低溫強熱型空氣源熱泵熱水器試驗研究
采用中間噴射的渦旋熱泵熱水器專用壓縮機及帶經濟器的系統設計,構成低溫噴氣增焓熱泵熱水器試驗系統。試驗結果表明:該系統能在- 20～43℃環境下正常運行,制取65℃較高溫度的熱水。系統在環境溫度高于20℃,且最高出水溫度達到65℃時,能效比(COP)在3. 4以上;在- 15℃環境溫度下COP依然能夠保持在2. 0以上;在- 7℃～7℃段制熱能力比目前常規熱泵系統提高21%～28.9%。有效地擴大了(非二氧化碳)熱泵系統的氣候適應范圍。
1、前言
熱水設備是一個耗能產品(太陽能熱水器除外) ,其中空氣源熱泵熱水器與其它熱水設備相比,在高效節能等方面具有優勢。由于目前常規空氣源熱泵熱水器受到出水溫度及使用環境的影響,適用性較差。國內采用常規壓縮機的熱泵熱水器出水溫度設定為55℃[1] ,這個溫度范圍的設定比國外同類型產品的設定有所不同。日本標準要求測試熱泵熱水器的出水溫度是65℃[2] ,從健康角度有重要意義,文獻[3]表明,在自然界士壤和水體中廣泛存在一種高致病細菌,即軍團病菌(Legionella) ,它可引起高死亡率的非典型肺炎,并經常伴隨生活熱水系統等系統來傳播,應引起人們的高度重視。同樣低溫條件下,常規空氣源熱泵熱水器運行性能受到很大影響,主要表現在幾個方面:
(1)制熱量隨著環境溫度的下降而逐步衰減。吸氣量的大小與其吸氣飽和溫度一一對應,吸氣飽和溫度越高,吸氣量越大,反之亦然。隨著環境溫度逐步下降,系統蒸發溫度降低,壓縮機吸氣比容增大,輸氣系數減小,導致制熱量減少,系統能效比(COP)相應下降,經濟性降低[4] ;
(2)特別是壓縮機運行的可靠性問題。低溫環境下,蒸發溫度過低時,壓縮機壓縮比增大引起排氣溫度過高、系統會出現回液,嚴重時會導致壓縮機損壞等問題[5] 。
目前最常見的一種解決方案是在熱泵熱水器系統中增加輔助電加熱器,以補償低溫環境制熱能力的不足,但是該方案既不經濟也不節能,有時會造成安全隱患。為此,采用帶中間噴射的低溫強熱型渦旋熱泵熱水器專用壓縮機。基于帶經器的系統設計原理,具有準兩級壓縮的特點,系統結構簡單、易于實施,在較低環境溫度時能夠安全、可靠的運行,并且使制熱能力、出水溫度得到明顯改善[6] 。
2、試驗方案
研究低溫強熱型空氣源熱泵熱水器是要突破常規空氣源熱泵熱水器在出水溫度及在低溫環境下的應用所受到的限制,擴大熱泵熱水器的應用空間,實現制熱水的節能環保性能。所以,在進行試驗設計時,在分析綜合系統性能的同時,尤其要重點考慮噴氣增焓壓縮空氣源熱水器在低溫工況下的可靠性,以及與常規空氣源熱泵熱水器性能的對比。低溫強熱型熱泵熱水器系統原理如圖1所示。
圖1 低溫強熱型熱泵熱水器系統原理
4、結語
熱泵熱水器在節能、環保、安全等方面都優于傳統的燃氣熱水器、電加熱水器等,但是普通型熱泵熱水器的應用受到環境溫度及出水溫度限制。提出了中間噴射的低溫強熱型渦旋熱泵熱水器專用壓縮機,基于帶經濟器的系統設計原理,具有準兩級壓縮的特點,系統結構簡單、易于實施,在較低環境溫度時能夠安全、可靠地運行,并且使制熱能力、出水溫度得到明顯改善[6] 。該系統在- 20～43℃環境下均可正常運行,且均能制取出65℃較高溫度的熱水。系統運行于環境溫度大20℃,且最高出水溫度達到65℃時COP在3. 4以上;在低溫環境下,噴氣增焓壓縮循環系統,不依靠輔助電加熱或少量電加熱,就可取得很好的制熱效果,可使制熱能力比常規熱泵系統提高21%～28. 9%。系統COP在- 15℃環境溫度下依然能夠保持在2. 0以上。由此可見低溫強熱型熱泵熱水器在制取熱水方面具有獨特的優勢。
參考文獻/p>
[1] GB /T21362 - 2008. 商業或工業用及類似用途的熱泵熱水器標準[ S ]. 中國:中華人民共和國國家標準, 2008.
[2] JRA4050 - 2001. 熱泵熱水器的性能(二氧化碳制冷劑)標準[ S]. 日本:日本冷凍工業協會, 2000.
[3] Puckorius P R. Why evaporatve coolers have not caused Legionnaire′s disease [ J ]. Fuel and Enengy Abstracts , 1995, 36 (4) : 3002301.
[4] 吳業正,朱瑞琪,李新中,等. 制冷與低溫技術原理[M ]. 北京:高等教育出版社, 2004, 1152116.
[5] 唐華杰,吳兆林,周志鋼. 渦旋式壓縮機經濟器系統的應用研究[ J ]. 流休機械, 2007, 35 (9) : 55258.
[6] 張立毅,胡浩,李勇健,等. 第二十一講谷輪“低溫強熱渦旋”在熱泵式空調器中的應用( 1) [ J ]. 制冷技術, 2007, 20 (1) : 47248.
