基于熱泵熱水器的多功能裝置的工作原理及其實現方案

摘 要：基于熱泵熱水器的多功能裝置既能保持熱泵熱水器的優點，又能實現人類生活所需的其他功能。文章對該裝置的工作原理及其實現方案進行了分析。

關鍵詞：熱泵熱水器 多功能裝置 工作原理 實現方案

中圖分類號：TB6 文獻標識碼：A

一、引言

本文所指的熱泵熱水器，是一種家用的小型熱水裝置，以電能作為高位能進行驅動，以環境空氣作為低位熱能，制造高位熱能(高溫熱水)，供用戶使用。近年來，隨著工業化的進程加快，能源緊缺、環境污染等問題越來越嚴重，熱泵熱水器由于具有節能、環保、高效、安全可靠等優點，越來越受到消費者的歡迎。

傳統的熱泵熱水器只能向用戶提供熱水，作用單一。隨著科技的進步和技術的創新，熱泵熱水器產品層出不窮，并以多熱源、多功能為主導，比如太陽能水環熱泵空調系統、土壤源水環熱泵空調系統等。對于普通家庭來說，要考慮夏天制冷、冬天供熱(包括供熱空氣和熱水)、空氣濕度大時能迅速除濕等實用功能。但傳統生活電器的功能往往比較單一，人們要通過空調機實現空氣調節功能，通過除濕機實現除濕功能。筆者嘗試在熱泵熱水器的基礎上，增加部分設備，將其改裝成多功能裝置，能實現供熱水、制冷、供熱、除濕、同時供熱水和制冷、同時供熱水和除濕共六種功能。

二、基于熱泵熱水器的多功能裝置的工作原理

1 熱泵熱水器工作原理

圖1為傳統熱泵熱水器的工作原理圖，它由壓縮機、冷凝盤管、節流閥、換熱器、蓄熱水箱、給水泵、補水閥、混水閥、出水閥等部分組成。在該系統中，壓縮機由電能進行驅動；工質在系統中流動，進行熱量交換，對水箱的水進行加熱；供水設備根據需要向用戶供應熱水，其工作原理為：從壓縮機出來的高溫工質，經過冷凝盤管將蓄熱水箱中的水加熱，從貯液器出來后經過節流閥節流降溫，進入換熱器吸收空氣中的熱量，再經過汽液分離器進入壓縮機，如此往復循環；而給水泵、補水閥、混水閥和出水閥根據熱水用戶的需求，對系統的給水、補水和出水進行控制。

2 基于熱泵熱水器的多功能裝置的工作原理

如圖2所示，基于熱泵熱水器的多功能裝置將熱水、空調、除濕等系統優化集成。該裝置只是在熱泵熱水器的基本上增加一個四通閥、一個室內蒸發器、一個室內冷凝器、一個風機和14個電磁閥，即可實現供熱水、制冷、供熱、除濕、同時供熱水和制冷、同時供熱水和除濕共六種功能，比傳統的熱泵熱水器增加五種功能。在該集成裝置中，壓縮機、四通閥、貯液器、節流閥、汽液分離器為共用設備。

三、多功能裝置的實現方案

基于熱泵熱水器的多功能裝置，保持了熱泵熱水器節能、環保、高效、安全可靠等優點，又可實現人們生活中最常用的供熱水、制冷、供熱、除濕、同時供熱水和制冷、同時供熱水和除濕共六種功能，功能的實現方案以下：

第一，供熱水。該功能的實現與熱泵熱水器的工作原理一樣，只是由于裝置功能轉換的需要，而在壓縮機出口增加了一個四通閥。從壓縮機出來的高溫工質，經過冷凝盤管29將蓄熱水箱30中的水加熱，從貯液器26出來后經過節流閥25，進入換熱器5吸收空氣中的熱量，再經過汽液分離器31進入壓縮機，如此往復循環地對水箱的水進行加熱。該種模式的實現，要求打開電磁閥4、12、13、18、21、27，關閉其它電磁閥，打開風機6，關閉風機17。在該模式中，工質按順序先后經過設備l、2、4、29、27、26、25、12、5、13、18、21、2、31、1，從而完成一個循環，

第二，制冷。該功能是通過空調制冷原理實現，以達到夏季供冷的目的。打開電磁閥3、13、14、22、24，關閉其它電磁閥，風機6、17均打開，即可向室內供冷。在該模式中，室外換熱器5作為冷凝器，室內蒸發器23作為制冷循環的蒸發器；室外空氣在風機6的作用下，將從壓縮機出來的高溫工質進行冷卻，低溫工質通過室內蒸發器23吸收室內空氣的熱量，從而降低室溫達到制冷的目的。在該模式中，工質按順序先后經過設備1、2、3、5、13、14、26、25、、24、23、22、2、31、1，如此往復循環，對室內空氣進行制冷。

