相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器關(guān)鍵技術(shù)分析

黃劍峰 趙鵬飛

（廣東長(zhǎng)菱空調(diào)冷氣機(jī)制造有限公司，廣東 佛山 528000）

概述

熱水器已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代人民生活和社會(huì)生產(chǎn)中必不可少的設(shè)施之一，熱水供應(yīng)也是生活、生產(chǎn)的能源消耗中的重要組成部分?，F(xiàn)代市場(chǎng)上的熱水器主要可以分為三類(lèi)，分別為太陽(yáng)能熱水器、燃?xì)鉄崴饕约半姛崴?。但是上述熱水器都或多或少的存在一些?wèn)題和缺陷：例如，太陽(yáng)能熱水器收到天氣氣候的限制，使用的局限性較大；燃?xì)鉄崴鞔嬖谳^大的安全隱患，容易引發(fā)煤氣中毒；電熱水器的能耗較大，其供熱系數(shù)低于1。由此可見(jiàn)，相變儲(chǔ)熱熱泵熱泵熱水器具有極大的優(yōu)點(diǎn)——環(huán)保節(jié)能、運(yùn)行成本較低、適用范圍廣泛，因此成為現(xiàn)代熱水器技術(shù)發(fā)展的新方向。

1 相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器工作原理

1.1 相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器簡(jiǎn)介

卡諾在1824年奠定了“熱泵”的理論基礎(chǔ)， 1912年瑞士批準(zhǔn)了世界上第一個(gè)有關(guān)“熱泵”的商業(yè)專(zhuān)利。相比之下，我國(guó)的“熱泵”技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究較晚，直到1965年，我國(guó)才研制開(kāi)發(fā)了第一臺(tái)熱泵空調(diào)機(jī)。發(fā)展到現(xiàn)在，我國(guó)已經(jīng)有超過(guò)100多家制造廠在生產(chǎn)熱泵熱水器。

1.2 相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器工作原理

“熱泵”顧名思義，其原理如同水泵一樣，就是指通過(guò)能源消耗使熱量從低位熱能源頭向高位熱能源頭流動(dòng)的一種裝置。在工作時(shí)，相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器主要通過(guò)交替實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱和放熱兩個(gè)工作階段，先利用壓縮機(jī)將熱量以潛熱的主要形式儲(chǔ)存于相變材料中；需要用熱水時(shí)，利用相變材料放出潛熱增加進(jìn)水溫度；而在暫時(shí)不需用熱水供應(yīng)時(shí)，不必停止相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器的壓縮機(jī)，從而在停機(jī)和再次啟動(dòng)時(shí)消耗額外的能源，而是可以通過(guò)加熱融化相變材料以?xún)?chǔ)存量，如此周而復(fù)始，進(jìn)行循環(huán)供熱。

2 相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器的節(jié)能可能性

2.1 能耗損失分析

相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器受季節(jié)影響，其蒸發(fā)溫度不同，設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，在冬季時(shí)，其能效比會(huì)明顯減小，熱水供應(yīng)的速度明顯降低。另外，在相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器中，相變材料是關(guān)鍵，但相變材料在長(zhǎng)期使用后會(huì)明顯損耗，其傳熱效果大大下降。

2.2 可節(jié)能技術(shù)點(diǎn)分析

與顯熱儲(chǔ)熱相比，相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器系統(tǒng)因儲(chǔ)熱密度高，可以大幅減小儲(chǔ)熱容器的規(guī)模。而且，相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器的放熱溫度可以相對(duì)保持平穩(wěn)，在放熱過(guò)程中可以做到近似恒溫，因此，相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器系統(tǒng)具有十分穩(wěn)定的熱水供應(yīng)性能。此外，相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器系統(tǒng)中的相變材料的儲(chǔ)熱溫度低，與外界的傳熱溫差小，因此，可以起到很好的保溫效果。

