分析空氣源熱泵熱水器的季節變化實驗及優化策略

□周雄健

（廣東瑞星新能源科技有限公司 廣西 貴港 523000）

分析空氣源熱泵熱水器的季節變化實驗及優化策略

□周雄健

（廣東瑞星新能源科技有限公司 廣西 貴港 523000）

為了研究季節變化對空氣源熱泵熱水器的影響，本文通過實驗的方式來測試空氣源熱泵熱水器在不同季節環境下的性能變化。實驗結果表明，不同季節環境下對空氣源熱泵熱水器性能變化影響最大的關鍵因素為水箱設定溫度與環境溫度。從而提出了空氣源熱泵熱水器的相關優化策略，并對優化策略的實施效果進行了分析。

空氣源熱泵熱水器；季節變化；實驗；優化策略

1 實驗設備與實驗方法

1.1 實驗設備

本次實驗所選用的設備分別為計算機一臺、恒溫室、熱敏電阻三組，控制箱、蓄熱水箱、全封閉旋轉式壓縮機、冷凝盤管、數據采集器及風冷換熱器。恒溫室的設定溫度范圍為-5℃～35℃；控制箱用于對恒溫室的溫度進行控制；蓄熱水箱的結構為承壓式，內膽為不銹鋼板，其容積為120L，在蓄熱水箱的外殼與內膽中設置了保溫材料；全封閉旋轉式壓縮機的額定功率為735W。冷凝盤管布置在蓄熱水箱的底部位置，形狀為螺旋形；數據采集器布置在恒溫室外部，用于采集熱敏電阻傳輸過來的數據；風冷換熱器安裝在恒溫室當中，并由軸風扇與蒸發盤管構成。

1.2 實驗方法

將計算機與數據采集器和控制箱進行連接，由計算機通過控制箱來對恒溫室中的溫度進行調節，使恒溫箱能夠模擬季節變化所形成的溫度。由恒溫室中一組熱敏電阻對室內溫度進行感應，一組熱敏電阻對蒸發盤管的側溫度進行感應，剩余一組熱敏電阻感應蓄熱水箱中的水溫度，恒溫室中的溫度感應點設置在室內中心位置，并用數據采集器對這三組熱敏電阻的溫度數據進行采集和記錄。數據采集器記錄的內容包括恒溫箱中空氣源熱泵熱水器的能量損耗、蓄熱水箱中的水溫度及蒸發盤管的側溫度，整個運行過程全部按照化箱流程進行判別；在進行實驗階段時，將熱泵系統性能系數COP作為對空氣源熱泵熱水器的性能評判指標，并設置蓄熱水箱的初始溫度為15℃。

2 實驗結果分析

2.1 環境溫度的影響

通過在恒溫室中模擬不同季節的變化環境特征，以此對空氣源熱泵熱水器的運行性能進行判斷，并以熱泵系統性能系數COP作為評價指標。通過對溫度變化特征進行分析，可以總結出，在冬季時處于低溫狀態，即低溫環境中的COP性能系數變化規律。在春秋季節時處于中溫狀態，即中溫環境中的COP性能系數變化規律。在夏季時處于高溫狀態，即高溫環境中COP性能系數變化規律。因此，按照溫度狀態，可以區分為低溫區域、中溫區域與高溫區域。通過對熱泵系統性能系數COP在這三個區域中的變化規律進行分析，總結出在低溫區域中，即溫度在-5℃～5℃時，熱泵系統性能系數COP的變化相對較小，變化曲線相對較為平坦，并且COP的數值相對較低，這證明空氣源熱泵熱水器的運行性能較差。在中溫區域中，即溫度在5℃～30℃時，COP數值呈明顯上升趨勢，并且變化值始終超過2.5以上，當環境溫度處于30℃時，COP數值最大，因此可以判斷出空氣源熱泵熱水器在30℃時，系統運行性能最佳。在高溫區域中，即溫度在30℃～35℃時，COP數值呈明顯下降趨勢，并且變化值基本保持在1左右，當恒溫室達到35℃時，空氣源熱泵熱水器的工作效率明顯降低，且比20℃時還要更低，這說明，空氣源熱泵熱水器在高溫區域中循環熱負荷過高，從而造成其性能下降。

