節(jié)能型太陽能空氣源熱泵多功能機(jī)研究

王天舒

摘要：隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，節(jié)能和環(huán)保問題使得人們越來越重視清潔能源的利用，太陽能有其獨(dú)特的優(yōu)越性但是受限于太陽因素。而熱泵技術(shù)作為節(jié)能型制冷供熱熱水技術(shù)與太陽能結(jié)合具有良好的性能。本文主要介紹了節(jié)能型太陽能空氣源熱泵多功能機(jī)的工作原理、應(yīng)用領(lǐng)域。

Abstract： With the progress of science and technology and development of economy， people pay more and more attention to the utilization of clean energy due to the problems of energy saving and environmental protection. Heat pump technology， as an energy saving refrigeration and heating hot water technology combined with solar energy， has good performance. This paper introduces the working principle and application field of energy-saving solar air-source heat pump multifunctional machine.

關(guān)鍵詞：太陽能空氣源熱泵;多功能機(jī);節(jié)能

Key words： solar air-source heat pump;multifunctional machine;energy-saving

中圖分類號：TK511 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）07-0131-03

1 研究開發(fā)目的和意義

當(dāng)前空氣源熱泵熱水機(jī)作為一種節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，在各類熱源的熱水加熱產(chǎn)品中具有運(yùn)行費(fèi)用較低的優(yōu)勢，僅次于太陽能熱水器，太陽能熱水器受到太陽因素的限制，無法保證長期不間斷的供熱水，但太陽能的優(yōu)越性人們還是普遍認(rèn)可的。因而如果能把太陽能與空氣能結(jié)合起來加熱水，制熱水時的運(yùn)行成本將比常規(guī)空氣源熱泵熱水機(jī)更低，更節(jié)能。

針對上述設(shè)想并了解了國內(nèi)國外太陽能產(chǎn)品應(yīng)用情況，結(jié)合公司現(xiàn)有的空氣源熱泵熱水機(jī)及空調(diào)熱泵熱水多用機(jī)技術(shù)，本人研究設(shè)計(jì)了節(jié)能型太陽能空氣源熱泵多功能機(jī)，這些功能包括單獨(dú)制冷、單獨(dú)制熱水、單獨(dú)采暖、既制熱水又制冷、既制熱水又采暖等。

針對不同功能不同結(jié)構(gòu)的要求，可作針對性設(shè)計(jì)，如整體式冷熱水型太陽能空氣源熱泵空調(diào)熱水多功能機(jī)、整體式冷水型太陽能空氣源熱泵空調(diào)熱水多功能機(jī)、分體式冷熱風(fēng)型太陽能空氣源熱泵空調(diào)熱水多功能機(jī)、分體式冷（熱）風(fēng)型太陽能空氣源熱泵空調(diào)熱水多功能機(jī)、節(jié)能型太陽能空氣源熱泵熱水機(jī)，下面將對這些機(jī)組作詳細(xì)介紹。

2 不同功能不同結(jié)構(gòu)的節(jié)能型太陽能空氣源熱泵介紹

2.1 節(jié)能型太陽能空氣源熱泵熱水機(jī)

這種類型機(jī)組功能簡單，只具有制熱水功能。其與典型的空氣源熱泵熱水機(jī)相比，節(jié)能型太陽能空氣源熱泵熱水機(jī)是在典型的空氣源熱泵熱水機(jī)基礎(chǔ)上增加太陽能集熱板（板內(nèi)布置銅管）。

機(jī)組運(yùn)行時，若陽光充足或比較充足，根據(jù)系統(tǒng)探測溫度（主要有環(huán)境溫度、壓縮機(jī)吸氣溫度、集熱板表面溫度等）情況控制翅片蒸發(fā)器和太陽能集熱板的工作與否，當(dāng)集熱板所收集的熱量滿足系統(tǒng)要求時，翅片蒸發(fā)器一側(cè)的電磁閥1關(guān)閉，此時集熱板作熱泵的蒸發(fā)器使用，使得太陽能的集熱過程與制冷劑的蒸發(fā)過程在一個系統(tǒng)中同時發(fā)生，使集熱板從太陽中吸收的熱量被制冷劑吸收，通過壓縮循環(huán)做功再把熱量用于加熱水（機(jī)組的能效比COP值一般可達(dá)到3.0以上）。

