低温强热型空气源热泵热水器试验研究
采用中间喷射的涡旋热泵热水器专用压缩机及带经济器的系统设计,构成低温喷气增焓热泵热水器试验系统。试验结果表明:该系统能在- 20～43℃环境下正常运行,制取65℃较高温度的热水。系统在环境温度高于20℃,且最高出水温度达到65℃时,能效比(COP)在3. 4以上;在- 15℃环境温度下COP依然能够保持在2. 0以上;在- 7℃～7℃段制热能力比目前常规热泵系统提高21%～28.9%。有效地扩大了(非二氧化碳)热泵系统的气候适应范围。
1、前言
热水设备是一个耗能产品(太阳能热水器除外) ,其中空气源热泵热水器与其它热水设备相比,在高效节能等方面具有优势。由于目前常规空气源热泵热水器受到出水温度及使用环境的影响,适用性较差。国内采用常规压缩机的热泵热水器出水温度设定为55℃[1] ,这个温度范围的设定比国外同类型产品的设定有所不同。日本标准要求测试热泵热水器的出水温度是65℃[2] ,从健康角度有重要意义,文献[3]表明,在自然界士壤和水体中广泛存在一种高致病细菌,即军团病菌(Legionella) ,它可引起高死亡率的非典型肺炎,并经常伴随生活热水系统等系统来传播,应引起人们的高度重视。同样低温条件下,常规空气源热泵热水器运行性能受到很大影响,主要表现在几个方面:
(1)制热量随着环境温度的下降而逐步衰减。吸气量的大小与其吸气饱和温度一一对应,吸气饱和温度越高,吸气量越大,反之亦然。随着环境温度逐步下降,系统蒸发温度降低,压缩机吸气比容增大,输气系数减小,导致制热量减少,系统能效比(COP)相应下降,经济性降低[4] ;
(2)特别是压缩机运行的可靠性问题。低温环境下,蒸发温度过低时,压缩机压缩比增大引起排气温度过高、系统会出现回液,严重时会导致压缩机损坏等问题[5] 。
目前最常见的一种解决方案是在热泵热水器系统中增加辅助电加热器,以补偿低温环境制热能力的不足,但是该方案既不经济也不节能,有时会造成安全隐患。为此,采用带中间喷射的低温强热型涡旋热泵热水器专用压缩机。基于带经器的系统设计原理,具有准两级压缩的特点,系统结构简单、易于实施,在较低环境温度时能够安全、可靠的运行,并且使制热能力、出水温度得到明显改善[6] 。
2、试验方案
研究低温强热型空气源热泵热水器是要突破常规空气源热泵热水器在出水温度及在低温环境下的应用所受到的限制,扩大热泵热水器的应用空间,实现制热水的节能环保性能。所以,在进行试验设计时,在分析综合系统性能的同时,尤其要重点考虑喷气增焓压缩空气源热水器在低温工况下的可靠性,以及与常规空气源热泵热水器性能的对比。低温强热型热泵热水器系统原理如图1所示。
图1 低温强热型热泵热水器系统原理
4、结语
热泵热水器在节能、环保、安全等方面都优于传统的燃气热水器、电加热水器等,但是普通型热泵热水器的应用受到环境温度及出水温度限制。提出了中间喷射的低温强热型涡旋热泵热水器专用压缩机,基于带经济器的系统设计原理,具有准两级压缩的特点,系统结构简单、易于实施,在较低环境温度时能够安全、可靠地运行,并且使制热能力、出水温度得到明显改善[6] 。该系统在- 20～43℃环境下均可正常运行,且均能制取出65℃较高温度的热水。系统运行于环境温度大20℃,且最高出水温度达到65℃时COP在3. 4以上;在低温环境下,喷气增焓压缩循环系统,不依靠辅助电加热或少量电加热,就可取得很好的制热效果,可使制热能力比常规热泵系统提高21%～28. 9%。系统COP在- 15℃环境温度下依然能够保持在2. 0以上。由此可见低温强热型热泵热水器在制取热水方面具有独特的优势。
参考文献/p>
[1] GB /T21362 - 2008. 商业或工业用及类似用途的热泵热水器标准[ S ]. 中国:中华人民共和国国家标准, 2008.
[2] JRA4050 - 2001. 热泵热水器的性能(二氧化碳制冷剂)标准[ S]. 日本:日本冷冻工业协会, 2000.
[3] Puckorius P R. Why evaporatve coolers have not caused Legionnaire′s disease [ J ]. Fuel and Enengy Abstracts , 1995, 36 (4) : 3002301.
[4] 吴业正,朱瑞琪,李新中,等. 制冷与低温技术原理[M ]. 北京:高等教育出版社, 2004, 1152116.
[5] 唐华杰,吴兆林,周志钢. 涡旋式压缩机经济器系统的应用研究[ J ]. 流休机械, 2007, 35 (9) : 55258.
[6] 张立毅,胡浩,李勇健,等. 第二十一讲谷轮“低温强热涡旋”在热泵式空调器中的应用( 1) [ J ]. 制冷技术, 2007, 20 (1) : 47248.
