相變儲熱熱泵熱水器關鍵技術分析

黃劍峰 趙鵬飛

（廣東長菱空調冷氣機制造有限公司，廣東 佛山 528000）

概述

熱水器已經逐漸成為現代人民生活和社會生產中必不可少的設施之一，熱水供應也是生活、生產的能源消耗中的重要組成部分。現代市場上的熱水器主要可以分為三類，分別為太陽能熱水器、燃氣熱水器以及電熱水器。但是上述熱水器都或多或少的存在一些問題和缺陷：例如，太陽能熱水器收到天氣氣候的限制，使用的局限性較大；燃氣熱水器存在較大的安全隱患，容易引發煤氣中毒；電熱水器的能耗較大，其供熱系數低于1。由此可見，相變儲熱熱泵熱泵熱水器具有極大的優點——環保節能、運行成本較低、適用范圍廣泛，因此成為現代熱水器技術發展的新方向。

1 相變儲熱熱泵熱水器工作原理

1.1 相變儲熱熱泵熱水器簡介

卡諾在1824年奠定了“熱泵”的理論基礎， 1912年瑞士批準了世界上第一個有關“熱泵”的商業專利。相比之下，我國的“熱泵”技術的開發和研究較晚，直到1965年，我國才研制開發了第一臺熱泵空調機。發展到現在，我國已經有超過100多家制造廠在生產熱泵熱水器。

1.2 相變儲熱熱泵熱水器工作原理

“熱泵”顧名思義，其原理如同水泵一樣，就是指通過能源消耗使熱量從低位熱能源頭向高位熱能源頭流動的一種裝置。在工作時，相變儲熱熱泵熱水器主要通過交替實現儲熱和放熱兩個工作階段，先利用壓縮機將熱量以潛熱的主要形式儲存于相變材料中；需要用熱水時，利用相變材料放出潛熱增加進水溫度；而在暫時不需用熱水供應時，不必停止相變儲熱熱泵熱水器的壓縮機，從而在停機和再次啟動時消耗額外的能源，而是可以通過加熱融化相變材料以儲存量，如此周而復始，進行循環供熱。

2 相變儲熱熱泵熱水器的節能可能性

2.1 能耗損失分析

相變儲熱熱泵熱水器受季節影響，其蒸發溫度不同，設備運行不穩定，在冬季時，其能效比會明顯減小，熱水供應的速度明顯降低。另外，在相變儲熱熱泵熱水器中，相變材料是關鍵，但相變材料在長期使用后會明顯損耗，其傳熱效果大大下降。

2.2 可節能技術點分析

與顯熱儲熱相比，相變儲熱熱泵熱水器系統因儲熱密度高，可以大幅減小儲熱容器的規模。而且，相變儲熱熱泵熱水器的放熱溫度可以相對保持平穩，在放熱過程中可以做到近似恒溫，因此，相變儲熱熱泵熱水器系統具有十分穩定的熱水供應性能。此外，相變儲熱熱泵熱水器系統中的相變材料的儲熱溫度低，與外界的傳熱溫差小，因此，可以起到很好的保溫效果。

3 相變儲熱熱泵熱水器的節能改造

3.1 節能原理

現代技術條件下，相變儲熱熱泵熱水器主要通過高效的相變材料，結合預熱作用等新興技術實現熱水供應的分階段加熱， 減小相變儲熱材料的換熱器設備的規模，并采用逆流換熱，提高系統的能效比。目前，在變相儲熱熱泵熱水器的開發和研究上，主要再用相變儲熱預熱式熱泵熱水器模型來實現熱泵節能效果的最大化。與常規的熱泵熱水器相比，主要在以下兩點上集中體現了相變儲熱預熱式的熱泵熱水器模型的優點：一是進入加熱器的水的溫度在預熱階段會高于室溫， 由此使得制冷劑與水兩者之間的換熱溫差變小；二是在相同儲熱能量下，相變儲熱材料儲能量大，因此，可以大幅減小相變儲熱材料的換熱器設備的規模。

3.2 節能技術改造

為了達到最大節省能源的目的，最有效的技術改造方法是將變相儲熱熱泵熱水器與制冷空調器兩種設備結合到一起。變相儲熱熱泵熱水器和制冷空調器可以共用一些相同的系統部分，如此這般可以更有效的節省能源，并可以有效緩解空調對環境造成的不利影響。在夏季，較多使用空調器的制冷功能時，可以同時利用空調器產生的冷凝熱制造熱水，還可以進一步提高空調器的制冷能效比，減少空調器對周圍環境的熱污染。在春季、秋季和冬季，相對較少使用空調器時，可以利用空調器閑置的熱泵系統幫助變相儲熱熱泵熱水器系統制造熱水。如此這般，可以大幅提高整套結合設備的全年功效率。

隨著熱水器相關技術的發展與進步，可以以二氧化碳作為環保制冷劑，應用于熱泵熱水器及空調器。因為二氧化碳相對其他類似功能的材料而言，對環境的負面影響較小，價格低廉，安全系數高，其物理化學性能比較穩定，流動性和傳熱性能好，單位容積制冷量也很高，因此可以明顯減小壓縮機尺寸，壓縮相變儲熱熱泵熱水器和空調器的結合設備系統的體積和規模，降低設備安裝的成本，節能環保。此外，還可以考慮將相變儲熱熱泵熱水器和其他傳統的熱水器技術相結合。不僅可以使太陽能熱水器不再受天氣影響，同時也可以提高熱泵的能效比。例如，可以將相變儲熱熱泵熱水器的熱泵蒸發器做成太陽能集熱器，將太陽能作為低位熱能。

結語

目前看來，我國熱泵熱水器發展較晚，市場占有率還非常低。基于相變儲熱熱泵熱水器性能良好、成本相對較低、綠色環保等顯著的優勢，其具有非常廣闊的市場前景，尤其是在供應50°左右的熱水方面。因此，我國應進一步加大對相變儲熱熱泵熱水器方面的科學、市場研究，爭取早日實現相變儲熱熱泵熱水器的市場化。

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