2.2 水箱溫度的影響

實驗結果表明，當蓄熱水箱中的溫度開始高于15℃時，COP值呈線性下降趨勢，而當蓄熱水箱中水的溫度達到60℃時，此時COP值降到歷史最低點。當恒溫室中的溫度處于高溫區時，可以看出COP基本變化不大，其變化曲線相對較為平坦，變化幅度僅為0.2～0.4之間。而當恒溫室中的溫度開始下降時，可以看出COP呈明顯下降趨勢，其變化曲線上下波動較大，變化幅度在0.7～1.5之間，當環境達到最低時，COP值在1.42，這也是本次實驗的最低值。

2.3 結果分析

通過對上述實驗結果進行分析，我們可以知道，當外部環境處于冬季時，會對空氣源熱泵熱水器產生明顯影響，而在此種環境下提高水箱的設定溫度，但會非常有可能導致熱水器的系統運行性能下降，并且外部環境溫度越低，對空氣源熱泵熱水器的系統影性能影響就越明顯。而當外部環境處于春秋季節時，對空氣源熱泵熱水器的性能影響較為明顯，外部環境為30℃時，空氣源熱泵熱水器的系統運行性能為最佳狀態。而當外部環境處于夏季時，會使空氣源熱泵熱水器的系統運行性能大幅下降，當夏季溫度達到35℃以上時，空氣源熱泵熱水器會由于循環熱負荷過高，而造成系統運行性能降到最低點。

2.4 空氣源熱泵熱水器的相關優化策略

空氣源熱泵熱水器有四種工作模式，分別為午間模式、谷電模式、谷電加午間模式及正常模式，午間模式只有在中午外部環境溫度較高時使用，而午后至傍晚是全天的溫度峰值，因此在中午以后開啟午間模式能夠使空氣源熱泵熱水器的系統性能明顯提高。谷電加午間模式能夠適用于用戶在早間和晚間大量使用熱水的情況。正常模式能夠對水溫進行加熱，從而提高了用戶的舒適性，用戶可以根據自己的需求來設置正常模式。從對上面幾種工作模式進行介紹，我們可以了解到，在春秋季節時，由于溫度適中，因此采取午間模式能夠明顯提高熱水器的系統運行性能。而在夏季時，由于溫度過高，如果采用午間模式不僅不能提高熱水器的系統性能，還會造成大量能源的浪費，因此選擇谷電模式為最佳。在冬季時，由于溫度較低，為了提高舒適性，并且能夠滿足用戶的熱水需求，應根據實際情況來選擇即時加熱模式。

3 優化效果分析

在采取優化措施以后，我們需要對其經濟性進行比較，通過春秋季優化策略與常規使用方案進行比較，優化后的實際耗能為1 372MJ，而常規使用方案為1 662MJ，優化后的費用為232元，常規使用費用為282元；夏季優化策略與常規使用方案進行比較發現，優化后的實際耗能為660MJ，而常規使用方案為652MJ，運行費用分別為55元和110元；冬季優化策略與常規使用方案進行比較發現，優化后的實際耗能為1 042MJ，而常規使用方案為2 086MJ，運行費用分別為173元和353元。

結束語

通過實驗的方式對空氣源熱泵熱水器在季節變化環境下的系統運行性能進行測試，實驗結果得出，水箱溫度升高會使空氣源熱泵熱水器的系統運行性能受到影響，并且外界環境溫度越低，系統運行性能影響越大。當外界環境達到30℃時，此時空氣源熱泵熱水器的系統運行性能最好。通過對上述實驗結果進行分析，并對優化策略的效果進行比較，總結出通過對空氣源熱泵熱水器的工作模式進行合理調節，能夠顯著提高系統運行性能，并能達到良好的經濟效果，因此應用價值極大。

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1004-7026（2017）16-0082-02

TS914.252

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