節能型太陽能空氣源熱泵多功能機研究

王天舒

摘要：隨著科技的進步和經濟的發展，節能和環保問題使得人們越來越重視清潔能源的利用，太陽能有其獨特的優越性但是受限于太陽因素。而熱泵技術作為節能型制冷供熱熱水技術與太陽能結合具有良好的性能。本文主要介紹了節能型太陽能空氣源熱泵多功能機的工作原理、應用領域。

Abstract： With the progress of science and technology and development of economy， people pay more and more attention to the utilization of clean energy due to the problems of energy saving and environmental protection. Heat pump technology， as an energy saving refrigeration and heating hot water technology combined with solar energy， has good performance. This paper introduces the working principle and application field of energy-saving solar air-source heat pump multifunctional machine.

關鍵詞：太陽能空氣源熱泵;多功能機;節能

Key words： solar air-source heat pump;multifunctional machine;energy-saving

中圖分類號：TK511 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）07-0131-03

1 研究開發目的和意義

當前空氣源熱泵熱水機作為一種節能環保產品，在各類熱源的熱水加熱產品中具有運行費用較低的優勢，僅次于太陽能熱水器，太陽能熱水器受到太陽因素的限制，無法保證長期不間斷的供熱水，但太陽能的優越性人們還是普遍認可的。因而如果能把太陽能與空氣能結合起來加熱水，制熱水時的運行成本將比常規空氣源熱泵熱水機更低，更節能。

針對上述設想并了解了國內國外太陽能產品應用情況，結合公司現有的空氣源熱泵熱水機及空調熱泵熱水多用機技術，本人研究設計了節能型太陽能空氣源熱泵多功能機，這些功能包括單獨制冷、單獨制熱水、單獨采暖、既制熱水又制冷、既制熱水又采暖等。

針對不同功能不同結構的要求，可作針對性設計，如整體式冷熱水型太陽能空氣源熱泵空調熱水多功能機、整體式冷水型太陽能空氣源熱泵空調熱水多功能機、分體式冷熱風型太陽能空氣源熱泵空調熱水多功能機、分體式冷（熱）風型太陽能空氣源熱泵空調熱水多功能機、節能型太陽能空氣源熱泵熱水機，下面將對這些機組作詳細介紹。

2 不同功能不同結構的節能型太陽能空氣源熱泵介紹

2.1 節能型太陽能空氣源熱泵熱水機

這種類型機組功能簡單，只具有制熱水功能。其與典型的空氣源熱泵熱水機相比，節能型太陽能空氣源熱泵熱水機是在典型的空氣源熱泵熱水機基礎上增加太陽能集熱板（板內布置銅管）。

機組運行時，若陽光充足或比較充足，根據系統探測溫度（主要有環境溫度、壓縮機吸氣溫度、集熱板表面溫度等）情況控制翅片蒸發器和太陽能集熱板的工作與否，當集熱板所收集的熱量滿足系統要求時，翅片蒸發器一側的電磁閥1關閉，此時集熱板作熱泵的蒸發器使用，使得太陽能的集熱過程與制冷劑的蒸發過程在一個系統中同時發生，使集熱板從太陽中吸收的熱量被制冷劑吸收，通過壓縮循環做功再把熱量用于加熱水（機組的能效比COP值一般可達到3.0以上）。

若運行之后，尤其是在冬季運行時，集熱板表面溫度低于控制值，翅片蒸發器一側的電磁閥1開啟，系統從空氣中補充吸收熱量。

若陽光不充足或沒有陽光時，系統關閉集熱板側電磁閥2，機組作為典型的空氣源熱泵熱水機正常使用。見圖1。

為了既能夠保證機組在夏季正常運行，同時在冬季能夠收集到更多的太陽能，在設計過程中應適當將集熱板的面積設計的大一些，但系統需要稍作特殊設計。使集熱板面積可控制，具體方案見圖2。

設計時，使設計工況點在有正常陽光運行時基本不需要使用翅片蒸發器和風機，而夏季運行時，可切斷太陽能集熱板一半使用面積，即關閉電磁閥3來保證熱泵系統正常工作。冬季電磁閥2和3均開啟。各個季節如果沒有陽光可利用，就關閉電磁閥2和3而開啟電磁閥1，使翅片蒸發器和風機工作，從而使整個機組更節能。

2.2 整體式冷熱水型太陽能空氣源熱泵空調熱水多功能機

這種類型機組具有單獨制冷（提供冷凍水）、單獨制熱水、單獨采暖、既制熱水又制冷（提供冷凍水）、既制熱水又采暖多種功能。機組夏季需要單獨制冷時，太陽能集熱板側電磁閥關閉，制熱水或采暖有陽光可利用時，太陽能集熱板電磁閥優先開啟。具體功能如下：

①制冷制熱水循環：壓縮機-四通閥-水冷冷凝器-電磁閥6-干燥過濾器-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-制冷采暖水換熱器-電磁閥5-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

②單獨制熱水循環：壓縮機-四通閥-水冷冷凝器-電磁閥6-干燥過濾器-膨脹閥2-電磁閥7（優先選擇）/電磁閥2-太陽能集熱板/翅片換熱器-四通閥-氣液分離器-壓縮機;endprint

