空氣源熱泵熱水器的換熱優化設計探討

趙鵬飛 黃劍峰

（廣東長菱空調冷氣機制造有限公司，廣東 佛山 528000）

空氣源熱泵熱水器的換熱優化設計探討

趙鵬飛 黃劍峰

（廣東長菱空調冷氣機制造有限公司，廣東 佛山 528000）

本文簡單介紹了空氣源熱泵熱水器的技術特點、工作原理，并介紹不同熱模式對空氣源熱水器能效的影響，提出目前空氣源熱泵熱水器換熱方案。并且重點強調空氣源熱泵熱水器的季節能效。

熱泵熱水器；性能影響；季節因素

1 空氣源熱泵熱水器開發的重要性

1.1 空氣源熱泵熱水器的技術及其特點

空氣源熱泵熱水器的工作原理是比較特別的，由于其內置了一種吸熱介質，它的最低液化溫度能夠達到-20℃，這樣很顯然會和外界存在一定的溫差。冷媒必然吸收外界的熱量。在蒸發器中逐漸蒸發汽化。通過熱水器中壓縮機的工作，冷媒的狀態在從汽化到液化，這樣會釋放出熱量，達到使水箱的水溫升高。

1.2 熱泵熱水器相對于其他熱水器的優越性

我們從不同角度分析不同熱水器的性能，可以發現熱泵熱水器具有很多優點。空氣源熱泵熱水器比較節能，雖然前期投入多一點，不過使用壽命非常的長。首先它工作的原理即是將水中或者空氣中的廢熱利用起來給需要熱量的環境供熱，這比單純地用天然氣加熱或者電加熱更加節能。除此以外，它完全實現了水電分離，并且沒有像燃氣熱水器那樣有爆炸的隱患。所以使用起來安全可靠。并且，它可以隨意安裝在家里任何地方，安裝也很方便。

2 空氣源熱泵熱水器的換熱優化設計方案

2.1 不同的熱模式對能效的影響

空氣源熱泵熱水器產品標示的性能系數，是指在工作狀況時的性能系數。通過研究發現環境溫度對空氣源熱泵熱水器的性能系數影響非常的明顯。當環境溫度在30℃左右的時候，系統地各方面運行系數都非常的好。然而，同樣的空氣源熱泵熱水器在不同的使用環境和時間的時候，它的運行性能系數是不一樣的。所以，我們不能采取單一控制模式。這樣會由于環境的變化，空氣源熱泵熱水器整體的運行性能系數不高。并不能夠充分發揮空氣源熱泵熱水器的節能效應。廠家在設置空氣源熱泵熱水器控制系統時，可根據用戶需求不同、典型的季節變化特點及每天的溫度變化規律設計午間模式、冬季節能模式、等多模式流程控制系統。讓用戶有多種選擇的可能性。

第一種模式午間模式適用于秋冬過渡季節，或者早晚過渡季節。午間模式在冬季及過渡季節，這樣的季節溫差比較大，一天中溫度最高的時候一般出現在午間，這時候的運行性能系數一般情況下比夜里高0.5以上，客戶可以將模式控制在系統午間模式，這個時間段加熱熱泵熱水器，其他的時間段保持保溫措施。這樣有利于提高系統運行性能系數。

當熱泵熱水器運行冬季節能模式的時候，我們設置空氣風溫度為16℃的時候，我們可以發現水箱水箱輸出熱水溫度為55℃時的單位制熱量消耗的電力比為水箱輸出熱水溫度為45℃時的1.3倍還多。因此空氣源熱泵熱水器熱水出口溫度低些有利于提高系統運行效率。尤其是在冬季運行時，客戶可以將水箱的溫度設定較小值時，這樣保溫時候散熱損失小，系統運行節能效果顯著。故設計控制方案時，可單獨設置一種冬季節能運行模式，即設定低的水箱溫度（45℃-48℃）并在午間時段加熱，供不需長時間連續使用熱水的家庭選擇，可最大程度提高系統運行性能。

圖1 熱泵熱水器的運行性能

3 空氣源熱泵熱水器的季節能效

3.1 空氣源熱泵熱水器不同水箱溫度的能效影響

我們通過常識也可以發現水箱的溫度不一樣，熱水器的能效肯定也是不一樣的。我們可以通過設定水箱的溫度對系統運行性能COP的影響，通過實驗，我們發現系統COP值與水箱設定溫度成相反的發展趨勢，水箱溫度的值升高，COP值會相應的下降。當溫度達到最高點60℃的時候，不同環境溫度下工作的COP值都相應的降到最低。不過，環境溫度比較高的時候，COP值下降地比較慢，變化的幅度大約在0.2-0.4左右;當環境溫度較低時，COP值下降地就會比較快了。變化的幅度可以達到0.7-1.5之間了。

3.2 空氣源熱泵熱水器的年度季節能效影響

在不同的季節，空氣源熱泵熱水器的能效影響是不一樣的。我們可以通過實驗測試在不同的溫度下，空氣源熱泵熱水器的運行性能特征，下圖就是某研究機構對熱泵的熱水器的運行性能做的實驗測試情況。

通過實驗，我們可以發現，系統COP隨環境溫度的變化具有一定的規律。我們可以將其分為低溫、中溫和高溫三個區域。在低溫時，COP變化比較小，不過，COP本身很低，工作效果比較差。在中溫的時候，COP明顯上升，它的最大值也出現在該區域。是熱水器的最佳工作溫度。而到了高溫區域又出現了下降的趨勢。不過，在考慮現實環境中，我們可以發現，夏天的時候進水溫度會很高，而冬天進水的溫度更低，溫度低的情況下，運行費用會變得高一點。以合肥地區為例，我們可以發現，冬天 在4℃和夏天 30℃時的時間最長，如果優化熱泵，就得考慮他的平均效率。尤其是在某個大型樓盤裝配熱泵時，工程的負責人必須在投標時要求提供年平均COP值效率。這樣就會促使企業相應的因地制宜，專門為該地區設定專用型的熱泵熱水器。

[1]蘇生.空氣源熱泵熱水器的優化設計選擇[J].流體機械，2010（10）：79-81.

[2]李明霞.熱泵熱水器系統的方案比較與分析[J].工程設計，2011（29）：40-45.

TQ05

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10.13612/j.cnki.cntp.2014.07.076