|
南京航空航天大学 作者:杨婷婷 1、前言 利用空气源热泵和太阳能进行住宅采暖、空调与制取生活热水,是建筑节能和可再生能源利用以及污染物减排的重要议题。然而，空气源热泵冬季用做制热运行时，一个严重问题是当室外气温过低时，室外换热器表面结霜。随着表面霜层的增厚，空气流通面积减小，空气流动阻力增大，从而使风机流量减小。同时，霜层形成的热阻会进一步恶化盘管的换热效果，从而导致室外换热器吸热量不足、热泵性能衰减,严重时甚至会致使热泵不能正常工作、故障死机。太阳能热水器则存在着受天气状态影响较大的不足。而且空调器和热水器相互独立，设备费用高，利用率低，空气源热泵在冬季寒冷天气运行中的问题也没有得到解决。 直膨式太阳能辅助热泵(DX-SAHP)技术综合了太阳能热利用与空气源热泵的优点、扬长避短，是解决上述问题的有效途径之一。DX-SAHP的概念由Sporn等人于1955年首次提出，20世纪70年代后期开始，形成了DX-SAHP技术的第一个研究高峰期， 1988年后的近10年时间，研究活动相对处于低谷。从1997 年开始，,对DX - SAHP技术的研究重新兴起，并且出现了持续上升的势头 。 作者设计出了一种DX-SAHP 空调热水器 。它由室外机、室内机和热水单元组成,是一种利用DX - SAHP技术和空气源热泵空调热水技术的中央采暖、空调、热水一体化热泵设备,适用于住宅集中采暖、空调、供热水,也可用于小型饭店、旅馆和小型办公楼。系统的基本运行模式包括制冷(夏季空调) 、采暖、制热水,可能的衍生模式包括制冷的同时制热水、采暖的同时制热水以及除霜。本文对其制冷、采暖、制热水3种典型运行模式进行介绍,并对其节能减排情况进行分析。 2、DX-SAHP空调热水器的结构及其典型运行模式 作者设计的一种DX-SAHP空调热水器由室外机、室内机和热水单元组成,如图1所示。 图1 DX - SAHP空调热水器结构示意 室内机可以是多联机式室内机群。室内机也可以是由风机、蒸发/冷凝盘管和金属箱体组成的空气处理机,风机和蒸发/冷凝盘管在金属箱体内。金属箱体有一个回风口,一个送风口。太阳能集热/散热器上表面还可以安装太阳能光伏电池。膨胀器组件可以是单个部件,也可以是多个部件的组合。下面对其制冷、采暖、制热水3种典型运行模式分别进行介绍。 2.1、直膨式太阳能辅助热泵空调热水器制冷模式 压缩机启动。四通阀的A 端与D 端接通， B端与C端接通。第三个电磁阀关闭。第一个电磁阀打开。高温高压气体制冷剂经过压缩机的排气口，经由第一个电磁阀，进入四通阀的A端,流出四通阀的D端,进入室外蒸发/冷凝器。在室外蒸发/冷凝器内,该高温高压气体制冷剂通过室外蒸发/冷凝器释放热量给室外空气,从而凝结成高温高压液体。然后,该高温高压液体经过膨胀阀组件膨胀为低温低压的两相流。该低温低压两相流制冷剂进入室内机的蒸发/冷凝盘管,通过该蒸发/冷凝盘管吸收室内空气的热量而蒸发成低温低压气体，然后依次经过四通阀的C端和四通的B端,进入压缩机的进气口。在压缩机中,该低温低压气体制冷剂被压缩成高温高压气体制冷剂，完成了一个制冷循环。制冷循环不断重复,维持夏季制冷模式。室外机风机的开关取决于太阳能集热/散热器是否有足够的散热能力。第二个电磁阀由室外蒸发/冷凝器的入口温度和太阳能集热/散热器的表面温度控制。 2.2、直膨式太阳能辅助热泵空调热水器采暖模式 压缩机启动。四通阀的A 端与C端接通，B端与D端接通。第二个电磁阀打开。第三个电磁阀关闭。当室外环境使系统有足够的制热能力时，第一个电磁阀打开。这时，高温高压气体制冷剂经过压缩机的排气口,经由第一个电磁阀,进入四通阀的A端，流出四通阀的C端，进入室内机的蒸发/冷凝盘管，通过该蒸发/冷凝盘管释放热量给室内空气而冷凝成高温高压液体制冷剂。高温高压液体制冷剂经过膨胀阀组件膨胀为低温低压的两相流。低温低压两相流又分为两路，一路经由第二个电磁阀进入太阳能集热/散热器，另一路进入室外蒸发/冷凝器。