熱泵熱水器復(fù)合系統(tǒng)性能研究

摘要：隨著熱泵熱水器的廣泛應(yīng)用和對其系統(tǒng)性能方面的深入研究，開發(fā)復(fù)合系統(tǒng)的熱泵熱水器已經(jīng)成為了發(fā)展的趨勢，本文針對熱泵熱水器系統(tǒng)性能、空調(diào)復(fù)合系統(tǒng)和太陽能復(fù)合系統(tǒng)做一個簡單的介紹。

關(guān)鍵詞：熱泵熱水器復(fù)合系統(tǒng)性能研究

0 引言

隨著熱泵熱水器得到廣泛的應(yīng)用，系統(tǒng)性能的研究和復(fù)合系統(tǒng)的研究已成為熱泵熱水器研究的重點。

1 熱泵熱水器系統(tǒng)性能的研究

對熱泵熱水器的系統(tǒng)性能研究，目前采用的主要手段是試驗研究。熱泵熱水器的系統(tǒng)性能指標(biāo)主要是COP，排氣溫度、排氣壓力和壓力比是影響系統(tǒng)壓縮機性能和安全性的重要因素，也是間接表征系統(tǒng)性能的重要參數(shù)。國內(nèi)外的研究工作主要是影響系統(tǒng)性能的因素、提高系統(tǒng)性能的措施等。

熱泵熱水器系統(tǒng)性能的影響因素很多，首先是出水溫度，出水溫度控制熱泵熱水器的冷凝溫度，使熱泵系統(tǒng)的工況處于動態(tài)變化過程。熱泵熱水器的COP值隨出水溫度升高呈下降趨勢，出水溫度也是壓縮機排氣溫度和排氣壓力的主要影響因素。其次是環(huán)境溫度，特別是環(huán)境溫度較低時系統(tǒng)性能受到影響很大，環(huán)境溫度降低時，熱泵熱水器的COP隨之降低，系統(tǒng)的排氣溫度增高高，壓力比變大。另一方面，在一定的換熱面積下，環(huán)境溫度降低時傳熱溫差降低，有利于改善熱泵熱水器系統(tǒng)的低溫運行性能。對變頻熱泵熱水器而言，除了這些因素外，壓縮機頻率、電子膨脹閥開度、出水流量等對其系統(tǒng)性能有很大影響。

雖然熱泵熱水器可以在環(huán)境溫度-7~45℃之間工作，且熱泵熱水器全年的平均性能系數(shù)較高，但在低溫工況下，系統(tǒng)性能急速下降，因此，研究提高熱泵熱水器系統(tǒng)低溫運行性能也是一個熱門課題。有學(xué)者運用各種方法來提高系統(tǒng)低溫運行時的性能，如研究閃蒸器、經(jīng)濟器和噴氣增焓渦旋壓縮機在熱泵熱水器系統(tǒng)的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)能夠改善系統(tǒng)低溫運行性能，但存在噴氣口回流現(xiàn)象和除霜時可能回液等問題。還有人采取吸氣噴液的方法，來降低排氣溫度，而系統(tǒng)的性能有所降低。為了提高熱泵熱水器系統(tǒng)低溫運行性能，兩級壓縮技術(shù)的應(yīng)用也能獲得很好的效果，武文彬等通過實驗研究兩級壓縮空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)，結(jié)果表明該系統(tǒng)COP在-20℃時能夠保持在1.5左右。可見，目前雖有些方法用于提高熱泵熱水器在低溫工況的性能，但效果不明顯，還有待進一步研究。

2 熱泵熱水器復(fù)合系統(tǒng)方面的研究

目前，熱泵熱水器復(fù)合系統(tǒng)主要有熱泵熱水器與空調(diào)復(fù)合系統(tǒng)、熱泵熱水器與太陽能復(fù)合系統(tǒng)、熱泵熱水器空調(diào)太陽能復(fù)合系統(tǒng)、采用各種熱能梯級利用技術(shù)的熱泵熱水器系統(tǒng)等。