若運(yùn)行之后，尤其是在冬季運(yùn)行時，集熱板表面溫度低于控制值，翅片蒸發(fā)器一側(cè)的電磁閥1開啟，系統(tǒng)從空氣中補(bǔ)充吸收熱量。

若陽光不充足或沒有陽光時，系統(tǒng)關(guān)閉集熱板側(cè)電磁閥2，機(jī)組作為典型的空氣源熱泵熱水機(jī)正常使用。見圖1。

為了既能夠保證機(jī)組在夏季正常運(yùn)行，同時在冬季能夠收集到更多的太陽能，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)適當(dāng)將集熱板的面積設(shè)計(jì)的大一些，但系統(tǒng)需要稍作特殊設(shè)計(jì)。使集熱板面積可控制，具體方案見圖2。

設(shè)計(jì)時，使設(shè)計(jì)工況點(diǎn)在有正常陽光運(yùn)行時基本不需要使用翅片蒸發(fā)器和風(fēng)機(jī)，而夏季運(yùn)行時，可切斷太陽能集熱板一半使用面積，即關(guān)閉電磁閥3來保證熱泵系統(tǒng)正常工作。冬季電磁閥2和3均開啟。各個季節(jié)如果沒有陽光可利用，就關(guān)閉電磁閥2和3而開啟電磁閥1，使翅片蒸發(fā)器和風(fēng)機(jī)工作，從而使整個機(jī)組更節(jié)能。

2.2 整體式冷熱水型太陽能空氣源熱泵空調(diào)熱水多功能機(jī)

這種類型機(jī)組具有單獨(dú)制冷（提供冷凍水）、單獨(dú)制熱水、單獨(dú)采暖、既制熱水又制冷（提供冷凍水）、既制熱水又采暖多種功能。機(jī)組夏季需要單獨(dú)制冷時，太陽能集熱板側(cè)電磁閥關(guān)閉，制熱水或采暖有陽光可利用時，太陽能集熱板電磁閥優(yōu)先開啟。具體功能如下：

①制冷制熱水循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-水冷冷凝器-電磁閥6-干燥過濾器-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-制冷采暖水換熱器-電磁閥5-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

②單獨(dú)制熱水循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-水冷冷凝器-電磁閥6-干燥過濾器-膨脹閥2-電磁閥7（優(yōu)先選擇）/電磁閥2-太陽能集熱板/翅片換熱器-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);endprint

③單獨(dú)制冷循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-翅片換熱器-單向閥1-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-制冷采暖水換熱器-單向閥3-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

④冬季除霜循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-翅片換熱器-單向閥1-干燥過濾器-毛細(xì)管-電磁閥3-水冷冷凝器-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

⑤冬季采暖循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-電磁閥4-單向閥4-制冷采暖水換熱器-單向閥2-電磁閥1-貯液灌-膨脹閥2-電磁閥7（優(yōu)先選擇）/電磁閥2-太陽能集熱板/翅片換熱器-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

⑥既制熱水又采暖：使用節(jié)能的熱泵系統(tǒng)采暖循環(huán)，在熱水箱內(nèi)使用電加熱管加熱水。

對不需要采暖要求的這種機(jī)組，可以作如下簡化設(shè)計(jì)為整體式冷水型太陽能空氣源熱泵空調(diào)熱水多功能機(jī)，可使機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制簡便。各功能如下：

①制冷制熱水循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-水冷冷凝器-單向閥1-干燥過濾器-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-蒸發(fā)器-單向閥2-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

②單獨(dú)制熱水循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-水冷冷凝器-單向閥1-干燥過濾器-膨脹閥2-電磁閥4（優(yōu)先選擇）/電磁閥2-太陽能集熱板/翅片換熱器-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

③單獨(dú)制冷循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-翅片換熱器-單向閥4-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-蒸發(fā)器-單向閥3-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

