把冷水加热。其工作流程如下:首先，传热工质(过热液体媒体)在蒸发器内吸收低温热源的热量，蒸发成气体媒体，经过压缩器的压缩，变为高温高压的气体媒体;高温高压的气体媒体流经冷凝器将热能传递给冷水，同时自身变为高压液体媒体;高压液体媒体在膨胀阀中减压，再变成过热液体媒体，进入蒸发器，完成一个循环;通过冷凝器向冷水中不断放热，使水逐渐升温，达到制热水的目的。
1.2 系统形式
1.2.1 按加热方式分类
按加热方式可分为一次加热式热泵热水系统、循环加热式热泵热水系统和静态加热式热泵热水系统。
1)一次加热式又称直热式，是指初始冷水流过热泵热水器主机内部的冷凝器(换热器)一次就达到用户设定温度，直接送到保温水箱中。优点是出水温度恒定、可调。缺点是当室外环境温度较低或进出水温差条件不佳时，达到设定温度的出水量很少;压缩机一直处在高压工作状态下，易损耗。
2)循环加热式是指先将冷水注入到保温水箱中，再利用循环泵和水管管路输送至主机加热，加热的方式是多次、循环加热，当水温达到预设温度后，循环停止。优点是设备运行较为稳定，制热效率较高。缺点是水的加热时间较长，在多个时段供水，供水品质不够稳定;使用循环泵会浪费一些电，热水输送的管路上会损失一部分热量。
3)静态加热式是指采用盘管式换热水箱，即换热器(冷凝器)与水箱一体，水箱和主机之间用管道连接，冷媒在管路内的循环，不断地通过水箱内的盘管换热器与水箱中的冷水交换热量，把水加热。其中，盘管换热水箱根据盘管放置的位置又有内盘管和外盘管之分。静态加热式空气源热泵热水器的制热效率略低于前述两种形式，一般在家用机中应用较多。
1.2.2 按结构形式分类
按系统各部件关系可分为整体式热泵热水器和分体式热泵热水器。整体式是指压缩机、蒸发器、冷凝器以及水箱等主要零部件在同一箱体内的热泵热水器。分体式是指上述主要部件不在同一箱体内的热泵热水器，一般分为热泵机组和储热水箱。家庭使用可根据不同的居住、气候条件选择不同的机型。
1.2.3 按水箱形式分类
空气源热泵热水系统根据水箱的形式分为开式系统和闭式系统。开式系统使用开式水箱，热水采用重力流供水或加压供水;闭式系统使用承压水箱，热水通过冷水的压力顶出去。一般推荐采用承压式水箱，可保证出水时冷热水压的平衡。
2 空气源热泵热水器使用性能分析
空气源热泵热水器与其他形式热水器相比较，在使用上具有运行稳定、安全舒适、管理操作方便等诸多优点。空气源热泵热水器在名义工况下，性能系数COP可达到3～4左右，产水温度可达55℃～60℃。在使用过程中，不产生废渣、废水、废气和噪声污染，不会对环境产生负面影响。与同样具有节能环保优势的太阳能热水器相比，还具有运行稳定的优势:空气源热泵热水器由于是以空气作为能量的来源，受环境影响较小，在阴天、雨雪天或夜晚都可以照常工作(适用温度范围在-15℃～60℃)，全天候提供热水。此外，家用空气源热泵热水器室外机与空调外机相似，可放置在屋面、设备阳台等处。
但是空气源热泵热水器在运行时存在结霜问题。当室外温度过低时，热泵系统蒸发温度过低，在蒸发器表面极易结霜，降低了换热效果，导致系统的制热效率急剧下降，甚至无法正常启动。因此，空气源热泵热水器基本适用于华东、华南等长江以南地区，在北方地区使用时必须解决好除霜问题。在使用性能上，空气源热泵热水器和其他形式热水器比较如表1所示。
3 空气源热泵热水器节能、经济和环保效益分析
以杭州市为例，对空气源热泵热水器进行节能环保效益分析。
根据GB 50015-2003建筑给排水设计规范，每人每天热水定额量为40 L 60℃的热水。按一般的用水习惯，假设热水出水温度为55℃，自来水水温按10℃计算，则每人一次淋浴的耗热量:
其中，Q为每人一次淋浴的耗热量，MJ;V为额定用热水量，L;Tu为使用时的热水温度，℃;Ti为冷水温度，℃;C为水的比热容，C=4 187 J/(kg·℃);ρ为热水密度，ρ=1 kg/L。
平均家庭人口以3人/户计算，假设每人每天淋浴一次，则每户每年消耗在生活热水加热的能耗约为8 256 MJ。
1)采用电热水器。
电热水器平均效能为95%,1度电的热值为3.6 MJ，则耗电量为:
2)采用燃气热水器。
根据GB 6932-2001家用燃气快速热水器要求，燃气热水器最低热效率值不低于80%，天然气热值约为35.27 MJ/m3[4]，则耗气量为:
3)采用太阳能热水器。
使用太阳能热水器，太阳能热水系统每年可产生的热量为:
Qr=E·β·η·F。
式中:Qr——太阳能热水系统的全年热效能，MJ;
E——太阳能的年辐射总量，杭州取值为4 600 MJ/m2;
β——太阳辐射全年可利用系数，β=0.5;
η——太阳能热水系统的热效率，η=0.8;
F——户式太阳能热水系统的集热板面积，取3 m2，则:
则需辅助电加热耗电量为:
4)采用空气源热泵热水器。
根据GB/T 23137-2008家用和类似用途热泵热水器规定的名义工况下COP的限定值，取静态加热式热泵热水器的COP最低值3.4。考虑到冬季工况时，空气源热泵热水器的COP值较低，因此，冬季三个月时的COP取2，其余三个季节取标准要求的最低值3.4。
则耗电量为:
3.1 节能效益分析
通过上述计算，使用四种不同形式热水器供一户家庭全年生活热水，全年实际耗热量、空气源热泵热水器较其他形式热水器全年节约的耗热量如表2所示。
可见，空气源热泵热水器除和太阳能热水器耗能量相差不大，几乎可以忽略不计，但较其他两种形式热水器大大节省了常规能源的费用，具有很好的节能效益。
3.2 经济效益分析
根据杭州市物价局规定，居民生活电价取0.53元(不考虑杭州市实行的阶梯电价制度)，居民生活用气价格2.4元/m3，则四种形式的热水器运行费用、空气源热泵热水器较其他形式热水器节约费用如表3所示。
可见，空气源热泵热水器运行费用是电热水器运行费用的1/3，是燃气热水器运行费用的2/3左右，与太阳能热水器的运行费用几乎可以忽略不计。
相对于普通的电热水器，计算出空气源热泵热水器的静态回收年限、静态投资回报率等，如表4所示。
可见，使用空气源热泵系统的初始投资虽然较电热水器稍贵，但由于在运行时通过少量的电能输入获得了其3倍～4倍的能量，较电能直接制热大大节省了能源消耗和费用，增加投资额可以通过使用过程中节省的常规能源费用偿还，在使用周期内完全可以回收成本，并减少常规能源费用。
3.3 环保效益分析
根据上述分析，一台家用空气源热泵热水器相对于家用电热水器一年可节约5 840 MJ能量，折合成用电量约为1 622 k Wh。根据国家发展改革委气候司2006年～2008年电量边际排放因子的加权平均值，华东区域电网的碳排放因子0.859 2 kg(CO2)/k Wh，则可减少1 393 kg二氧化碳排放量，在使用寿命(按10年计)内，则可减少13.93 t二氧化碳的排放，具有良好的环保效益。
4 结语
空气源热泵热水器较其他形式热水器，具有节能、经济、环保、使用便利等诸多优点，十分适用于我国南方地区家庭使用。在解决好除霜问题后，其应用范围可逐渐扩大到北方地区。由于空气源热泵热水器行业成长时间较短、政府扶持力度相对较小、产品价格较高，导致其市场份额、市场认知度都较低，但在能源紧缺的今天，其节能环保的优势日益突出，已逐步受到重视。随着国家和地方政府一系列补助、扶持政策的推出，会极大地推动该项技术的普及应用，其发展前景十分良好。
参考文献
[1]王靖华,汪波.空气源热泵热水系统在冬冷夏热地区的应用探讨[J].给水排水,2007,33(5):79-81.
[2]邵迎旭,崔志国,于金涛,等.空气源热泵在生活热水系统中的应用[J].给水排水,2001(S37):354-356.
[3]李元哲.空气源热泵在建筑节能中的应用[J].建设科技,2010(4):76-81.
热泵热水器的安装及保养方法 篇2
热泵热水器的工作原理
市场上热泵热水器种类很多，主要有太阳能助推型、水源和空气源三种系列。太阳能助推式热泵是热泵与太阳能技术结合使用的一种热泵技术。水源热泵是利用一定温度的水源(20℃以上)作为热源以制冷剂为媒介，将水源中的热量吸收后经压缩机压缩制热，通过热交换器与冷水交换热量以达到取暖和制取热水的目的。水源热泵必须有一定温度和流量的源。空气源热泵以水源热泵类似方法从空气获得热量来加热水。三种热泵中，空气源热泵受到的条件限制最小，发展空间最大。
热泵热水器工作流程是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。
水源热泵热水器实验研究 篇3
摘要：
水源热泵技术利用少量电能将地表水或地下水的低品位能量转移至高品位，目前正成为节能领域的研究热点.针对水源热泵变冷凝参数的相关研究缺乏的现状，通过搭建水源热泵热水器实验台进行了相应实验研究.在水流量Q为0.7～1.3 m3·h-1，进水温度t为15～30 ℃范围内，对系统功耗、制热量、制冷量、热泵性能系数COP等参数进行了测量.实验结果表明，在水流量为1.1 m3·h-1，进水温度为20 ℃时，COP达到最大值，系统平均热泵性能系数COPave为3.23，此时系统处于最佳运行工况.由此可知，寻找系统的最佳运行工况对热泵系统设计和实际工程应用具有重要的意义.