2.1 空調(diào)復(fù)合系統(tǒng)熱泵熱水器

熱泵熱水器與空調(diào)復(fù)合系統(tǒng)是能夠供熱水、制冷的空調(diào)系統(tǒng)，同時利用空調(diào)的冷凝熱來制取熱水。從節(jié)能的角度分析，這種系統(tǒng)具有非常優(yōu)越的節(jié)能特點，與常規(guī)空調(diào)相比，其綜合能源利用系數(shù)最大能夠提高85%，有學(xué)者設(shè)計出的熱泵熱水器與空調(diào)復(fù)合系統(tǒng)，其COP可達(dá)到6.0。類似的復(fù)合系統(tǒng)在香港地區(qū)進行應(yīng)用，使得當(dāng)?shù)氐哪茉聪牧拷档土?0%左右。可見此類系統(tǒng)有很大的發(fā)展空間。目前，空調(diào)器部件基本已經(jīng)定型，只要對尺寸、管路等略作改動，合理設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進行優(yōu)化和匹配系統(tǒng)供暖、制冷、制熱水的性能，就能保證此類產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化。

2.2 太陽能復(fù)合系統(tǒng)熱泵熱水器

太陽能作為一種清潔的可再生能源，成為目前世界各國積極開發(fā)研究的對象。太陽能熱水器可以直接制取70~80℃的熱水，在我國某些地區(qū)如長江以南的省份，已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用。將熱泵系統(tǒng)與太陽能熱水器系統(tǒng)結(jié)合起來，能夠有效的提高熱泵熱水器的性能。目前，熱泵熱水器與太陽能復(fù)合系統(tǒng)主要有直膨式和非直膨式，非直膨式包括串聯(lián)式、并聯(lián)式、混合式，此類復(fù)合系統(tǒng)的耗電量為電輔助加熱太陽能熱水器的54%，節(jié)能50%左右，運行費用也是各種熱水器中最低的。這種復(fù)合系統(tǒng)具有多樣化的產(chǎn)品類型，應(yīng)用范圍大，比如家庭用復(fù)合系統(tǒng)，太陽能熱水器部分采取陽臺壁掛式，具有安裝方便等特點。在熱泵熱水器系統(tǒng)中嵌入太陽能熱水系統(tǒng)，能夠提高整個系統(tǒng)的性能。酒店、賓館、游泳池等熱水用量較大的場所，采用太陽能與熱泵復(fù)合系統(tǒng)，經(jīng)過合理的設(shè)計，可以達(dá)到很好的節(jié)能效果。

2.3 空調(diào)、太陽能復(fù)合系統(tǒng)熱泵熱水器

熱泵熱水器空調(diào)太陽能復(fù)合系統(tǒng)是一種集合空調(diào)器、太陽能、熱泵熱水器的復(fù)合系統(tǒng)，這種復(fù)合系統(tǒng)擁有多種工作模式，目前國內(nèi)已經(jīng)有了此類系統(tǒng)的專利，其試驗結(jié)果表明此系統(tǒng)的制熱年均性能系數(shù)可以比熱泵熱水器與空調(diào)復(fù)合系統(tǒng)提高25%以上。

2.4 熱能梯級利用技術(shù)復(fù)合系統(tǒng)熱泵熱水器

采用各種熱能梯級利用技術(shù)的熱泵熱水器復(fù)合系統(tǒng)，主要有空調(diào)冷凝熱回收、浴室洗浴廢棄熱水熱量回收等熱回收技術(shù)和蓄熱技術(shù)等技術(shù)手段。熱泵熱水器和空調(diào)復(fù)合系統(tǒng)一般都是采用空調(diào)冷凝熱回收技術(shù)。對廢棄熱水熱量的回收也是很有效的一種熱回收技術(shù)，如通過合理的管路設(shè)計，能夠用來回收浴室淋浴的廢熱水的熱量，提高熱泵熱水器的能效，達(dá)到更加節(jié)能的效果。L.T. Wong等在整樓中設(shè)計和應(yīng)用此類回收淋浴廢棄熱水的熱泵熱水器系統(tǒng)，能夠從淋浴水中回收4%~15%的熱量，可見將此類系統(tǒng)推廣到大型澡堂等用熱水量大的場所，能大幅度的提高節(jié)能效果。

恰當(dāng)?shù)睦眯顭峒夹g(shù)和電力谷峰差，也能夠很好的提高熱泵熱水器系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟性，李建新等利用相變材料和谷電來蓄熱，進而制取熱水，具有顯著的節(jié)能效果。還有人提出將熱泵熱水器和電熱水器結(jié)合起來，既能提供飲用熱水，又能提供洗浴熱水。

3 結(jié)語

上述各種技術(shù)的應(yīng)用，為各種熱泵熱水器產(chǎn)品的多樣化提供了技術(shù)基礎(chǔ)，為推廣和擴大熱泵熱水器的應(yīng)用提供了很大的幫助。

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