空气源热泵热水器通风量及气流方向设计

【摘要】空气源热泵热水器以其安全、节能、环保等优势开始走进千家万户，但是由于技术还不是很成熟，空气源热泵热水器在低温环境下不能保证稳定运行，成为其进军北方市场的最大牵绊。本文通过对空气源热泵热水器在冬季低温环境下通风量和气流方向的研究，提出选用双速风机或变频风机以及改变蒸发器气流进出方向来解决这一问题。

【关键词】空气源热泵热水器；通风量；气流方向

1.引言

随着人们生活水平的不断提高，热水供应、建筑供暖等方面的能源消耗也在不断增加，在倡导可持续发展的当今社会，利用太阳能、风能、水能、地热能、空气能等绿色环保的新型能源，成为能源发展的新趋势。空气源热泵热水器就是利用热泵吸取周围空气中蕴藏着的热能，并把热量传递给水，为人们的日常生活提供热水。目前市场上主要有电热水器、燃气热水器和太阳能热水器，但是相比其他类型的热水器空气源热泵热水器节能环保、运行安全等优点，在用水舒适度等同的条件下，加热相同产水量，空气源热泵热水器的平均用电量只有电热水器的1/3；输入同等电功率，输出热水量是电热水器的3倍以上，因而空气源热水器受到广大消费者的青睐，是极具开发和应用潜力的。

目前在我国，一般的空气源热泵热水器在我国长江以南得到广泛应用，但是我们发现其在长江中下游及长江以北地区市场占有率明显不足、消费需求不高，究其原因是由于空气源热泵热水器在北方冬季的低温环境中无法保证安全高效运行。如果外界环境温度较低，则空气源热泵热水器的制热量会迅速降低，不能满足人们生活需要；同时处于低温环境中的室外蒸发器的蒸发温度也会降低，为满足人们室内所需温度，极易造成压缩机超负荷工作，长时间如此会导致压缩机被烧坏或严重损坏。空气源热泵热水器的应用与空气密切相关，因此本文从通风量和气流方向两个方面来的探究改善空气源热泵热水器在低温环境中的正常运行。

2.空气源热泵热水器工作流程

空气源热泵热水器的结构组成主要包括由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四部分，其中压缩机是最核心部件。空气源热泵热水器的具体工作流程为：

（1）制冷剂在低温低压环境下经过膨胀阀节流降压，然后进入空气交换机中蒸发吸热，吸收空气中的热量，记为M1；

（2）制冷剂通过蒸发吸热之后以气态的形式进入压缩机被压缩，变成高温高压的制冷剂，此时制冷剂中所蕴藏的热量主要是从空气中吸收的热量M1和被压缩机压缩过程中的电能转化成的热量M2；

（3）制冷剂被压缩后以高温高压的形态进入装有冷水的热交换器，将自身所蕴含的热量（M1+M2）传递给冷水，当冷水被加热到50℃至60℃时，直接进入保温水箱中储存起来以供人们的日常生活使用；

（4）释放完热量的制冷剂再以液体的形式流回膨胀阀，在进行节流降压，如此循环往复。

3.空气源热泵热水器通风量的设计

空气源热泵热水器产生的热水中的热能来源分为两个部分，一是压缩机做功的机械能转变的热能，约占总能量的1/3；二是通过介质吸收环境空气中的热能并把它转移至水中，约占总能量的2/3以上，这就是节约能量的来源，一般这部分能量的多少就决定了总的制热量。从空气中获得的热能多少与换热器面积、换热温差、外界环境温度（空气温度）、通风量等因素有关，当换热器面积、换热温差固定情况下，热量获得多少就与通风量、环境温度有关。在对通风量进行计算时，我们设定压缩机功率大小固定，蒸发器换热面积、结构固定，则制热量=通风量×焓差，焓是一种状态能，它与外界环境温度有关，表示单位物质的内能和推动功之和。

北方地区的冬季外界环境温度比较低，在保证压缩机正常运行的情况下，就需要增加从空气中获得的热能。在蒸发器换热面积、结构固定的情况下通过重新设计风机的通风量来改变这一状况。作者通过试验研究，在风机通风量计算时，不以额定工况（干球温度为20℃）条件下的焓差作为计算依据，而是以外界环境温度为0℃时的焓差作为计算依据，计算风机通风量，从而保证了热泵热水器在低温条件下的制热量，满足人们需求。目前我国市场上大部分的空气源热泵热水器都是成本较低的定速风机，但是其在冬夏两季保持同样的通风量，则会造成夏季浪费能源、冬季制热不足的问题。这一问题建议选择双速风机，低温条件下大风量通风，高温条件下小风量（约为低温环境下设计的通风量的1/2）通风，从而保证制热量达到用户需求和机器的稳定运行，或者是采用变频风机，通风根据环境温度而自动改变调整，达到稳定运行和所需要的制热量。

4.空气源热泵热水器气流方向的设计

蒸发器可以成为空气源热泵热水器的热泵热源的吸收器，其在换热过程中发挥着重要作用。现有的热泵热水器，其蒸发器的气流多为顶出风和侧出风，即空气首先经过蒸发器，降温后从顶部或侧面排出，这种气流布置没有充分把压缩机、管道的余热进行回收从而造成不必要的热能损失。因此提出改变气流方向，将气流的方向设置为：顶部进风，这样空气和管道、压缩机就能进行充分的热交换，然后再进入蒸发器，从而把压缩机和管道的余热加以回收利用。

5.结论

通过对风机通风量的计算研究以及气流方向的改变设计，能够改进空气源热泵热水器在低温条件下的稳定运行，生产满足人们日常生活需要的热水，同时还能够使热泵热水器的性能系数提高10%以上，节能效果显著。

总之，要想实现空气源热泵热水器在北方地区乃至全国的推广使用，还需要不断改进其在低温环境下的运行的稳定性和可靠性，对制热系统进一步优化，保证制热过程中各个部件都能够发挥其最优性能，提升整个系统的运行效率。

参考文献

[1]孟登居，黄虎，陆春林，董振宇.提高空气源热泵热水器低温环境性能理论分析[J].中国建设信息供热制冷，2007（8）.

[2]张华俊，陈伟，李勇.空气源热泵热水器的研究与发展前景[J].中国建设信息供热制冷，2007（11）.

[3]江斌，陈则韶，陈建新.空气源热泵热水器变工况特性分析[J].暖通空调，2007（4）.

[4]王芳，范晓伟.我国空气源热泵的技术进展[J].能源工程，2007（4）.

[5]董振宇，陆春林，金苏敏.空气源热泵热水器的实验研究[J].流体机械，2008（36）.

[6]陈家龙，邹得球.浙江国际海运职业技术学院学报，2012（8）.

推荐访问:风量 气流 热水器 空气 方向