关键词：
水源热泵热水器； 进水温度； 水流量； 最佳运行工况； COP
中图分类号： TB 66文献标志码： A
国内能源短缺日益严重已成为制约我国经济发展的一大瓶颈，国家在重视能源节约和再利用的同时，也更加关注新技术的开发与利用.水源热泵技术利用少量热能将地表水或地下水的低品位能量转移至高品位热能，因其节能环保的特点，正被广泛应用[1-2].水源热泵技术的研究主要包括地表或浅层水源（如地下水、河流和湖泊）热泵和人工再生水源（工业废水、废气）热泵[3].
Yan等初步研究了不同的板片形式、制冷剂、流态对板式换热器换热效果的影响，分析了板式换热器作为冷凝器或蒸发器应用于地下水源热泵系统中的特点[4-5].王芳通过实验和仿真模拟研究发现，井水进、出口温差一定时，进口温度升高有助于提高地下水源热泵系统COP；井水进口温度一定时，进、出口温差的升高将降低系统COP[6].朱禹实验研究发现随着蒸发器侧水流量增大，热泵系统COP升高[7].陈剑波研究表明，对R410a水源热泵空调机组而言，进水温度升高时，在制热工况下有利于提高系统COP，在制冷工况下将降低系统COP[8].
上述研究多集中在冷凝或蒸发参数基本保持不变时的实验研究和模拟分析，并未分析变冷凝参数工况下热泵系统运行特性.本文通过搭建水源热泵热水器实验台，研究系统运行过程中，冷凝器侧参数不断变化时，进水温度、水流量对COP、功耗、制热量、制冷量的影响，从而得到水源热泵热水系统的最佳运行工况，为后续实际应用提供参考依据.
1实验原理及实验台组成
水源热泵实验装置原理如图1所示.实验装置主要包括两个系统：热泵系统和水系统，其中水系统又包括冷冻水系统（蒸发器侧）和冷却水系统（冷凝器侧）.热泵系统由蒸发器、压缩机、冷凝器、热力膨胀阀及其它辅助部件组成.
制冷剂与低温热源循环水在蒸发器中进行热交换（蒸发吸热），经压缩机压缩后进入冷凝器与蓄热循环水进行热交换（冷凝放热），过冷液体经热力膨胀阀进入蒸发器，完成一个循环，从而达到把能量从低品位转移至高品位的目的.通过布置在系统流程中的9个温度测点、4个压力测点和1个示功器，可及时了解制冷剂各点状态参数、蒸发器和冷凝器进、出口水温及压缩机功耗.本实验采用温度可控的电加热水箱模拟低温热源.
2实验结果及分析
为研究低温热源参数对系统性能的影响，实验分为定温度变流量（进水温度t为20 ℃，水流量Q分别为0.9、1.1、1.3 m3·h-1）、定流量变温度（Q为1.1 m3·h-1，t分别为15、20、25、30 ℃）和同时制冷、制热运行三大类.当系统运行稳定后（开机约5 min），记录系统运行参数，当恒温水箱温度达到设定值时，停止工作.
2.1不同水流量下系统功耗、COP随时间的变化
图2为进水温度为20 ℃时，不同水流量下功耗、COP随运行时间的变化.由图2（a）可知，功耗随运行时间的增加而增加，且水流量越大，其增加速率越快；由图2（b）可知：Q=0.9 m3·h-1时，系统平均热泵系数COPave=3.17；Q=1.1 m3·h-1时，COPave=3.23；Q=1.3 m3·h-1时，COPave=3.13.COP随水流量增大，呈现先增大后减小的趋势，Q=1.1 m3·h-1时，系统处于最佳运行状态.这是因为在进水温度恒定时，随着水流量增加，将导致蒸发器进、出水温差减小，制冷剂流量略有增加，系统制热量、制冷量增加，功耗增加.Q≤1.1 m3·h-1时，功耗增加速率小于制热量增加速率，COP增大；当Q≥1.1 m3·h-1时，功耗增加速率大于制冷量增加速率，导致COP下降.
2.2不同进水温度下系统功耗、COP随时间的变化
图3为水流量Q=1.1 m3·h-1时，不同进水温度下，功耗、COP随运行时间的变化.由图3（a）知，功耗随系统运行时间的增加而增加，且低温热源进口水温越高，增加速率增大.由图3（b）可知：t=15 ℃时，COPave=3.16；t=20 ℃时，COPave=3.23；t=25 ℃时，COPave=3.10；t=30 ℃时，COPave=3.01.COP随进水温度的升高，呈现先增大后减小的趋势，t=20 ℃时，系统处于最佳运行状态.这是因为低温热源水流量恒定时，随着进水温度的升高，系统蒸发压力升高，制冷剂流量增加，功耗增加，系统制热量、制冷量增加.t≤20 ℃时，功耗增加速率小于制热量增加速率，COP增加；t≥20 ℃时，功耗增加速率大于制热量增加速率，COP下降.
2.3双工况运行时进水温度、功耗及COP随时间的变化
双工况运行指系统在进水温度（蒸发温度）连续下降，冷凝温度连续升高的工况下运行.图4为双工况运行，水流量Q=0.7 m3·h-1，初始进水温度为24.5 ℃时，进水温度、功耗及COP随运行时间的变化.从图中可知，随着系统的运行，进水温度不断下降，功耗不断升高，COP先增大后降低.在系统运行初始阶段，由于蒸发器出口制冷剂过热度大，导致热力膨胀阀开度增大、制冷剂流量增加，继而制冷量、压缩机功耗、制热量增加，且制热量增加幅度大于压缩机功耗增加幅度，COP升高；25 min后，由于进水温度降低，制冷量、制热量减少，同时随着冷凝器进、出口水温差的增加，冷凝温度升高使压比增大，压缩机功耗略有增加，导致系统COP降低.系统运行25 min时，进水温度在20 ℃左右，COP达到最大，也验证了进水温度为20 ℃时，系统处于最佳运行状态.
摘要：
水源热泵技术利用少量电能将地表水或地下水的低品位能量转移至高品位，目前正成为节能领域的研究热点.针对水源热泵变冷凝参数的相关研究缺乏的现状，通过搭建水源热泵热水器实验台进行了相应实验研究.在水流量Q为0.7～1.3 m3·h-1，进水温度t为15～30 ℃范围内，对系统功耗、制热量、制冷量、热泵性能系数COP等参数进行了测量.实验结果表明，在水流量为1.1 m3·h-1，进水温度为20 ℃时，COP达到最大值，系统平均热泵性能系数COPave为3.23，此时系统处于最佳运行工况.由此可知，寻找系统的最佳运行工况对热泵系统设计和实际工程应用具有重要的意义.
关键词：
水源热泵热水器； 进水温度； 水流量； 最佳运行工况； COP
中图分类号： TB 66文献标志码： A
国内能源短缺日益严重已成为制约我国经济发展的一大瓶颈，国家在重视能源节约和再利用的同时，也更加关注新技术的开发与利用.水源热泵技术利用少量热能将地表水或地下水的低品位能量转移至高品位热能，因其节能环保的特点，正被广泛应用[1-2].水源热泵技术的研究主要包括地表或浅层水源（如地下水、河流和湖泊）热泵和人工再生水源（工业废水、废气）热泵[3].
Yan等初步研究了不同的板片形式、制冷剂、流态对板式换热器换热效果的影响，分析了板式换热器作为冷凝器或蒸发器应用于地下水源热泵系统中的特点[4-5].王芳通过实验和仿真模拟研究发现，井水进、出口温差一定时，进口温度升高有助于提高地下水源热泵系统COP；井水进口温度一定时，进、出口温差的升高将降低系统COP[6].朱禹实验研究发现随着蒸发器侧水流量增大，热泵系统COP升高[7].陈剑波研究表明，对R410a水源热泵空调机组而言，进水温度升高时，在制热工况下有利于提高系统COP，在制冷工况下将降低系统COP[8].
上述研究多集中在冷凝或蒸发参数基本保持不变时的实验研究和模拟分析，并未分析变冷凝参数工况下热泵系统运行特性.本文通过搭建水源热泵热水器实验台，研究系统运行过程中，冷凝器侧参数不断变化时，进水温度、水流量对COP、功耗、制热量、制冷量的影响，从而得到水源热泵热水系统的最佳运行工况，为后续实际应用提供参考依据.
1实验原理及实验台组成
水源热泵实验装置原理如图1所示.实验装置主要包括两个系统：热泵系统和水系统，其中水系统又包括冷冻水系统（蒸发器侧）和冷却水系统（冷凝器侧）.热泵系统由蒸发器、压缩机、冷凝器、热力膨胀阀及其它辅助部件组成.
制冷剂与低温热源循环水在蒸发器中进行热交换（蒸发吸热），经压缩机压缩后进入冷凝器与蓄热循环水进行热交换（冷凝放热），过冷液体经热力膨胀阀进入蒸发器，完成一个循环，从而达到把能量从低品位转移至高品位的目的.通过布置在系统流程中的9个温度测点、4个压力测点和1个示功器，可及时了解制冷剂各点状态参数、蒸发器和冷凝器进、出口水温及压缩机功耗.本实验采用温度可控的电加热水箱模拟低温热源.