第三，供熱。該功能是將室內的空氣加熱，達到冬季供暖的目的。在該模式中，室內冷凝器19作為供熱循環的冷凝器，室外換熱器5作為供熱循環的蒸發器；室內空氣在風機17的作用下，吸收從壓縮機出來的高溫工質的熱量，從而達到增加室溫的目的；低溫工質通過蒸發器5吸收室外空氣的熱量后進入壓縮機。打開電磁閥3、13、15、16、20、21。關閉其它電磁閥，風機6、17均打開，即可實現向室內供暖的功能。該模式要求工質按順序先后經過設備1、2、21、20、19、16、26、25、15、13、5、3、2、31、1，如此往復循環實現供暖。

第四，除濕。該功能是利用制冷循環提供的冷量對室內空氣進行除濕，并通過冷凝器將除濕降溫后的空氣加熱到原來的溫度，使室溫在濕度下降的情況下保持了相對恒定。在該模式中，打開電磁閥3、13、16、18、20、22、24，風機6、17均打開；室外換熱器5作為制冷循環的一級冷凝器，室內冷凝器19作為二級冷凝器，室內蒸發器23作為制冷循環的蒸發器；室內空氣在風機17的作用下，通過室內蒸發器23被低溫工質冷卻除濕，然后通過二級冷凝器吸熱升溫，從而達到除濕不降溫的目的。該模式要求工質按順序先后經過設備1、2、3、5、13、18、20、19、16、26、25、24、23、22、2、31、l，如此往復循環對室內空氣進行恒溫除濕處理。

第五，同時供熱水和供冷。該功能使室內空氣降溫，并同時向用戶提供熱水。在該模式中，打開電磁閥4、22、24、27，關閉其它電磁閥，關閉風機6，打開風機17；冷凝盤管29作為制冷循環的冷凝器，室內蒸發器23作為該循環的蒸發器，室外換熱器5停止使用。從壓縮機出來的高溫工質，經過冷凝盤管29將蓄熱水箱30中的水加熱，從貯液器26出來后經過節流閥25，進入室內蒸發器23吸收室內空氣的熱量使室溫下降，實現制冷。工質按順序先后經過設備1、2、4、29、27、26、25、24、23、22、2、31、1，如此往復循環，實現同時供應熱水和向室內供冷的功能。

第六，同時供熱水和除濕。該功能是將室內的空氣恒溫除濕，并同時向用戶供應熱水。在該模式中，打開電磁閥4、16、18、20、22、24、28，關閉其它電磁閥，關閉風機6，打開風機17；冷凝盤管29作為該循環的一級冷凝器，室內冷凝器19作為二級冷凝器，室內蒸發器23作為該循環的蒸發器，室外換熱器5停止使用。從壓縮機出來的高溫工質，經過冷凝盤管29將蓄熱水箱30中的水加熱，從貯液器26出來后經過節流閥25，再通過室內冷凝器19進入室內蒸發器23。室內空氣在風機17的作用下，通過室內蒸發器23被低溫工質冷卻除濕，然后通過二級冷凝器19吸收熱量升溫，從而達到除濕不降溫的目的。工質按順序先后經過設備1、2、4、29、28、18、20、19、16、26、25、24、23、22、2、31、1，如此往復循環，實現同時供熱水和對室內的空氣進行恒溫除濕的功能。

四、結束語

隨著生活水平的提高，人們越來越重視生活的質量。生活質量受生活環境的直接影響，并與空氣溫度、濕度等因素息息相關。一方面，室內空氣濕度過大易滋生細菌，誘發疾病，威脅人類健康；尤其是洗浴后的浴室，其空氣相對濕度增加明顯，影響生活用品的儲存，并存在電器漏電等安全隱患；另一方面，對室內空氣進行調節，實現夏季制冷、冬季供熱和提供熱水，是人們追求舒適生活的需要。基于熱泵熱水器的多功能裝置，是在熱泵熱器的基礎上，增加少量設備成本，既能保持熱泵熱水器的優點，又能實現人類生活所需的其它功能。該系統優化集成，節省材料，操作方便，功能完善，設計靈活，預計市場前景良好。

(文字編輯、責任校對：龐龍斌)