④冬季除霜循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-翅片換熱器-單向閥4-干燥過濾器-毛細(xì)管-電磁閥3-水冷冷凝器-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī)。

2.3 分體式冷熱風(fēng)型太陽能空氣源熱泵空調(diào)熱水多功能機(jī)

這種類型機(jī)組具有單獨(dú)制冷、單獨(dú)制熱水、單獨(dú)采暖、既制熱水又制冷、既制熱水又采暖多種功能。機(jī)組夏季需要單獨(dú)制冷時，太陽能集熱板側(cè)電磁閥關(guān)閉，制熱水或采暖有陽光可利用時，太陽能集熱板電磁閥優(yōu)先開啟。這種類型機(jī)組在技術(shù)成熟使用后，還可以發(fā)展成為多聯(lián)式機(jī)組，室內(nèi)機(jī)還可以設(shè)計(jì)成帶凈化、帶電加熱采暖、帶加濕器等多重功能的機(jī)組。為了某些用戶特殊需要，如有些用戶的房間有凈化要求、有些用戶的房間有恒溫恒濕控制要求，我們可根據(jù)這些特殊要求設(shè)計(jì)特殊功能的產(chǎn)品，對有凈化要求的產(chǎn)品提供凈化過濾器和殺菌器，對有恒溫恒濕控制要求的用戶提供恒溫恒濕控制器和加濕器。具體功能如下：

①制冷制熱水循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-水冷冷凝器-電磁閥6-干燥過濾器-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-室內(nèi)換熱器-電磁閥5-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

②單獨(dú)制熱水循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-水冷冷凝器-電磁閥6-干燥過濾器-膨脹閥2-電磁閥7（優(yōu)先選擇）/電磁閥2-太陽能集熱板/翅片換熱器-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

③單獨(dú)制冷循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-翅片換熱器-單向閥1-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-室內(nèi)換熱器-電磁閥4-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

④冬季除霜循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-翅片換熱器-單向閥1-干燥過濾器-毛細(xì)管-電磁閥3-水冷冷凝器-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

⑤冬季單獨(dú)采暖循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-電磁閥4-室內(nèi)換熱器-單向閥2-電磁閥1-貯液灌-膨脹閥2-電磁閥7（優(yōu)先選擇）/電磁閥2-太陽能集熱板/翅片換熱器-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

⑥既制熱水又采暖：（室外機(jī)）壓縮機(jī)-四通閥-水冷冷凝器-電磁閥6-干燥過濾器-膨脹閥2-電磁閥7（優(yōu)先選擇）/電磁閥2-太陽能集熱板/翅片換熱器-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);（室內(nèi)機(jī)）啟動電加熱采暖，如果有加濕器，則加濕器也啟動。

針對冬季不需要采暖或只用電加熱采暖的用戶，可以作如下簡化設(shè)計(jì)為分體式冷（熱：為電加熱）風(fēng)型太陽能空氣源熱泵空調(diào)熱水多功能機(jī)，可使機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制簡便。各功能如下：

①制冷制熱水循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-水冷冷凝器-單向閥1-干燥過濾器-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-翅片蒸發(fā)器-單向閥2-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

②單獨(dú)制熱水循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-水冷冷凝器-單向閥1-干燥過濾器-膨脹閥2-電磁閥4（優(yōu)先選擇）/電磁閥2-太陽能集熱板/翅片換熱器-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

③單獨(dú)制冷循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-翅片換熱器-單向閥4-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-翅片蒸發(fā)器-單向閥3-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

④冬季除霜循環(huán)：壓縮機(jī)-四通閥-翅片換熱器-單向閥4-干燥過濾器-毛細(xì)管-電磁閥3-水冷冷凝器-四通閥-氣液分離器-壓縮機(jī);

⑤單獨(dú)采暖：只有室內(nèi)機(jī)工作，室外機(jī)停止運(yùn)行;此時啟動電加熱，如果有加濕器，則加濕器也啟動。（非熱風(fēng)型機(jī)組不具有這種功能）

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