2实验结果及分析
为研究低温热源参数对系统性能的影响，实验分为定温度变流量（进水温度t为20 ℃，水流量Q分别为0.9、1.1、1.3 m3·h-1）、定流量变温度（Q为1.1 m3·h-1，t分别为15、20、25、30 ℃）和同时制冷、制热运行三大类.当系统运行稳定后（开机约5 min），记录系统运行参数，当恒温水箱温度达到设定值时，停止工作.
2.1不同水流量下系统功耗、COP随时间的变化
图2为进水温度为20 ℃时，不同水流量下功耗、COP随运行时间的变化.由图2（a）可知，功耗随运行时间的增加而增加，且水流量越大，其增加速率越快；由图2（b）可知：Q=0.9 m3·h-1时，系统平均热泵系数COPave=3.17；Q=1.1 m3·h-1时，COPave=3.23；Q=1.3 m3·h-1时，COPave=3.13.COP随水流量增大，呈现先增大后减小的趋势，Q=1.1 m3·h-1时，系统处于最佳运行状态.这是因为在进水温度恒定时，随着水流量增加，将导致蒸发器进、出水温差减小，制冷剂流量略有增加，系统制热量、制冷量增加，功耗增加.Q≤1.1 m3·h-1时，功耗增加速率小于制热量增加速率，COP增大；当Q≥1.1 m3·h-1时，功耗增加速率大于制冷量增加速率，导致COP下降.
2.2不同进水温度下系统功耗、COP随时间的变化
图3为水流量Q=1.1 m3·h-1时，不同进水温度下，功耗、COP随运行时间的变化.由图3（a）知，功耗随系统运行时间的增加而增加，且低温热源进口水温越高，增加速率增大.由图3（b）可知：t=15 ℃时，COPave=3.16；t=20 ℃时，COPave=3.23；t=25 ℃时，COPave=3.10；t=30 ℃时，COPave=3.01.COP随进水温度的升高，呈现先增大后减小的趋势，t=20 ℃时，系统处于最佳运行状态.这是因为低温热源水流量恒定时，随着进水温度的升高，系统蒸发压力升高，制冷剂流量增加，功耗增加，系统制热量、制冷量增加.t≤20 ℃时，功耗增加速率小于制热量增加速率，COP增加；t≥20 ℃时，功耗增加速率大于制热量增加速率，COP下降.
2.3双工况运行时进水温度、功耗及COP随时间的变化
双工况运行指系统在进水温度（蒸发温度）连续下降，冷凝温度连续升高的工况下运行.图4为双工况运行，水流量Q=0.7 m3·h-1，初始进水温度为24.5 ℃时，进水温度、功耗及COP随运行时间的变化.从图中可知，随着系统的运行，进水温度不断下降，功耗不断升高，COP先增大后降低.在系统运行初始阶段，由于蒸发器出口制冷剂过热度大，导致热力膨胀阀开度增大、制冷剂流量增加，继而制冷量、压缩机功耗、制热量增加，且制热量增加幅度大于压缩机功耗增加幅度，COP升高；25 min后，由于进水温度降低，制冷量、制热量减少，同时随着冷凝器进、出口水温差的增加，冷凝温度升高使压比增大，压缩机功耗略有增加，导致系统COP降低.系统运行25 min时，进水温度在20 ℃左右，COP达到最大，也验证了进水温度为20 ℃时，系统处于最佳运行状态.
摘要：
水源热泵技术利用少量电能将地表水或地下水的低品位能量转移至高品位，目前正成为节能领域的研究热点.针对水源热泵变冷凝参数的相关研究缺乏的现状，通过搭建水源热泵热水器实验台进行了相应实验研究.在水流量Q为0.7～1.3 m3·h-1，进水温度t为15～30 ℃范围内，对系统功耗、制热量、制冷量、热泵性能系数COP等参数进行了测量.实验结果表明，在水流量为1.1 m3·h-1，进水温度为20 ℃时，COP达到最大值，系统平均热泵性能系数COPave为3.23，此时系统处于最佳运行工况.由此可知，寻找系统的最佳运行工况对热泵系统设计和实际工程应用具有重要的意义.
关键词：
水源热泵热水器； 进水温度； 水流量； 最佳运行工况； COP
中图分类号： TB 66文献标志码： A
国内能源短缺日益严重已成为制约我国经济发展的一大瓶颈，国家在重视能源节约和再利用的同时，也更加关注新技术的开发与利用.水源热泵技术利用少量热能将地表水或地下水的低品位能量转移至高品位热能，因其节能环保的特点，正被广泛应用[1-2].水源热泵技术的研究主要包括地表或浅层水源（如地下水、河流和湖泊）热泵和人工再生水源（工业废水、废气）热泵[3].
Yan等初步研究了不同的板片形式、制冷剂、流态对板式换热器换热效果的影响，分析了板式换热器作为冷凝器或蒸发器应用于地下水源热泵系统中的特点[4-5].王芳通过实验和仿真模拟研究发现，井水进、出口温差一定时，进口温度升高有助于提高地下水源热泵系统COP；井水进口温度一定时，进、出口温差的升高将降低系统COP[6].朱禹实验研究发现随着蒸发器侧水流量增大，热泵系统COP升高[7].陈剑波研究表明，对R410a水源热泵空调机组而言，进水温度升高时，在制热工况下有利于提高系统COP，在制冷工况下将降低系统COP[8].
上述研究多集中在冷凝或蒸发参数基本保持不变时的实验研究和模拟分析，并未分析变冷凝参数工况下热泵系统运行特性.本文通过搭建水源热泵热水器实验台，研究系统运行过程中，冷凝器侧参数不断变化时，进水温度、水流量对COP、功耗、制热量、制冷量的影响，从而得到水源热泵热水系统的最佳运行工况，为后续实际应用提供参考依据.
1实验原理及实验台组成
水源热泵实验装置原理如图1所示.实验装置主要包括两个系统：热泵系统和水系统，其中水系统又包括冷冻水系统（蒸发器侧）和冷却水系统（冷凝器侧）.热泵系统由蒸发器、压缩机、冷凝器、热力膨胀阀及其它辅助部件组成.
制冷剂与低温热源循环水在蒸发器中进行热交换（蒸发吸热），经压缩机压缩后进入冷凝器与蓄热循环水进行热交换（冷凝放热），过冷液体经热力膨胀阀进入蒸发器，完成一个循环，从而达到把能量从低品位转移至高品位的目的.通过布置在系统流程中的9个温度测点、4个压力测点和1个示功器，可及时了解制冷剂各点状态参数、蒸发器和冷凝器进、出口水温及压缩机功耗.本实验采用温度可控的电加热水箱模拟低温热源.
2实验结果及分析
为研究低温热源参数对系统性能的影响，实验分为定温度变流量（进水温度t为20 ℃，水流量Q分别为0.9、1.1、1.3 m3·h-1）、定流量变温度（Q为1.1 m3·h-1，t分别为15、20、25、30 ℃）和同时制冷、制热运行三大类.当系统运行稳定后（开机约5 min），记录系统运行参数，当恒温水箱温度达到设定值时，停止工作.
2.1不同水流量下系统功耗、COP随时间的变化
图2为进水温度为20 ℃时，不同水流量下功耗、COP随运行时间的变化.由图2（a）可知，功耗随运行时间的增加而增加，且水流量越大，其增加速率越快；由图2（b）可知：Q=0.9 m3·h-1时，系统平均热泵系数COPave=3.17；Q=1.1 m3·h-1时，COPave=3.23；Q=1.3 m3·h-1时，COPave=3.13.COP随水流量增大，呈现先增大后减小的趋势，Q=1.1 m3·h-1时，系统处于最佳运行状态.这是因为在进水温度恒定时，随着水流量增加，将导致蒸发器进、出水温差减小，制冷剂流量略有增加，系统制热量、制冷量增加，功耗增加.Q≤1.1 m3·h-1时，功耗增加速率小于制热量增加速率，COP增大；当Q≥1.1 m3·h-1时，功耗增加速率大于制冷量增加速率，导致COP下降.
2.2不同进水温度下系统功耗、COP随时间的变化
图3为水流量Q=1.1 m3·h-1时，不同进水温度下，功耗、COP随运行时间的变化.由图3（a）知，功耗随系统运行时间的增加而增加，且低温热源进口水温越高，增加速率增大.由图3（b）可知：t=15 ℃时，COPave=3.16；t=20 ℃时，COPave=3.23；t=25 ℃时，COPave=3.10；t=30 ℃时，COPave=3.01.COP随进水温度的升高，呈现先增大后减小的趋势，t=20 ℃时，系统处于最佳运行状态.这是因为低温热源水流量恒定时，随着进水温度的升高，系统蒸发压力升高，制冷剂流量增加，功耗增加，系统制热量、制冷量增加.t≤20 ℃时，功耗增加速率小于制热量增加速率，COP增加；t≥20 ℃时，功耗增加速率大于制热量增加速率，COP下降.
