空氣源熱泵熱水器的換熱優(yōu)化設(shè)計探討

趙鵬飛 黃劍峰

（廣東長菱空調(diào)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(yōu)化設(shè)計探討

趙鵬飛 黃劍峰

（廣東長菱空調(diào)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(shù)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(diào)空氣源熱泵熱水器的季節(jié)能效。

熱泵熱水器；性能影響；季節(jié)因素

1 空氣源熱泵熱水器開發(fā)的重要性

1.1 空氣源熱泵熱水器的技術(shù)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(nèi)置了一種吸熱介質(zhì)，它的最低液化溫度能夠達(dá)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(fā)器中逐漸蒸發(fā)汽化。通過熱水器中壓縮機的工作，冷媒的狀態(tài)在從汽化到液化，這樣會釋放出熱量，達(dá)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(yōu)越性

我們從不同角度分析不同熱水器的性能，可以發(fā)現(xiàn)熱泵熱水器具有很多優(yōu)點。空氣源熱泵熱水器比較節(jié)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(huán)境供熱，這比單純地用天然氣加熱或者電加熱更加節(jié)能。除此以外，它完全實現(xiàn)了水電分離，并且沒有像燃?xì)鉄崴髂菢佑斜ǖ碾[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(yōu)化設(shè)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(chǎn)品標(biāo)示的性能系數(shù)，是指在工作狀況時的性能系數(shù)。通過研究發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度對空氣源熱泵熱水器的性能系數(shù)影響非常的明顯。當(dāng)環(huán)境溫度在30℃左右的時候，系統(tǒng)地各方面運行系數(shù)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(huán)境和時間的時候，它的運行性能系數(shù)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(huán)境的變化，空氣源熱泵熱水器整體的運行性能系數(shù)不高。并不能夠充分發(fā)揮空氣源熱泵熱水器的節(jié)能效應(yīng)。廠家在設(shè)置空氣源熱泵熱水器控制系統(tǒng)時，可根據(jù)用戶需求不同、典型的季節(jié)變化特點及每天的溫度變化規(guī)律設(shè)計午間模式、冬季節(jié)能模式、等多模式流程控制系統(tǒng)。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(jié)，或者早晚過渡季節(jié)。午間模式在冬季及過渡季節(jié)，這樣的季節(jié)溫差比較大，一天中溫度最高的時候一般出現(xiàn)在午間，這時候的運行性能系數(shù)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(tǒng)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(tǒng)運行性能系數(shù)。

當(dāng)熱泵熱水器運行冬季節(jié)能模式的時候，我們設(shè)置空氣風(fēng)溫度為16℃的時候，我們可以發(fā)現(xiàn)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(tǒng)運行效率。尤其是在冬季運行時，客戶可以將水箱的溫度設(shè)定較小值時，這樣保溫時候散熱損失小，系統(tǒng)運行節(jié)能效果顯著。故設(shè)計控制方案時，可單獨設(shè)置一種冬季節(jié)能運行模式，即設(shè)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(xù)使用熱水的家庭選擇，可最大程度提高系統(tǒng)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(jié)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(fā)現(xiàn)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(shè)定水箱的溫度對系統(tǒng)運行性能COP的影響，通過實驗，我們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)COP值與水箱設(shè)定溫度成相反的發(fā)展趨勢，水箱溫度的值升高，COP值會相應(yīng)的下降。當(dāng)溫度達(dá)到最高點60℃的時候，不同環(huán)境溫度下工作的COP值都相應(yīng)的降到最低。不過，環(huán)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(dāng)環(huán)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(dá)到0.7-1.5之間了。

3.2 空氣源熱泵熱水器的年度季節(jié)能效影響

在不同的季節(jié)，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(gòu)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(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)COP隨環(huán)境溫度的變化具有一定的規(guī)律。我們可以將其分為低溫、中溫和高溫三個區(qū)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(xiàn)在該區(qū)域。是熱水器的最佳工作溫度。而到了高溫區(qū)域又出現(xiàn)了下降的趨勢。不過，在考慮現(xiàn)實環(huán)境中，我們可以發(fā)現(xiàn)，夏天的時候進(jìn)水溫度會很高，而冬天進(jìn)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(qū)為例，我們可以發(fā)現(xiàn)，冬天 在4℃和夏天 30℃時的時間最長，如果優(yōu)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(fù)責(zé)人必須在投標(biāo)時要求提供年平均COP值效率。這樣就會促使企業(yè)相應(yīng)的因地制宜，專門為該地區(qū)設(shè)定專用型的熱泵熱水器。

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

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

TQ05

A

10.13612/j.cnki.cntp.2014.07.076