小型空气源热泵热水机组实验研究

　　1 前言

　　我国每年用于采暖、空调与生活用热水系统占全国能源消耗总量的15%,采用空气源热泵技术可以节能50%以上[1]。随着能源消耗的日益增加,在以节能减排这一大的社会背景下,空气源节能产品的广泛应用能够明显地缓解能源紧张的情况。空气源热泵热水系统是目前最安全、可靠、节能、环保的热水系统,因此,节能型空气源热泵热水器日益被人们重视。

　　空气源热泵热水器是通过消耗一小部分高品位的电能,把空气中的低品位热量移到高温热源中的一种装置。空气源热泵热水器主要有以下优点:一是高效节能,能源利用效率达300%以上[2];二是绿色环保、安全可靠,空气源热水器独特的使用[1]原理,实现其在工作过程中彻底水电分离,从根本上杜绝漏电事故;并且,由于其在使用过程中无需任何燃料输送管道,没有燃料泄露等引起火灾、爆炸、中毒等危险;同时,空气源热水器在工作过程中没有任何有毒气体、温室气体和酸雨气体排放,也没有费热污染;三是无需特设机房,安装使用方便。然而,空气源机组本身也有一定的局限性。其主要缺点是供热能力和供热性能系数随着室外气温的降低而降低,它的使用受到环境温度的限制,一般适用于最冷月平均气温-10e以上的地区。

　　目前在热泵热水器研究中,国内的科研院所、企业做了很多的工作,基本上就是围绕制冷剂及其在不同的环境温度下和换热器的换热效率对系统COP的影响。江斌等关于空气源热泵热水器变工况特性分析[3];陈文俊等对空气源热泵系统低温制热量改善途径实验分析[4];翁文兵等研究了R134A、R417A和R22用于空气源热泵热水器的性能研究[5]。本文以R134A为制冷工质,通过实验为设计高效热泵热水器提供了可供参考的实验数据。

　　2 热泵热水器的工作原理

　　2. 1 热泵热水器的原理

　　热泵热水器是热泵在制取热水方面的应用。它是一种通过消耗部分高品质的电能,把热量从低温热源转移到高温热源、制取生活热水的装置,转移到高温热源的热量包括所消耗的电能和从低温热源吸收的热量。空气源热泵热水器是最常见的热泵热水系统,其系统结构简图如图1所示,它是由压缩机、蒸发器、膨胀阀或其它节流元件、冷凝器、浮子流量计、水泵、蓄能水箱以及控制器等部件组成。

　　在运行中,蒸发器从周围环境中吸取热量以蒸发传热工质,工质蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升,高温蒸汽通过冷凝器冷凝成液体时,释放出的热量传递给了储水箱中的水,冷凝后的传热工质通过节流元件返回到蒸发器,然后再被蒸发,如此循环往复。

　　2. 2 性能系数COP(Coefficient ofPerformance)