2.3双工况运行时进水温度、功耗及COP随时间的变化
透视热泵热水器的利与弊 篇4
1 热泵热水器的优势及不足
空气源热泵热水器的工作原理简单来说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, 这样一来, 就有取之不尽的热源, 也从根本上消除了诸如电热水器的漏电现象和使用燃气热水器时有害气体对身体的侵害等等安全隐患, 还克服了太阳能热水器在天气阴冷雨意绵绵时不能使用的缺点。可见空气源热泵热水器具有独特的安全、环保、高效、节能等等诸多的优点, 因此可以预见, 空气源热泵热水器将是未来热水器发展中的主流产品。
然而在热泵热水器逐步被认知的同时, 它与传统的热水器相比来说依然存着一定的问题, 有些问题甚至也会影响到热泵热水器的发展和推广。
首先热泵热水器与环境的适应性上, 以空气作为热源的空气源热泵热水器, 它的能效比以及工作的正常进行都直接和空气源的温度紧密相关。根据我国长江以南部分地区的参数统计, 目前在市场上的多数空气源热泵热水器设计的空气源温度基本上都在在0~40℃之间, 并且额定的工况是在25℃。但是这一情况对于全年平均温度只有10℃左右的长江以北地区, 热泵热水器却很难达到节能的效果, 这便大大的限制了空气源热泵热水器的市场发展推广的空间。
第二, 普遍来讲, 目前大多数的热泵热水器的外形尺寸都比较大, 这在很大程度上给安装带来了不便。比如佛山品冠品牌的外形尺寸到达了860L×260W×540H;再如江苏天舒外形尺寸为800L×300W×685H。这种家用的小型空气源热泵热水器仅仅适合在地面或者楼顶上来安装, 而作为其他楼层的消费者却只能将其安装在阳台上, 这给消费者带来了不便, 因此也很难将其在市场上广泛推广。
第三, 作为一种新生产品的热泵热水器, 广大消费者对于它的认知程度还很有限。很多人还很怀疑, 用一份的热量能得到三份热量, 这种技术真的能够实现吗?还有很多人持观望的态度。就像是人们对其他有关热泵技术的应用产品一样, 尽管热泵空调器的普及率已经很高, 但是人们也仅仅只认识到空调器耗电量大, 却很少人了解其实它比烧煤球炉子更加节能。
在我国大型家电市场上的确还没有热泵热水器产品出现, 作为生产厂家也只是对热泵水器进行直销, 而并没有转向代理经销的模式, 因此, 热泵热水器能否真正成熟真的还需要时间来加以考验。
2 相应解决措施
家用的主要生活热水除了饮用热水便是卫生洗漱热水。对于目前蒸气压缩式的热泵技术来讲, 由于受到压缩机排气温度以及压力的限制, 若想达到饮用热水的温度是实现不了的。但是通过热泵在相对低温段进行加热, 在高温至沸腾段利用电加热的方式进行加热, 这种热泵加热和电加热相结合使用的方式便可来实现此饮用热水100℃的温度。在低温段热泵加热中, 水在加热到65~85℃的过程中生成大量的水垢, 这对换热非常不利, 因此在低温段热泵加热中, 温度应该小于65℃。而洗澡以及洗涤的热水温度在通常情况下40℃为宜, 所以可以将家用的热泵热水器的最高出水温度设定在45℃。最高出水温度设定以后, 由于冷凝器设计形式的不同, 冷凝温度也应当相应给予确定。根据有关标准规定, 套管式冷凝器与壳管式冷凝器中水的温升都为5℃, 强制通风空气冷却式冷凝器中空气的温升大于等于8℃。这样一来, 为了达到较大的温升, 就需要通过多次循环来达到更大的温升, 因此为了既能够随时提供热水, 还能够利用谷峰电价差来贮存热水设置的热水箱便显得更为必要。
单一风冷热泵热水器和复合空调热泵热水器是当前市场上热泵热水器的两种流形式。单一的风冷热泵热水器是以提供热水为运行目的, 而复合空调热泵热水器则是房间空调器以及热泵热水器的组合, 利用不同的运行模式, 既能够为房间提供空调, 也能够提供热水。
盘管浸入式冷凝器是冷凝器设计采用的主要方式, 这种类型的冷凝器和被加热介质之间的换热是以热传导为主要形式的, 换热系数较低。假设有足够长的时间, 那么理论上热水的最终温度是与冷凝温度相等。若被加热的介质所需达到的温度一定, 那么冷凝温度和被设定温度的温差也就越大, 与此同时加热的时间也就越短, 所以说为了缩短加热时间, 就必须要提高换热效率。中小型热泵装置换热器的主要型式有套管式换热器、管板式换热器以及管壳式换热器三种, 它们换热的效率相对于浸入式较高, 取这三种型式的换热器的最大传热温差8℃来确定冷凝温度, 这样一来便能够取标准工况的冷凝温度即53℃。
分体式设计方案可以应对市场中热泵热水器的热泵循环, 而冷凝器设计则更多采用的是侵入式。有一种方案为整机的紧凑, 即把整个热泵系统和热水系统的设计为一个整体来作为室外机, 但是体积庞大。还有一种方案, 则是在室内只留有一个贮水箱及换热器, 而其他的部分是作为室外机被放在室外, 这样原来的大体积室外机就被分成了两部分, 室外机也可以自由地被装在室外。
关于产品的推广方面, 可以借鉴国外一些国家的做法, 相关部门对节能产品可采用相应的经济措施来大力扶持, 例如在税收以及直接现金补贴等方式来鼓励热泵产品的企业, 媒体也可采用宣传的方式倡导节能、安全与高效, 这不仅是对生产者的一种鼓励, 对消费者来说更是一种较为合理的引导。
3 热泵热水器的发展前景
在我国热水器市场作为新生事物的热泵热水器商品化还处于刚刚起步阶段。因此对于热泵热水器的改进以及在市场中的进一步成熟还有所期待, 除了热泵热水器与环境、与受众认知和自身体积的庞大之外, 还有诸如冬季运行中的除霜、成本过高等一系列问题。但是热泵热水器具有独特的节能、安全以及环保等优势, 这是其它传统型热水器所不能比拟的, 所以说, 在我国热水器未来的市场发展中, 热泵热水器必定会成为热水器中的主流产品。
摘要：在热水器的应用已逐渐成为家庭必需品的今天, 燃气热水器、电热水器以及太阳能热水器等等都已远远满足不了人们对于舒适和节能安全的需要, 热泵热水器节能、高效和安全的特点便逐渐进入消费者的视野, 但在热泵热水器趋于商品化的同时, 它与传统热水器相比依然存着一定问题, 这些问题很大程度上会影响到热泵热水器更进一步的推广与发展。本文立足于已有的空气源热泵热水器产品经验, 进而提出了更为适合中国市场的设计理念, 以期能够对热泵热水器产品进行理论上的进一步完善。
关键词：热泵热水器,冷凝,市场化,节能高效
参考文献
空气能热泵热水机组技术知识问答 篇5
人们所熟悉的“泵”是一种能提高位能的机械设备，比如水泵主要是提高水位或增加水压，而“热泵”是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低位热，经过电力做功，输出可被人们所用的高品位热的设备，是一种节能、环保、清洁的采暖和热水设备，热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术。
一、如何理解“热泵”？
举个简单的例子，汽车耗几升汽油就可以把几吨货物从一个地方运到另一个地方，热泵机组可从自然界中吸收热量经过热泵的“搬运”（电力做功驱动热泵），获得可用于生产、生活的热能。
二、热泵有几种？
根据热源不同，热泵可分为空气源热泵、水源热泵和地源热泵。
三、热泵热水器是太阳能产品吗？
从广义上讲是的，但热泵机组与常规太阳能产品却有着本质上的区别，主要体现在工作原理上的不同：常规太阳能产品必须依靠太阳光的直接照射或辐射才能达到制热效果，而热泵机组主要是以吸收环境中热能来达到制热效果。
四、热泵机组根据什么原理进行采热？
热泵机组设备内专置一种吸热介质——冷媒，它在液化的状态下低于零下20℃，与外界温度存在着温差，因此，冷媒可吸收外界的热能，在蒸发器内部蒸发汽化，通过热泵机组中压缩机的工作提高冷媒的温度，再通过冷凝器使冷媒从汽化状态转化为液化状态，在转化过程中，释放出大量的热量，传递给水箱中的储备水，使水温升高，达到制热水的目的，这便是该产品的独特之处，也是市场潜力的理由所在。
五、热泵机组中有热交换器，那么在运行时是否一定要用电？
是要用电，但电只用在驱动热泵从外界环境中吸收热，并将热能释放出来加热水，而不象常规电热水器那样用电直接加热水，故用电量很少。
六、热泵机组与其它供热方式相比有什么优势？
热泵机组供热主要体现在：高效、节能、环保、安全。无可燃、可爆气体，无电器推动元件，绝对安全；无任何废气、废水、废渣排放，绝对环保，热泵机组全年平均运行成本只需电直接加热的1/4，燃油、燃气加热的1/3~1/2，常规太阳能的1/1.5。
七、首期投资和回收周期如何？
热泵机组的首期投资会比燃油、燃气锅炉略高，但由于它特殊的节能效果，一般会在一年半以内通过节能方式将成本收回，锅炉等其它供热方式一般使用寿命只有五年，而热泵机组的使用寿命可长达十五年。
八、空气能热泵机组的耗电量一般多少？
空气能热泵机组的热效率一般为300%-500%，以温升40℃计算，生产一吨热水约耗电9-15度。而普通电加热方式需要耗电52度。
九、空气能热泵热水机组的使用及操作简单吗？