③單獨制冷循環：壓縮機-四通閥-翅片換熱器-單向閥1-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-制冷采暖水換熱器-單向閥3-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

④冬季除霜循環：壓縮機-四通閥-翅片換熱器-單向閥1-干燥過濾器-毛細管-電磁閥3-水冷冷凝器-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

⑤冬季采暖循環：壓縮機-四通閥-電磁閥4-單向閥4-制冷采暖水換熱器-單向閥2-電磁閥1-貯液灌-膨脹閥2-電磁閥7（優先選擇）/電磁閥2-太陽能集熱板/翅片換熱器-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

⑥既制熱水又采暖：使用節能的熱泵系統采暖循環，在熱水箱內使用電加熱管加熱水。

對不需要采暖要求的這種機組，可以作如下簡化設計為整體式冷水型太陽能空氣源熱泵空調熱水多功能機，可使機組系統結構簡單，控制簡便。各功能如下：

①制冷制熱水循環：壓縮機-四通閥-水冷冷凝器-單向閥1-干燥過濾器-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-蒸發器-單向閥2-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

②單獨制熱水循環：壓縮機-四通閥-水冷冷凝器-單向閥1-干燥過濾器-膨脹閥2-電磁閥4（優先選擇）/電磁閥2-太陽能集熱板/翅片換熱器-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

③單獨制冷循環：壓縮機-四通閥-翅片換熱器-單向閥4-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-蒸發器-單向閥3-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

④冬季除霜循環：壓縮機-四通閥-翅片換熱器-單向閥4-干燥過濾器-毛細管-電磁閥3-水冷冷凝器-四通閥-氣液分離器-壓縮機。

2.3 分體式冷熱風型太陽能空氣源熱泵空調熱水多功能機

這種類型機組具有單獨制冷、單獨制熱水、單獨采暖、既制熱水又制冷、既制熱水又采暖多種功能。機組夏季需要單獨制冷時，太陽能集熱板側電磁閥關閉，制熱水或采暖有陽光可利用時，太陽能集熱板電磁閥優先開啟。這種類型機組在技術成熟使用后，還可以發展成為多聯式機組，室內機還可以設計成帶凈化、帶電加熱采暖、帶加濕器等多重功能的機組。為了某些用戶特殊需要，如有些用戶的房間有凈化要求、有些用戶的房間有恒溫恒濕控制要求，我們可根據這些特殊要求設計特殊功能的產品，對有凈化要求的產品提供凈化過濾器和殺菌器，對有恒溫恒濕控制要求的用戶提供恒溫恒濕控制器和加濕器。具體功能如下：

①制冷制熱水循環：壓縮機-四通閥-水冷冷凝器-電磁閥6-干燥過濾器-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-室內換熱器-電磁閥5-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

②單獨制熱水循環：壓縮機-四通閥-水冷冷凝器-電磁閥6-干燥過濾器-膨脹閥2-電磁閥7（優先選擇）/電磁閥2-太陽能集熱板/翅片換熱器-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

③單獨制冷循環：壓縮機-四通閥-翅片換熱器-單向閥1-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-室內換熱器-電磁閥4-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

④冬季除霜循環：壓縮機-四通閥-翅片換熱器-單向閥1-干燥過濾器-毛細管-電磁閥3-水冷冷凝器-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

⑤冬季單獨采暖循環：壓縮機-四通閥-電磁閥4-室內換熱器-單向閥2-電磁閥1-貯液灌-膨脹閥2-電磁閥7（優先選擇）/電磁閥2-太陽能集熱板/翅片換熱器-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

⑥既制熱水又采暖：（室外機）壓縮機-四通閥-水冷冷凝器-電磁閥6-干燥過濾器-膨脹閥2-電磁閥7（優先選擇）/電磁閥2-太陽能集熱板/翅片換熱器-四通閥-氣液分離器-壓縮機;（室內機）啟動電加熱采暖，如果有加濕器，則加濕器也啟動。

針對冬季不需要采暖或只用電加熱采暖的用戶，可以作如下簡化設計為分體式冷（熱：為電加熱）風型太陽能空氣源熱泵空調熱水多功能機，可使機組系統結構簡單，控制簡便。各功能如下：

①制冷制熱水循環：壓縮機-四通閥-水冷冷凝器-單向閥1-干燥過濾器-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-翅片蒸發器-單向閥2-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

②單獨制熱水循環：壓縮機-四通閥-水冷冷凝器-單向閥1-干燥過濾器-膨脹閥2-電磁閥4（優先選擇）/電磁閥2-太陽能集熱板/翅片換熱器-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

③單獨制冷循環：壓縮機-四通閥-翅片換熱器-單向閥4-貯液灌-電磁閥1-膨脹閥1-翅片蒸發器-單向閥3-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

④冬季除霜循環：壓縮機-四通閥-翅片換熱器-單向閥4-干燥過濾器-毛細管-電磁閥3-水冷冷凝器-四通閥-氣液分離器-壓縮機;

⑤單獨采暖：只有室內機工作，室外機停止運行;此時啟動電加熱，如果有加濕器，則加濕器也啟動。（非熱風型機組不具有這種功能）

參考文獻：

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