空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)研究

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1、空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)研究空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)研究摘要：本文對(duì)空氣源熱泵熱水器（ASHPWH）進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化測(cè)試和計(jì)算。ASHPWH系統(tǒng)主要由熱泵、水箱以及連接管道組成?？諝庵械哪芰勘徽舭l(fā)器吸收然后經(jīng)由朗肯循環(huán)泵到儲(chǔ)存罐，之后將由線圈管/冷凝器排放的制冷劑冷凝熱量傳遞到水側(cè)。在渦旋壓縮機(jī)的ASHPWH系統(tǒng)里，加熱的水從初始溫度升到設(shè)定溫度（55℃）的過程中，我們需要討論毛細(xì)管長(zhǎng)度、制冷劑充注量量、冷凝器盤管的長(zhǎng)度和系統(tǒng)匹配的數(shù)量關(guān)系。通過測(cè)試，從結(jié)果中可以看到系統(tǒng)的性能COP明顯改善。2

2、006愛思唯爾有限公司保留所有權(quán)利關(guān)鍵詞：熱泵，熱水器，冷凝盤管，充注量，系統(tǒng)匹配，優(yōu)化空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)研究1引言目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)流行的熱水器產(chǎn)品是燃?xì)鉄崴鳎撸姛崴鳎‥WH）和太陽能熱水器，而熱泵熱水器（HPWH），作為第四種熱水器，是最近出現(xiàn)在市場(chǎng)上的。與前三種熱水器相比，HPWH有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)特別值得一提，例如節(jié)能、低運(yùn)行費(fèi)用以及使用安全等,從這些優(yōu)點(diǎn)中可以預(yù)見它在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)前景十分光明?？諝庠礋岜脽崴鳎ˋSHPWH）基于朗肯循環(huán)原理，可以從較低溫度的空氣中吸收熱量，然后通過熱機(jī)將

3、從空氣中吸收的熱量與熱機(jī)消耗的能量轉(zhuǎn)移到水箱——更高的溫度熱源?？諝庠礋岜脽崴飨到y(tǒng)的能量主要從環(huán)境中得到，也就是說，它得到的能量與耗電能相比，可能是電能的3~4倍。總的來說，該系統(tǒng)有助于節(jié)省4~5倍的電能?？諝庠礋岜脽崴鞯母咝?、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)受到廣泛用戶的喜愛。自20世紀(jì)50年代起，我們已經(jīng)完成HPWHS包括結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)、工作流體、操作控制、數(shù)值模擬以及經(jīng)濟(jì)分析的各種研究。冷凝器環(huán)型流程的設(shè)計(jì)經(jīng)歷了兩個(gè)階段：直管式和U型管。Mei等人在一個(gè)水箱中測(cè)試了8種冷凝器，當(dāng)將平均水溫視為冷凝COP的函數(shù)時(shí)，他們發(fā)

4、現(xiàn)U形管系統(tǒng)的性能要比卡口式與環(huán)狀流系統(tǒng)好，而且系統(tǒng)的COP、熱量生成速率隨著環(huán)路數(shù)的增加而有所提高[1]。希特勒從1991年開始帶領(lǐng)一個(gè)小組研究雙罐熱水系統(tǒng)。基礎(chǔ)研究顯示，超過60種雙罐具有潛在的研究?jī)r(jià)值。不同的管子鏈接和控制方式都可以實(shí)現(xiàn)諸如熱水供應(yīng)的控制和功率的控制優(yōu)化。經(jīng)過連續(xù)測(cè)試表明有3815空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)研究種雙罐熱水系統(tǒng)的效率比其它結(jié)構(gòu)的HPWH更高。當(dāng)然，雙罐熱水系統(tǒng)的熱損失比相同容積的單罐系統(tǒng)熱損失更多[2]。黃、林還研究了水箱體積100L的雙罐HPWH。結(jié)果表明，水從4

5、2℃加熱至52℃需要10-20分鐘，而全年的COP為2.0-3.0。與電熱水器相比，其節(jié)能分?jǐn)?shù)50-70％，而熱水顯示充電效率為0.912[3]。Hasegawa等人從熱水供應(yīng)的角度提出了一種雙級(jí)壓縮和級(jí)聯(lián)加熱熱泵統(tǒng)。通過使用R12，它可以將水從10℃直接加熱至60℃，蒸發(fā)器的進(jìn)口與出口水溫分別是7℃與12℃，系統(tǒng)COP為3.73[4]。姬等將HPWH和傳統(tǒng)空調(diào)結(jié)合在一起，研究出一個(gè)多功能家用熱泵(MDHP)。該設(shè)備在氣候溫和的地區(qū)調(diào)節(jié)范圍更廣泛，且可以長(zhǎng)期保持高效的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)制冷，制熱同時(shí)進(jìn)行時(shí)，系統(tǒng)

6、的COP與EER的平均值可能達(dá)到3.5[5-6]。R12，R22是HPWH中最常用的工作流體。由于臭氧層的保護(hù)倡議，已成為唯一常規(guī)流體的R22仍然被使用。在發(fā)展中國(guó)家如中國(guó)，使用R22的截止期到2040年。現(xiàn)在，它仍然被廣泛使用。所以仍然有一些提高R22系統(tǒng)性能提高的研究，這也是節(jié)能的一種方式。斯隆等人在環(huán)境溫度24℃、水溫度27℃、中間帶有肋擾亂管的水箱條件下研究得出系統(tǒng)COP為2.4。Mei等人也使用R22作為制冷劑研究該系統(tǒng)，其結(jié)果是：當(dāng)水溫27℃，環(huán)境溫度20℃和27℃，COP分別為4.0和4.5

7、[7]7]，在使用傳統(tǒng)工作流體的文獻(xiàn)中它可以被看作當(dāng)環(huán)境溫度適中和冷凝溫度不高的時(shí)候，R22可以得到較高的熱力學(xué)性能和效率。但是，當(dāng)系統(tǒng)在較高的溫度區(qū)域運(yùn)行，例如高于50℃，壓縮機(jī)的排出溫度和壓力都非常高，尤其是在寒冷的冬天，壓縮機(jī)的工作條件比普通空調(diào)熱泵差，從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全性和可靠性。因此，迫切需要尋找新的、性能更好的流體。為使ASHPWH有效地運(yùn)行，很多相關(guān)研究正在進(jìn)行。Morrison等人[8]15空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)研究提出一種ASHPWH-全年負(fù)荷周期評(píng)價(jià)的方法。Kim等人[9]

8、提出了一種動(dòng)態(tài)模型，該模型系統(tǒng)是由水加熱器驅(qū)動(dòng)的熱泵系統(tǒng)。丁等人[10]和姚等人[11]已經(jīng)做了很多關(guān)于除霜的研究來提高ASHPWH系統(tǒng)冬季工作效率。Fan等人用7500WHPWH研究其節(jié)能性，考慮到風(fēng)機(jī)和水泵消耗的功率，系統(tǒng)COP為3.3。若只考慮壓縮機(jī)，系統(tǒng)的COP為4.18[12]。然而，就ASHPWH而言，制造商還沒有確定的參數(shù)對(duì)熱泵與水箱進(jìn)行匹配，主要是由于不同的工作條件，包括地區(qū)，生活習(xí)慣和全年運(yùn)行等。熱泵熱水器系