使用非常简单，整个机组采用自动化智能控制系统，用户只需在初次使用时开一下电源，在以后的使用过程中完全实现自动化运行，到达用户指定水温时自动停机，低于用户指定水温时系统自行开机运行，完全实现一天24小时随时有热水而不用等候。
十、冬天低温时，热泵机组是否能正常运行？
当然能，空气能热泵热水机组具有智能化霜功能，确保机组在低气温环境下稳定运行，它可根据室外环境温度、蒸发器翅片温度和机组运行时间等多个参数综合、智能判断自动进入和退出化箱。
十一、与常规太阳能相比，空气能热泵机组有哪些优势？
优势非常明显，主要体现在四个方面：
1、从投资方面：如达到相同供水效果，资金投入热泵热水机组比常规太阳能产品少，并且可以使用经济电能，在用电低谷时制热水储备。
2、从使用方面：常规太阳能产品受天气影响明显，阴雨天、下雪天、夜晚就不能工作，而热泵热水机组不管阴天、雨天、下雪天、夜晚或阳光明媚都能照常工作，全天候提供热水。
3、从运行成本方面，常规太阳能在太阳直射下，几乎零成本运行，可惜在阴雨雪天或夜晚只能依靠辅助系统工作，统计数据显示，正常使用时，常规太阳能辅助系统全年耗电能比热泵机组全年总耗电能要高。
4、其它功能方面：热泵机组使用不受地点限制，可以摆放在任何地方，而且占地空间很小，而常规太阳能要达到同等供热效果则需占用很大空间，还必须露天摆放；热泵机组在制热水的同时可产生冷气，可用于除湿、降温及空气滤清等辅助功能。
十二、是否需要经常充注制冷剂？
不需要。空气能热泵机组同冰箱一样是密封部件，在交付用户使用时已按定量充注好制冷剂，用户使用过程中无需自行充注。
十三、为什么热泵热水机组会比电热水器或天燃气热水器更加有效？
一般的加热方法都是直接用能源来加热水，电热水器能源使用效率约为95%，天燃气约为75%，而热泵机组是用电能来驱动压缩机，而不是直接用于加热水，热能实际来自环境。
十四、从环境吸收热能为什么会使热泵有更大的效率？
热泵机组用1份电能可以从环境中吸取2-3份免费热能，再用这些热能加热水，消耗的1份电能也用于加热水，所以最终可使热效率达到300%-500%。
十五、是否需要提供机房？
不需要，热泵机组可放在您指定的任何地方，不影响建筑物美观，只需很少空间，无需直接光照，安装非常容易，可露天摆放，也可放置在不显眼的角落或地库里，并可实现无人操作，全自动控制恒温供水。
十六、热泵机组可用于哪些场所？
热泵机组的适用范围非常广泛，有专为宾馆、酒店、学校、医院、桑拿浴室、美容院、游泳池、洗衣房、工矿等设计的各种型号的商用机，也有专为家庭设计的各种型号的家用机，同时还可以免费获取冷气，可实现全年供热。
十七、若使用多台热泵，其中一台出了问题是否影响整个系统？
不影响。空气能热泵机组具有模块化功能，采用并网运行，每台热泵机组均可分别单独控制，即使其中一台出了问题，在维修时并不影响其它机组的正常运行。
十八、热泵机组能利用低谷电价吗？
可以，而且是自动控制运行。空气能热泵机组在设计时根据用户的用热水量配置相应的保温水箱，保温水箱具有良好的保温效果，同时空气能热泵机组具有定时启停功能，这就可以在低谷电价时制取热水储存于保温水箱中。
十九、每种型号热泵的水箱如何配？
因热泵机组输出负荷相对较小，产热水速度较慢，热泵机组是先制热水备随时使用，而不是用水时才产热水，水箱是根据用户的日用水量设计，设计容量足够大，可实现24小时连续供水。
二十、热泵机组运行是否稳定？
运行非常稳定、可靠，空气能热泵专设有高低压保护、冬季防冻保护、排气温度过度保护、出水温度过高保护、水流不足温差保护、水流开关保护及压缩机运行和停机延时保护。二
十一、家用热泵热水器有哪些特点？
空气能热泵热水机组家用机有多种型号，它是一种专为中高收入家庭设计的新型高效、安全、环保，使用性能优越的家庭中央热水器，其主要特点为：
1、承压式水箱设计：水压足，冷热水压力自动平衡；
2、分体式设计：安装非常方便；
3、微电脑控制：全自动运行，4、水箱主机任意组合：满足个性化需求。二
十二、家用热泵热水器的水箱如何选？
热泵热水器的水箱根据用户一天的实际用水量确定，在用户可接受的条件下，建议用户选用大一型号的水箱，一般家庭：1-2人，配150或200L水箱（100L/人）；3-4人，配200或2×150L水箱（80L/人）；5-6人，配300或2×200L水箱（70L/人）。二
十三、热泵产品与锅炉相比的优点是什么?
1、热效率高：产品热效率全年平均在300%以上，而锅炉的热效率不会超过100%。
2、运行费用低：与燃油,燃气锅炉比,全年平均可节70%的能源，加上电价的走低和燃料价格的上涨，运行费用低的优点日益突出。
3、环保：热泵产品无任何燃烧排放物，制冷剂选用了环保制冷剂R417A，对臭氧层零污染，是较好的环保型产品。
4、运行安全，无需值守：与燃料锅炉相比，运行绝对安全，而且全自动控制，无需人员值守，可节省人员成本。
模块式安装，便于增添设备：产品采用多台机组并联的安装模式，当用户用水量增大时，可随时增添设备。
24、广东气候是否适宜装太阳能热水器？ 广东省2002年的年雨日在94～187天之间，日照时数在1190.1～2433.3小时之间。（数据采自广东气象网站）
从上例数据可看出：
8—10月份：太阳日照很好，但由于广州地区的天气比较热，居民冲凉也多用温水或凉水，太阳能所生产热水往往有富余。3—5月份：多阴天多雨，太阳能热水系统需用电或柴油锅炉辅助加热。
1—2；11—12月份：4个月是居民真正需要大量热水的时间，由于气温比较低，太阳日照也不是很好，利用太阳能设备几乎得不到热水，需大量用电或柴油辅助加热。综合上述：对于广东地区来说，太阳能热水系统设备利用率不是很高。
热泵热水器 篇6
关键词：太阳能热水系统；风冷热泵热水机组；绿色医院；节能
0 前言
我国国民经济的持续稳步发展和医疗改革的推进，使得医院的建设得到了前所未有的发展，医院作为卫生热水使用的耗能大户之一，其能耗比例占整个建筑能耗的20%以上，太阳能以其可持续性、清洁性、经济性等特点，使得太阳能热水系统在医院建筑应用取得较为可观的经济效益和环境效益，下面以广西钦州某医院大楼的太阳能热水系统设计为例，就太阳能热水系统和风冷热泵热水机组在医院建筑的应用进行探讨。
1 工程概况
本项目由综合大樓、爱心护理院楼、感染性疾病治疗楼及后勤服务楼组成，总用地面积为59096.79m2，项目总建筑面积为144272m2，住院病床总规模600张，门诊量5000人次/日，项目建成后达到国家绿色建筑二星级标准。其中综合大楼的病房、门诊及安心护理院的病房均全天供应热水。热水设计采用太阳能热水系统和风冷热泵机热水组联合供应。
2 热水系统参数的确定
2.1 项目所在地域气候情况
钦州位于广西南部沿海，地处北部湾顶端，年平均气温21.5～22℃，日平均气温基本稳定在10℃以上。7月最热，历年月平均气温27.9～28.3℃；1月最冷，历年月平均气温12.8～13.5℃。年总日照1612至1768h，年平均日辐照量为14.393MJ/（㎡.d）。
2.2设计日用热水量
卫生热水计算供水温度不小于50℃。冷水计算温度选15℃（《建筑给水排水设计规范》表5.1.4规定，广西的冷水计算温度为10-15℃），热水出水温度设计为60℃。
热水供应范围：综合大楼1～5层门诊、6层手术室、7～18层病房及医务人员；爱心护理院3～22层病房及医务人员。
2.3热水系统设计原则
（1）太阳能集热器和风冷热泵热水机组选用属节能、环保、安全型产品，太阳能集热器利用太阳能产生生活热水，无需消耗能源；阴雨天和冬季采用风冷热泵热水机组产生生活热水，其能效比最高可达4.5，其用电量极少，其总体经济效益十分可观。两者组合进行卫生热水的供应，保证了全天候的稳定工作。
（2）系统设计时考虑安全性、可靠性、先进性等特点，使系统达到最佳使用效果，实现系统节能、运行管理节能，减少电能消耗，达到节能减耗的目的，为医院全天24小时提供舒适的生活热水。
3太阳能热水系统设计及原理
3.1太阳能及风冷热泵机组选型设计
3.1.1太阳能集热器配置
直接式太阳能集热系统集热面积根据用户的每日用水量和用水温度，依据《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB50364-2005，太阳能面积按下式计算：
AC=Qw·Cw·（tend-ti）·f·ρ/JT·ηcd·（1-ηL）
式中：AC—直接系统集热器总面积，m2；Qw—日均用水量，172 m3/日；Cw—水的定压比热容，4.18kJ /（kg·℃）；tend—贮热水箱内水的设计温度，60℃；ti—水的初始温度，15℃；JT—南朝向，倾角为钦州当地纬度的平面上年平均日太阳辐照量，14393kJ/m2；f—太阳能保证率，%；综合系统使用期内的太阳辐照、系统经济性、钦州各月平均日照时数和日照百分率等因素考虑，取0.47；ρ—水的密度，取1000kg/m3；ηcd—太阳能集热器年平均集热效率，根据集热器热效率曲线及机械循环系统效能，取0.635；ηL—管路及贮水箱的热损失率，经验值取0.15～0.25，取0.2；
