低溫太陽能熱水輔助空氣源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能研究

李國華

摘 要：由于寒冷地區(qū)冬季空氣源熱泵因為外界溫度環(huán)境大幅降低而出現(xiàn)的制熱效率變低的現(xiàn)象時常出現(xiàn)，為了解決這一問題，把太陽能熱水系統(tǒng)以及空氣源的熱泵系統(tǒng)進行有機的結合，將原有的系統(tǒng)改變?yōu)榈蜏靥柲軣崴o助空氣源熱泵系統(tǒng)，本文首先介紹了經過改造之后的系統(tǒng)原理，然后對將前后進行對比得知，低溫太陽能熱水輔助空氣源熱泵系統(tǒng)的制熱量是改造前系統(tǒng)的大概2.1倍，能夠有效的實現(xiàn)節(jié)能要求。

關鍵詞：空氣源熱泵；太陽能；制熱效率；節(jié)能

引言

在空氣熱源泵在寒冷地區(qū)冬季使用的過程中，機組運行的環(huán)境相對比較惡劣，隨著外界環(huán)境溫度不斷的降低很容易造成室外盤管結霜現(xiàn)象的出現(xiàn)，這樣造成機組的實際運行效率不斷的降低，嚴重的會影響正常的啟動。為了解決原有空氣源熱泵在寒冷地區(qū)冬季制熱效率較小的現(xiàn)象，需要對其進行改造，在改造方案的制定過程中主要是對于太陽能集熱器的加入，將太陽能熱水為低位提供熱量，有效的提升制冷劑的溫度，這樣就能夠有效的改善外界環(huán)境盤管的結霜現(xiàn)象，進一步的提升機組的制熱效率。

1、理論分析

COP（制熱系數(shù)）作為衡量熱泵機組工作效率高低的主要指標，只跟機組工作的高低溫熱源的實際溫度有著聯(lián)系。根據(jù)下式得知，在高溫熱源的實際溫度沒有變化時，COP只和低溫熱源的實際溫度有關系，而在低溫太陽能輔助空氣源熱泵系統(tǒng)中，對于太陽能的加入能夠有效的提升制冷劑的溫度，進一步的提升熱泵機組的實際制熱效率。

其中，q0：單位質量制冷劑制熱能力

T0：低溫熱源的溫度

T∞：高溫熱源的溫度

W：單位質量制冷劑耗功量

2、實測分析

2.1 改進系統(tǒng)圖

太陽能集熱器流出的水以及制冷劑實際換熱的位置在板式換熱器中進行，主要四通換向閥以及壓縮機，最終達到室內機來實現(xiàn)冷凝放熱工作，冷凝放熱就會進入板式換熱器，這樣一來就形成了制冷劑循環(huán)環(huán)路。在這樣的系統(tǒng)中，熱泵機組的蒸發(fā)器就是板式換熱器，實際實現(xiàn)制冷劑以及熱水來進行換熱，熱水是太陽能而吸收的熱量，這樣一來能夠有效的提升制冷劑的實際蒸發(fā)的溫度。改造后的系統(tǒng)原理見圖1。

2.2 實測結果分析

2.2.1 太陽能集熱分析

衡量改造后的系統(tǒng)的主要參數(shù)就是太陽能集熱器的集熱量。圖2 是太陽能集熱器進出口循環(huán)水的溫度的變化曲線。

改造后的系統(tǒng)的太陽能集熱器的出口循環(huán)水的溫度基本恒定在41攝氏度左右，而進水口的循環(huán)水的溫度相對基本穩(wěn)定在22攝氏度左右，進水口以及出水口的循環(huán)水的溫度相差基本在19攝氏度左右，因此，太陽能集熱器的蓄熱能力是非常穩(wěn)定的，這樣能夠有效的保障制冷劑蒸發(fā)的實際溫度。

2.2.2 空氣源熱泵系統(tǒng)分析

因為寒冷地區(qū)冬季的外界溫度是非常低的，這樣就很容易造成蒸發(fā)溫度也變得非常低，對于熱泵機組的制熱效率產生直接影響，圖3是室內溫度以及空氣源熱本系統(tǒng)在正常運用的過程中冷凝器進出口的制冷劑的實際溫度和時間的變化曲線。

當系統(tǒng)在正常的運行過程中，冷凝器的進出口的制冷劑的溫度是相對比較穩(wěn)定的，其中進口的溫度基本保持在60攝氏度，出口溫度基本保持在35攝氏度，兩者之間的溫度差也就相對比較穩(wěn)定在25攝氏度，這種情況下的室內溫度相對比較低，人們的舒適度相對較低。

2.2.3 太陽能輔助空氣源熱泵系統(tǒng)分析

在改造后的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的蒸發(fā)器就是制冷劑的換熱器，在改造的系統(tǒng)正常運行三個小時之后，蒸發(fā)器的進出口制冷劑的溫度也就比較恒定的，其中進口的溫度保持在24攝氏度左右，出口的溫度基本保持在12攝氏度左右，兩者之間的溫度差為12攝氏度。

在改造系統(tǒng)正常運行三個小時之后，冷凝器進出口的溫度是相對比較恒定的，其中進口的其中室內的溫度大致恒定在23攝氏度，相對于改造之前的溫度提升了3攝氏度左右。

2.2.4 空氣源熱泵系統(tǒng)與低溫太陽能輔助空氣源熱泵系統(tǒng)對比分析

在實際試驗過程中對于冷凝器進出口制冷劑溫度以及耗電量的相關數(shù)據(jù)進行記錄，基本頻率保障在每十分鐘一次。通過相關的計算來得出COP。

改造之前的系統(tǒng)的COP基本在1.6左右，造成之后的系統(tǒng)的COP有了大幅度的提升至3.5左右，大約提升了2.2倍。所以，改造之后的低溫太陽能熱水輔助空氣源系統(tǒng)能夠有效的提升機組的制熱性能。

改造之前的耗電量基本在0.16Kw左右，而低溫太陽能熱水輔助空氣源熱泵系統(tǒng)的耗電量在0.14kw左右 ，實現(xiàn)了更加節(jié)能的效果。

改造之前的制熱量基本在1.6Kw左右，而低溫太陽能熱水輔助空氣源熱泵系統(tǒng)的制熱量在3.3kw左右 ，因此低溫太陽能熱水輔助空氣源熱泵系統(tǒng)能夠達到制熱效率高以及節(jié)點節(jié)能的預期效果。

3、結論

綜上所述，對于原有系統(tǒng)進行改造，在原來的基礎上加入太陽能集熱器，能夠有效的對于太陽能進行利用，使得蒸發(fā)器內的制冷劑的溫度得到有效的改善，最終保障熱泵機組的制熱效率的變高。

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