小型浴室高效熱泵熱水器的熱力循環關鍵節能技術研究

2017-11-21 01:42:23喬璐

綠色環保建材 2017年12期

喬璐

中北大學朔州校區

喬璐

中北大學朔州校區

隨著人們的生活水平日益提高，各式各樣的浴室熱水器進入了家庭。熱泵熱水器可以極大地避免“三廢”熱量的浪費。利用熱泵原理，通過逆卡諾循環，借助于空氣源、污水源熱泵，壓縮機消耗少量的電能，把熱空氣、熱污水中的低位熱能提取出來，加熱洗浴用熱水，從而利用了熱空氣、廢熱水中的“廢熱”，達到節能環保的目的。熱泵所依據的是熱力學第一定律，能量在不同介質中轉移，但總量是守恒的。

熱泵；暖通；小型熱水器；熱力循環；節能技術；暖通

1 引言

家庭浴室熱泵熱水器的提出，具有很重要的意義。其一，熱泵熱水器可以利用熱空氣、廢熱水中的余熱，與其他類型的熱水器相比更加節能，面對能源日益匱乏的現狀，熱泵熱水器具有很大優勢，我國人口眾多，而且我國能源利用率比國外較低，如果熱泵熱水器能夠推廣開來，能節約大量能源，在一定程度上緩解能源壓力；其二，熱泵熱水器使用較少的電能，很少使用甚至不適用化石能源，因此不會產生太多的污染，對環境更友好，符合我國節能減排的政策。

2 熱泵熱水器的原理

熱泵熱水器利用熱泵技術，主要組成部分有壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器和水箱以及其他輔助設備（溫度控制儀等）。工作原理如下：

(1)低溫低壓的工質，經過膨脹閥節流后降壓，之后進入蒸發器，在蒸發器中與熱空氣、廢熱水等進行換熱，熱空氣、廢熱水中的部分熱量進入工質，低溫工質吸熱由液態變為氣態，溫度上升；

(2)從蒸發器出來的氣態工質進入壓縮機，壓縮機消耗一定的電能壓縮工質，工質溫度上升，壓力提高，此時工質中增加的熱量一共包括兩部分，一部分是工質從熱空氣、廢熱水中吸收的熱量，另一部分是壓縮機消耗的電能壓縮制冷劑過程中轉變的熱量；

(3)從壓縮機出來的制冷劑為氣態，溫度、壓力比較高，進入冷凝器，同時生活用水也進入冷凝器，二者進行逆向換熱，工質放熱溫度降低，壓力下降，水的溫度上升；

(4)熱水從冷凝器中出來后，進入保溫水箱保溫以備使用，溫度降低后的工質進入膨脹閥，重復循環過程。

在循環過程中，廢熱水和熱空氣的溫度比從冷凝器中出來的熱水溫度低，按照常識這似乎不能實現，但壓縮機消耗了電能，是熱量從溫度較低的廢熱水和熱空氣進入熱水，并不違背熱力學第二定律[1]。釋放的熱量包括廢熱水和熱空氣中的熱量以及壓縮機消耗的電能轉化的熱量，吸收的熱量是水從冷凝器中吸收的熱量，在理想條件下，釋放的熱量和吸收的熱量是相等的，這也符合熱力學第一定律。因此，在理論上熱泵熱水器是可行的。

3 小型浴室熱泵熱水器的優化設計

我們當初構想的高效節能的家庭浴室熱泵熱水器僅僅考慮了熱泵熱水器這一部分，但出于實際考慮，這樣的安排尚需完善，我們還需要有更多的考慮。在我們的構想中，為熱水提供的能量分為兩部分，其中廢熱水和熱空氣中的能量是主要的熱量，而壓縮機中消耗的電能較少。但是我們還可以做這樣的考慮，將熱泵熱水器與太陽能熱水器結合起來，同是利用太陽能來加熱洗浴用水，這樣不但會彌補熱泵熱水器可能出現的供熱水不足的缺陷，而且能夠進一步減少電能的消耗。其流程大致為：低溫的水經過太陽能熱水器加熱后在水箱中保溫，在人使用后，廢熱水在經過熱泵系統，回收其中的余熱來加熱補充到太陽能熱水器中的水或用來使用的生活用水。

如果用戶應經安裝了太陽能熱水器、煤氣熱水器、電熱水器等，我們都可以進行改裝，在這些熱水器的基礎上加裝熱泵熱水器，將他們與熱泵熱水器組合起來，都可以減少能源的消耗。當然，這樣做會增加設備的初始投資，但是從長遠考慮是合理的。