代入数据计算，所需集热器面积为：Ac=2080m2；
3.1.2风冷热泵机组选型设计
（1）工作条件设定：年平均温度：环境温度15℃，进水温度15℃；
（2）全天用水量172 m3；
（3）卫生热水全天耗热量
考虑到阴雨天气冬季条件下，太阳能集热器基本不产生热水，因此辅助加热系统必须按满负荷用水量设计。计算公式：
Q= Qw·c（tr-tl）/860（kcal/kWh）/T
式中：Q—热泵额定制热量（kWh）；Qw—日均用水量，172 m3/日；c—水的比热，取1kcal/kg·℃；tr—设计热水温度（60℃）；tl—自来水补水温度（按15℃）；T—名义工况下设计运行时间（取11小时）；
热泵额定制热量Q=820kW。
选用风冷热泵机组每台额定输入功率16kW、制热量68kW，共12台。多台设置，保证单台热泵机组故障时稳定的热水供应。
（4）保温水箱
由于供水系统为全天候24小时供热，水箱容积应能满足储热与供热的需求，且要结合现场实际分配情况三种因素确定。系统日均用水量为172m3，最高时用水量为25.2m3/h。一般为满足供热水需求，水箱容积应为最高时用水量的3-4倍，且鉴于本项目中，考虑到楼面集热器分为三个区域，且分布距离较远，可以采用3个35立方保温水箱，内胆为304不锈钢、聚氨酯整体发泡。
3.2 太阳能及风冷热泵机组热水系统原理
3.2.1太阳能热水系统+风冷热泵机组原理图，如图1所示。
图1 太阳能热水系统原理图
4 系统节能效益分析
4.1运行能耗的比较
在条件相同的状况下，利用不同的热源设备制热水所消耗的电量、燃料及费用等详见表2所示。
注：①以上能耗比较基于1m3温度为10℃的水加热至60℃所消耗的电量或燃料费用；
②电价按照0.7元/（kWh），柴油按照5.8元/kg；
③全年按照360天计，阴雨天为90天，太阳能年有效工作时间为270天。
4.2系统节能效益
4.2.1系统年节能量及节省费用
（1）太阳能热水系统+风冷热泵机组的年节能量：
Qs=Am·JT·（1-ηL）·ηcd
式中，Qs—太阳能热水系统的节能量，MJ；AC—直接系统集热器总面积，2080m2；JT—年平均日太阳辐照量，4598MJ；ηL—管路及贮水箱的热损失率，经验值取0.15～0.25，取0.2；ηcd—太阳能集热器年平均集热效率，根据集热器热效率曲线及机械循环系统效能，取0.635；
则本系统的节能量Qs=4858430.72MJ。
（2）寿命期内总节省费用：
Ss=Pi（Qs·C-A·DJ）-A
式中，Ss—系统寿命期内总节省费用（寿命期为15年），元；Pi—折现系数，9.82；Qs—太阳能热水系统的节能量，MJ；C—常规能源价格，0.2元/MJ；A—太阳能热水系统总投资，385万元；DJ—维修费用，一般为总投资的1%；
则本系统的节能费用Ss =5313888元。
5结束语
在医院建筑对热水的需求量大且要求供应时段较为集中，然而在通常的太阳能热水系统的设计过程中，经常会出现阴雨天或冬季安装太阳能集热器面积不能满足热水需求的情况，建议采用风冷热泵热水机组进行补充，在确保太阳能热水系统优先运行的情况下，利用风冷热泵机组进行辅助运行，提高太阳能热水系统的全年适用性，采用太阳能热水系统与风冷热泵热水机组共同供应稳定的卫生热水，即符合国家现有关于节能减排的要求，也可以节约业主的运行费用。
参考文献：
[1]俞卫刚.医院能耗评价与节能对策[D].上海：同济大学，2009；
[2] GB50364-2005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范[S]；
欧盟热泵热水器能效标准测试简要 篇7
1.1 试验条件设置
根据被测样机额定工作方式依据标准原文中的Table5, 选择并确定试验条件。
以整体式设计的以室内空气为热源的热泵热水器为例, 可得出其测试条件如下:输入电压为230±4%V, 电源频率为50Hz, 进水温度为10±1℃, 水流速度为4±2%或10±2%L/min, 环境温度为15±1/12±1℃ (DB/WB) 。
1.2 测试过程
该标准将整个测试过程分为A, B, C, D, E, F共6个阶段。如图2-1所示。
A阶段:该阶段调整好实验室工况和水温, 安装好被测样机, 往被测样机水箱内注入10±1℃的冷水, 而后按照制造商指定的终止水温以及辅助加热器设置进行热水器设置, 而后开机一直加热到机组自动停机。此时A阶段测试自动结束。该阶段需要记录的参数有加热时间th和从热水器开机到热水器自动停机所消耗的电量Weh。
B阶段:该阶段为待机消耗功率测试阶段, 主要测试热水器在保温状态下的散热功率。此阶段从A阶段结束时开始计时, 等到热水器在自然保温待机情况下完成6次完整的启停周期或者保温时间达到48小时时结束计时, 完成B阶段测试任务。本阶段需要记录的参数有最后一次启停循环的时间长度tes (单位为秒s) , 同时记录该段时间内热水器消耗的电量Wes (单位为千瓦时kWh) , 并通过公式undefined计算待机消耗功率Pes (单位千瓦kW) 。在48小时或6次完整循环这两个条件中, 任意一个达到则可认为结束B阶段测试。
C阶段:该阶段是该标准最关键的阶段, 是COP测试阶段。该阶段需要进行放水测试, 紧接着B阶段停机之后进行。标准给出了5种放水方式, 分别为S、M、L、XL、XXL。不同的放水方式会有不同的放水顺序和放水量要求。具体使用哪种放水方式, 由制造商或送检方指定。
标准所规定的各个放水方式都是模拟了人们从早上7点到晚上9点半在正常的生活中热水的使用情况。标准将用水目的分成了房间清洁、少量用水、地板清洁、洗涤、大量用水、淋浴、盆浴共7种, 根据不同放水方式进行不同放水组合。不同用水目的放水热量和放水速度如表2-1所示。
不同放水方式的具体放水要求可参阅标准中Table7～Table11。标准表格中所提到的温差均指热水出水温度与冷水进水温度的差值。最小温差ΔT是必须达到的进出水温差, 如果无法达到, 则判定热水器测试不合格, 需要提高设定水温。期望温差ΔTdesired为该放水过程的理想值, 若无法达到也不影响试验有效性, 但需要用电加热方式补充所欠缺的热量。
C阶段放水示意图如图2-2所示。
该阶段要求完成放水操作后至少完成1次启停加热过程, 且从首次放水开始计时, 至少要持续24小时, 即C阶段持续时间tTTC≥24。在计时24小时的时刻, 如果热水器刚好停止运行, 则此时可认为完成C阶段测试;如果热水器正处于开机运行状态, 则等到热水器自动停机时完成C阶段测试;如果热水器处于停机状态, 则需要等到热水器再次开机后停机时为止, 完成C阶段测试。
该阶段所需要记录的数据有放水流量VTap, 进水温度θWC, 出水温度θWH, 热水器消耗电能WEL-M-TC、本阶段测试时间tTTC。具体计算方法参照公式3-1～3-8。
undefined:放水流量, m3/s;
θWH (t) :瞬时出水温度, K;
θWC (t) :瞬时进水温度, K;
tTap:放水时间, s;
cp:水的定压比热, kJ/ (kgK) ;
ρ (T) :水流密度, kg/m3。
如果在洗涤放水时, 进出水温差ΔT无法达到期望值45℃ (即出水温度达到55℃) , 则放水时间不变, 但需要通过公式3-2进行电加热修正。
undefined
放水总热量通过公式3-3～3-5计算。
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nTap:放水次数
i:放水标号
放水过程总消耗电能WEL-HP-TC通过公式3-6计算。
WEL-HP-TC=WEL-M-TC+∑WEL-Corr (3-6) ∑WEL-Corr:测试期间的风机及水泵耗电 (当风机和水泵不作为标配部件时, 需进行折算) , kWh
24小时总耗能WEL-TC通过公式3-7计算。
WEL-TC=WEL-HP-TC+ (24-tTTC) ·Pes+QEL-TC (3-7)
QEL-TC:电加热补充热量耗能, kWh
能效COP通过公式3-8计算。
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值此热水器的能效测试可算完成, 可以进入D阶段测试。
D阶段:该阶段为参考热水温度和最大等效供热水量计算, 紧接着C阶段加热完成后开始放水, 放水速度为10±0.5L/min, 直至出水温度低于40℃停止放水。此阶段需记录进水温度、出水温度、放水流量、放水时间等参数。
参考热水温度θ’WH通过公式3-9计算。
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θWH (t) :瞬时出水温度, K
t40:出水温度大于40℃的时间
最大等效40℃供热水量Vmax通过公式3-10计算。
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E阶段:该阶段为极限工况测试, 根据制造厂声明的最低和最高适用温度进行测试。