在太阳能集热/散热器和室外蒸发/冷凝器中，两相流中的液体制冷剂吸收来自环境空气和太阳的热能，蒸发成低温低压气体制冷剂。低温低压气体经过四通阀的D端、四通阀的B端,进入压缩机的进气口。在压缩机中，低温低压气体制冷剂被压缩成高温高压气体制冷剂，完成了一个制热循环。制热循环不断重复，维持制热模式。室外机风机的开关取决于太阳能集热/散热器是否有足够的供热能力。 2.3、直膨式太阳能辅助热泵空调热水器制热水模式 压缩机启动。四通阀的A 端与C端接通， B端与D端接通。第二个电磁阀打开。第三个电磁阀打开。第一个电磁阀关闭。高温高压气体制冷剂经过压缩机的排气口，进入热水箱中的换热器,通过换热器释放热量给热水箱中的水,变成高温高压液体制冷剂。热水箱内的水吸热后温度升高。该高温高压液体制冷剂流出换热器,进入四通阀的A端,流出四通阀的C端,经过膨胀阀组件膨胀为低温低压的两相流。低温低压两相流分为两路，一路经由第二个电磁阀进入太阳能集热/散热器，另一路进入室外蒸发/冷凝器。在太阳能集热/散热器和室外蒸发/冷凝器中，两相流中的液体制冷剂吸收来自环境空气和太阳的热能,蒸发成低温低压气体制冷剂。低温低压气体经过四通阀的D端、四通阀的B端,进入压缩机的进气口。 在压缩机中,低温低压气体制冷剂被压缩成高温高压气体制冷剂，完成了一个制热水循环。热制水循环不断重复，维持制热水模式。室外机风机的开关取决于太阳能集热/散热器是否有足够的供热能力。 3、DX-SAHP空调热水器节能分析 Morrison等人的研究表明，与空气源热泵相比，使用直膨式太阳能辅助热泵制热年节能达到27.7%。直膨式太阳能辅助热泵的制冷性能也优于空气源热泵。对于使用空气源热泵空调热水器每户的年均制热耗电量，研结果分别是每户1632kW·h和1840kW ·h。取二者的平均值，则空气源热泵每户生活热水的年均耗电为1736kW·h。按直膨式太阳能辅助热泵制热年均节能25%计算，则仅生活热水一项，本技术产品每户年均节电达434kW·h。 现在估算采暖节能。取一个中等户型,按京地区冬季气象条件， 整个冬季的采暖能耗为12550kW·h。按空气源热泵平均制热能效比2.5, 直膨式太阳能辅助热泵比空气源热泵制热节能25%计算，使用直膨式太阳能辅助热泵，冬季采暖节电1255kW·h。由此可以得出,在南京地区,使用直膨式太阳能辅助热泵, 每户年均节电达1689kW·h。 到2020年,我国将有居民约5亿户。若那时有15%居民使用直膨式太阳能辅助热泵空调热水器，计有7500万户，按户年均节电1689kW ·h估算,全国年节电1267亿kW ·h，约相当于三峡水电站一年半的发电量。按0. 6元/kW ·h，仅节能一项,折合人民币年均780.2亿元。 从环保的社会效益来看, 每户年均节电达1689kW·h，相当于减少621. 5kg标准煤的燃烧(目前我国重点火力发电厂，发电标准煤耗为每度电标准煤0.368kg) 。按1kg标准煤燃烧产生2.5kg二氧化碳、0. 075kg二氧化硫,全国有7500万用户计算,则相当于每年减少二氧化碳排放1.165亿t,减少二氧化硫排放350万t。 4、结语 DX-SAHP 空调热水器是一种利用DX -SAHP技术和空气源热泵空调热水技术的中央采暖、空调、热水一体化热泵设备。与空气源热泵空调热水器相比，DX - SAHP空调热水器的制热年均性能系数可提高25%以上，具有很好的推广应用价值。 觉得不错，请在页尾点赞哦... 免责声明：本文原载于网络，版权归原作者所有。如涉及作品版权问题，请与我们联系，我们将在第一时间协商版权问题或删除内容！内容为作者个人观点，并不代表本公众号赞同其观点和对其真实性负责。 本人今年专程前往参加2016年米兰国际供暖、空调、制冷、再生能源及太阳能博览会，届时将在本人微信朋友圈直播展会盛况，分享全球暖通行业最新的技术产品动态，同时也可以应微信好友的要求，前往指定展位参观。 当然，这一切，都是免费的。 如果您对本届展会有兴趣，只需添加本人微信好友即可（已经是本人好友的朋友请勿重复添加）： |
|
|