测试一:环境温度在最低温度, 被测机温度控制器设置在最高值, 充注最低温冷水, 启动运行, 直至被测机自动停机, 紧接着放出50%容量的热水 (取热水流量10±0.5L/min) , 记录放出热水平均温度。
测试二:被测机温度控制器设置在最高值, 充注最低温冷水, 启动运行, 直至被测机自动停机, 紧接着放出50%容量的热水 (取热水流量10±0.5L/min) , 记录放出热水平均温度。
测试环境湿球温度要求如表2-2所示。
以上整个测试过程, 被测机过载保护器不应跳开。
F阶段:该阶段为安全装置测试阶段, 被测机模拟非正常条件试验:1) 断开换热风机电源供电;2) 断开媒介换热。被测机在1小时以上试验运行期间, 安全装置不应跳开。被测机电源断电5秒后恢复供电, 整机能够在20min内正常启动运行。控制装置无此功能除外。在测试整个过程中, 表面凝露不应滴下, 送风不应带有水滴。
2 总结
回收排水热能的热泵型热水器 篇8
(1) 生活热水排水温度高, 热量多, 热泵系数高;
(2) 排水与供水点距离近, 便于系统连接与安装;
(3) 排水的流量与温度参数稳定, 热泵运行可靠;
(4) 水换热器与空气换热器相比, 换热面积小, 结构紧凑, 且无需除霜。
本技术既节约了能源, 又降低了排水的热污染, 符合国家当前的低碳、节能、环保的政策。系统自成一体, 安装维护方便, 必将受到广大用户的青睐。
该热泵型热水器, 既可家用, 也可用于休闲中心、游泳池等大型场所。经济效益:初始规模下年产值可达1 000万元以上。
联系人:李柏芳周云祥
单位:江苏科技大学科技服务部
地址:江苏省镇江市梦溪路2号
邮编:212003
热泵热水器 篇9
空气源热泵热水器是继燃气热水器、电热水器、太阳能热水器之后的第4代热水器。它消耗少量的电能从空气中吸收大量的热量, 具有很大的节能潜力, 同时实现了水电完全分离, 消除了电热水器固有的安全隐患和燃气热水器因燃气燃烧不充分而带来一氧化碳中毒等隐患;更重要的是由于是从空气中吸收热量, 从而减少因燃烧化石燃料而造成的温室气体排放, 有利于保护环境。空气源热泵热水器是一种高效节能且环保的设备, 因而在国内外获得了日益广泛的应用, 并且具有广阔的发展前景。
目前国内外对普通的定频空气源热泵热水器进行了大量深入研究, 并取得了一定的成果及广泛的应用。南京工业大学的董振宇[7]等人对定频的空气源热泵热水器进行了实验研究, 得出了机组的性能系数、压比、蒸发温度和冷凝温度等参数随环境温度的变化关系。实验表明定频空气源热泵热水器的制热量及COP值随环境温度的降低同步下降, 当环境温度为-4℃时, 制热量及COP值仅为标准工况的35%, 与直接用电加热基本相当。当环境温度高于30℃时, 压缩机处于超临界运行状态, 极易引起压缩机过载影响其使用寿命。本文针对定频空气源热泵热水器存在的缺陷, 提出了一种直流变频空气源热泵热水器, 并对样机在不同频率下的制热性能进行了实验研究。
1 实验装置及测试方法
1.1 直流变频热泵热水器系统
直流变频热泵热水器系统如图1所示。压缩机为直流变频压缩机, 压缩机电机为无刷永磁同步电机, 采用矢量控制算法控制压缩机驱动。热水热交换器为高效钎焊式板式换热器, 翅片式蒸发器为双排L型的翅片式换热器, 系统采用电子膨胀阀节流, 其开度通过翅片式蒸发器的中部温度与压缩机吸气温度的差值来动态调节。尽管直流变频压缩机在低温环境下可泵送比定频压缩机更多的制冷剂来冷却压缩机电机, 但这些制冷剂还不足以完全冷却电机, 因此需要在热水热交换器的出液管处引出一部分制冷剂来冷却压缩机防止排气温度异常升高。为此在热水换热管的液管出口接一个电磁阀和一段喷液毛细管, 毛细管的另一端接在压缩机的吸气管上。当排气温度高于一定温度时, 电磁阀开启, 喷液毛细管向压缩机的吸气管进行喷液;当排气温度低于一定温度时, 电磁阀关闭停止喷液。这样可以防止因排气温度过高而导致压缩机烧毁。本热泵热水器系统所采用的制冷工质为R410A。
1-直流变频压缩机; 2-高压开关; 3-四通阀; 4-翅片式蒸发器;5-过滤器;6-电子膨胀阀;7-过滤器;8-电磁阀;9-喷液毛细管;10-双向储液罐;11-热水热交换器;12-循环水泵;13-风机;14-低压开关。
直流变频热泵热水器系统的工作原理为低温低压气体制冷剂经过直流变频压缩机的压缩后成为高温高压气体, 然后进入热水热交换器中与水进行热交换将水温升高。进行热交换后的水被循环水泵泵送到蓄水箱中, 与水进行热交换后的制冷剂成为高压液体, 然后进入双向储液罐中, 经电子膨胀阀节流后成为气液两相混合物流入翅片式蒸发器中, 并在其中与环境中的空气进行热交换, 吸取空气中的热量使气液混合物中的液体制冷剂转化为气态, 然后在进入直流变频压缩机中进行新的循环过程。
1.2 测试系统
该实验是在人工环境实验室系统中进行, 该系统由人工环境模拟间、水系统、数据采集系统构成。实验环境间的干球温度控制精度为±0.1℃, 湿球温度控制精度为±0.5℃。该实验系统对空气源热泵热水器的测量采用水侧量热计法实现。通过对空气源热泵热水器的进出水温度及水流量的测量得到机组的制热量;通过功率计测得被试机组的功率。采用K型热电偶测量循环工质的温度, 其精度为±0.5℃, 其信号由1台KH105万能输入型32路温湿度巡检仪采集, 然后传送给主机进行数据处理。空气侧的进风干、湿球温度通过人工环境实验室系统中内的空气取样器进行测量。水系统的进、出水温度采用Pt100A进行测量, 其精度为±0.1℃, 水流量采用上海光华爱尔美特仪器有限公司生产的IMF4080F流量计, 量程为0～16m3/h, 精度为±0.5%。系统压缩机的吸、排气压力采用KYB18G压力传感器测量, 量程为0～4MPa, 精度为0.001 MPa。直流变频热泵热水器系统所消耗的功率采用日本横河生产的WT230电功率计进行测量, 其精度为±0.1%。系统在稳定运行后进入数据采集, 数据的采样周期是4s, 取6个数据采集段的平均值为实验数据, 由计算机自动计算出测试条件下被试机组的制热量及性能系数。
为了充分验证试验系统的性能, 本文参照商业或工业及类似用途的热泵热水机 (GB/T21362-2008) 规定的实验条件和测试方法进行测试, 如表1所示。
本次实验采用一次加热实验。当人工环境间的温湿度以及进水温度达到表l规定的条件时, 使机组的运行频率固定在某一个定值, 然后反复调整水流量, 使得出水温度能够满足设定的要求 (55℃) , 并维持此水流量不变, 开始进行数据采集。机组在测试过程中运行频率从低频20Hz到高频85Hz, 每隔5Hz调节一次频率并使系统在该频率下稳定运行后, 反复调节水流量确保出水温度为55℃, 等机组稳定后再记录各项试验数值。
2 实验结果与分析
2.1 制热量、功率随频率的变化关系
由图2可知, 制热量和功率都随着压缩机频率的上升而持续上升。由于压缩机频率上升其转速相应增大, 则输入功率必然增加, 同时转速的增加使得压缩机的输气量增加 (即增加了制冷剂的循环流量) , 这就使得压缩机的制热量持续上升。当频率小于80Hz时, 制热量随着频率的增大几乎成线性增大, 当频率大于80Hz时, 制热量随着频率的增大, 增加缓慢甚至开始逐渐减小。这是因为开始制冷剂流量增大, 蒸发器与室内空气之间的换热温差加大, 所以制冷量增加, 但当压缩机转速到达一定程度时机组的热水换热器、翅片式蒸发器的换热面积以及风量相对变小翅片式蒸发器与空气之间的换热温差减小, 从而使得从空气中吸取的热量开始减小。
空调器在低频运行时, 压缩机功率随频率的增大而迅速增大, 但随着频率的继续增大, 功率增大的趋势逐渐减小, 这是因为输入功率与输气量成正比, 而输气量与压缩机的转速 (频率) 成正比, 因此压缩机的输入功率随着频率的增大而迅速增大, 但当频率大于80Hz时, 由于热水换热器的内容积和换热能力限制导致压缩机的排气压力不断升高从而使得压缩机的输气量减小, 但由于转速增加导致功率增加占着主导作用, 所以输入功率是不断增加, 但增加的趋势有所减小。
2.2 COP随频率的变化关系
从图3中可知, 当压缩机的频率上升时, 制热循环的冷凝温度和蒸发温度明显上升与下降, 其压缩比增大, 容积效率有一定程度的降低;蒸发温度下降, 导致吸气比容增大。
但由于转速提高对制冷剂循环量的影响大于由压缩比造成的负面影响, 所以系统的制热量和功率随着频率的增加而显著提高, 机组能效比随压缩机频率的升高逐渐增大, 当达到60Hz时, 压缩机的能效比最大。当小于60Hz时, 压缩机的能效比开始减小, 这是因为开始随着频率的增加, 制热量增加较多, 而输入功率增加得相对较少, 所以COP呈现增大的趋势, 在 60Hz时差不多达到了一个最大值, 随着频率的继续增大, 输入功率的增加速度大于制热量的增加速度, 因而COP开始减小。
2.3 吸、排气温度随频率的变化关系
由图4可知, 排气温度随频率的上升而持续升高, 吸气温度则变化很小。
由于频率上升后冷凝器内部的制冷剂流量增加, 冷凝压力急剧升高, 压缩机吸入的过热制冷剂在经过等熵压缩后温度必然升高, 即压缩机的排气温度会升高。吸气压力越来越低, 这是因为随着压缩机的频率不断升高, 蒸发压力越来越低, 蒸发温度也随之下降, 由于电子膨胀阀的开度是根据蒸发器中部温度与压缩机吸气温度的差值来进行相应的调节, 因此吸气温度也会随着压缩机的运行频率的增加而降低。但当压缩机的频率升高到一定时, 由于压缩机的输气量变化率减少, 因此机组的蒸发压力下降率也开始大幅度减少, 从而导致吸气温度在压缩机升高到一定频率后基本保持不变。
3 结论
(1) 普通的定频空气源热泵热水器在环境温度发生变化时, 输入功率基本不变, 因而不能在宽温度宽负荷条件下运行, 当环境温度低于0℃时, 其COP值衰减严重, 与直接用电加热基本相当, 失去其节能效果;当环境温度高于30℃时, 易引起压缩机过载, 影响其使用寿命。
(2) 直流变频空气源热泵热水器压缩机制热量和输入功率都随着频率的上升而持续上升。压缩机低频运行时, 制热量和输入功率随着频率的增加而迅速增大, 但是当频率大于80Hz时, 输入功率与制热量增加缓慢。
(3) 直流变频空气源热泵热水器的机组能效比随着压缩机频率的升高而逐渐增大, 当达到60Hz时, 压缩机的能效比最大, 此后又逐渐降低。
(4) 直流变频热泵热水器压缩机的排气温度随着频率的上升而持续升高, 吸气温度则变化很小。
摘要：针对普通定频空气源热泵热水器不能在宽负荷和宽温度条件下运行等缺陷, 提出一种直流变频空气源热泵热水器。通过对样机进行实验, 得出了制热量、功率、COP值、吸气温度、排气温度等性能参数随压缩机运行频率的变化规律。结果表明直流变频热泵热水器能在宽负荷、宽温度条件下稳定运行。
关键词：直流变频,热泵热水器,空气源
参考文献
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二氧化碳热泵热水器系统运行特性 篇10
臭氧层的破坏和气候变暖是目前全球所面临的主要环境问题。由于制冷、空调、热泵等行业广泛采用的CFC及HCFC类制冷剂具有破坏臭氧层和引起温室效应等问题,加上人们生活水平的提高,各国对制冷、空调、热泵等系统的需求量不断增加,制冷剂的替代成为全世界关注的问题。
二氧化碳作为一种自然工质,因其具有良好的环境性能( 对臭氧层没有破坏作用,且温室效应小) 而受到国内外研究者的重视。此外,二氧化碳热泵系统在跨临界状态下运行时,二氧化碳放热过程中的温度滑移可与变温热源较好匹配、缩小传热温差,因此其跨临界循环所具有的高排气温度和温度滑移非常适合用来进行水温加热。
对二氧化碳热泵的研究起源于20 世纪80 年代末,由挪威SINTEF能源研究所Lorentzen教授率先提出。1998 年Heyl[1]等对二氧化碳跨临界循环热泵的热力学性能进行了相应的理论分析,并在此基础上搭建了试验台。1998 年日本电力工业中央研究院( CRIEPI) 、东京电力公司( TEPCO) 及Denso公司开始合作进行二氧化碳热泵热水器的基础理论研究,之后不久就研制出二氧化碳热泵热水器原型机,并进行了相关系统性能研究[2]。在2000 年又对该原型机进行了系统改进,并在东京电力公司对改进型二氧化碳热泵热水器的全年平均性能系数进行了测算,结果表明该热水器全年系统平均COP可高达3. 0。在2001 年1 月对该原型机进行再次改造后便于2002 年推向日本市场[3]。2000 年挪威科技大学的Zakeri[4]等在挪威拉维克的一家生产半成品食品的工厂建立了第一台示范性工业用二氧化碳热泵热水器[4]。2001 年Corona公司和Denso公司联合开发的第一个二氧化碳热泵热水器问世,该热水器可以在较高能效比下提供65℃ 的热水。此后,日本三洋、大金等公司也相继开发并推出了各自特色的二氧化碳热泵热水器,且COP值也逐渐提高。2002 年Takeuchi[5]提出在二氧化碳热泵系统中安装喷射器的发明专利。随后,日本的Denso公司推出全球首台带喷射器的二氧化碳热泵热水器,其制热系数达4. 2,最大制热量为6k W。
相比国外,国内对二氧化碳热泵系统的研究稍晚一些。天津大学的马一太[6,7,8]等建立了国内第一台二氧化碳跨临界循环热泵系统,对单、双级加热两种不同形式下的系统性能进行了相应的分析对比研究,并在使用膨胀机减少节流损失提高热泵系统性能方面及对二氧化碳热泵热水器进行系统模拟上作了大量的研究工作[9,10]。此外,马一太[11]等也对套管式气体冷却器进行了模拟优化,以使得二氧化碳与水达到很好的温度匹配。上海交通大学的丁国良[12,13]等建立了二氧化碳跨临界循环系统的稳态仿真模型,对几种不同的跨临界循环进行了性能比较,对二氧化碳循环特性作了深入研究,提出了多种管内流动换热的关联式并在此基础上对系统进行了优化和仿真。西安交通大学和上海交通大学的有关学者针对带喷射器的二氧化碳跨临界压缩、喷射循环进行了性能分析,研究了气体冷却器的压力及喷射器喷射系数等因素对热泵系统性能的影响[14,15]。浙江大学自行设计并搭建了带喷射器的二氧化碳跨临界循环热泵系统,该系统可通过切换阀门开关和管道的连接实现4 种不同流程的运行研究[16,17,18,19]。此外,浙江大学还研究开发了可调喷射器,它可以通过改变喷射器喉部面积调整系统使系统处于最佳工作状态,并对其进行了相应的CFD模拟[20]。
为了掌握二氧化碳跨临界循环热泵热水器的系统运行特性,公司所在的项目组设计并搭建了水源型二氧化碳热泵热水器测试系统,测试了不同气冷器进出水温度、不同蒸发器进水温度及不同电子膨胀阀开度下,系统运行时系统COP、制热量及制冷量得变化值。
2 实验装置
项目组自行搭建的二氧化碳跨临界循环热泵热水器实验台流程图如图1 所示。该系统部件主要包括: 意大利Dorin公司生产的跨临界CD1500H型号的半封闭活塞式压缩机; 瑞典SWEP公司生产的板式蒸发器; 项目组自行设计并委托加工制作的套管式双壁同轴型气冷器,该气冷器内管走水,外夹层走二氧化碳,以防止结垢,同时为了满足压力要求,内管采用的是镍白铜,外管采用的是冷轧不锈钢; 节流装置采用日本鹭宫生产的JKV - 24D型号电子膨胀阀。系统运行时,板式蒸发器热源侧进口水温、气冷器使用侧进、出口水温由公司所建的标准实验室维持恒定。
3 实验结果分析
3. 1 电子膨胀阀( EEV) 开度对系统性能的影响
在蒸发器进水温度15℃、气冷器进水温度15℃ ,在不同气冷器出水温度下,电子膨胀阀开度EEV对系统性能的影响如图2 所示。从图2 ( a) 、( b) 可知: 在55℃ 与65℃ 出水工况下,随着电子膨胀阀开度的增加,系统COP、制热量及制冷量值均会出现一个先增加后减小的过程,峰值分别出现在开度200 及180 下,此时系统COP分别达到4. 8与4. 3; 在75℃出水工况且机组允许运行条件下,即电子膨胀阀开度从150 增加到480 的过程中,系统COP、制热量及制冷量值均随着开度的增加而逐渐减小( 为了避免润滑油性能下降进而对压缩机造成损伤,实验测试中电子膨胀阀开度最小值为150) ,在最小开度150 下,系统COP达到最大值4. 0; 在不同使用侧出水温度下,电子膨胀阀开度对系统COP、制热量及制冷量曲线具有相似的影响。
3. 2 气冷器出水温度对系统性能的影响
在蒸发器进水温度15℃、气冷器进水温度15℃ 及电子膨胀阀开度200 下,气冷器出水温度对系统性能的影响如图3 所示。
从图3 中可知: 系统COP、制热量及制冷量均随着气冷器出水温度的增加而减小; 气冷器出水温度对系统COP曲线造成的影响与其对制热量及制冷量曲线造成的影响不同,对系统COP曲线影响较大。
3. 3 气冷器进水温度对系统性能的影响
在蒸发器进水温度20℃、气冷器出水温度55℃ 及开度200 下,气冷器进水温度对系统性能的影响如图4 所示。
从图4 中可知: 系统COP、制热量及制冷量均随着气冷器进水温度的增加而减小; 气冷器进水温度对系统COP曲线造成的影响与其对制热量及制冷量曲线造成的影响不同,对系统COP曲线影响较大。
3. 4 蒸发器进水温度对系统性能的影响
在气冷器进水温度15℃、气冷器出水温度55℃ 及开度200 下,蒸发器进水温度对系统性能的影响如图5 所示。
从图5 中可知; 系统COP、制热量及制冷量均随着蒸发器进水温度的增加而增加,造成这一现象的原因是,蒸发器进水温度升高使得蒸发器出口过热度增加,吸气比容增加,定转压缩机质量流量减少,固定开度下电子膨胀阀节流压降减小,蒸发温度上升,进而导致系统COP、制热量及制冷量均上升; 热源侧进水温度对系统COP、制热量及制冷量曲线造成的影响相同。
4 结语
通过二氧化碳跨临界循环热泵热水器系统的初步实验研究得到以下结论:
1) 电子膨胀阀在开度调节过程中,存在一个最佳开度,在该开度下,系统COP、制热量及制冷量均达到最大值;