3 相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器的節(jié)能改造

3.1 節(jié)能原理

現(xiàn)代技術(shù)條件下，相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器主要通過(guò)高效的相變材料，結(jié)合預(yù)熱作用等新興技術(shù)實(shí)現(xiàn)熱水供應(yīng)的分階段加熱， 減小相變儲(chǔ)熱材料的換熱器設(shè)備的規(guī)模，并采用逆流換熱，提高系統(tǒng)的能效比。目前，在變相儲(chǔ)熱熱泵熱水器的開(kāi)發(fā)和研究上，主要再用相變儲(chǔ)熱預(yù)熱式熱泵熱水器模型來(lái)實(shí)現(xiàn)熱泵節(jié)能效果的最大化。與常規(guī)的熱泵熱水器相比，主要在以下兩點(diǎn)上集中體現(xiàn)了相變儲(chǔ)熱預(yù)熱式的熱泵熱水器模型的優(yōu)點(diǎn)：一是進(jìn)入加熱器的水的溫度在預(yù)熱階段會(huì)高于室溫， 由此使得制冷劑與水兩者之間的換熱溫差變?。欢窃谙嗤瑑?chǔ)熱能量下，相變儲(chǔ)熱材料儲(chǔ)能量大，因此，可以大幅減小相變儲(chǔ)熱材料的換熱器設(shè)備的規(guī)模。

3.2 節(jié)能技術(shù)改造

為了達(dá)到最大節(jié)省能源的目的，最有效的技術(shù)改造方法是將變相儲(chǔ)熱熱泵熱水器與制冷空調(diào)器兩種設(shè)備結(jié)合到一起。變相儲(chǔ)熱熱泵熱水器和制冷空調(diào)器可以共用一些相同的系統(tǒng)部分，如此這般可以更有效的節(jié)省能源，并可以有效緩解空調(diào)對(duì)環(huán)境造成的不利影響。在夏季，較多使用空調(diào)器的制冷功能時(shí)，可以同時(shí)利用空調(diào)器產(chǎn)生的冷凝熱制造熱水，還可以進(jìn)一步提高空調(diào)器的制冷能效比，減少空調(diào)器對(duì)周?chē)h(huán)境的熱污染。在春季、秋季和冬季，相對(duì)較少使用空調(diào)器時(shí)，可以利用空調(diào)器閑置的熱泵系統(tǒng)幫助變相儲(chǔ)熱熱泵熱水器系統(tǒng)制造熱水。如此這般，可以大幅提高整套結(jié)合設(shè)備的全年功效率。

隨著熱水器相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，可以以二氧化碳作為環(huán)保制冷劑，應(yīng)用于熱泵熱水器及空調(diào)器。因?yàn)槎趸枷鄬?duì)其他類(lèi)似功能的材料而言，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響較小，價(jià)格低廉，安全系數(shù)高，其物理化學(xué)性能比較穩(wěn)定，流動(dòng)性和傳熱性能好，單位容積制冷量也很高，因此可以明顯減小壓縮機(jī)尺寸，壓縮相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器和空調(diào)器的結(jié)合設(shè)備系統(tǒng)的體積和規(guī)模，降低設(shè)備安裝的成本，節(jié)能環(huán)保。此外，還可以考慮將相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器和其他傳統(tǒng)的熱水器技術(shù)相結(jié)合。不僅可以使太陽(yáng)能熱水器不再受天氣影響，同時(shí)也可以提高熱泵的能效比。例如，可以將相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器的熱泵蒸發(fā)器做成太陽(yáng)能集熱器，將太陽(yáng)能作為低位熱能。

結(jié)語(yǔ)

目前看來(lái)，我國(guó)熱泵熱水器發(fā)展較晚，市場(chǎng)占有率還非常低?；谙嘧儍?chǔ)熱熱泵熱水器性能良好、成本相對(duì)較低、綠色環(huán)保等顯著的優(yōu)勢(shì)，其具有非常廣闊的市場(chǎng)前景，尤其是在供應(yīng)50°左右的熱水方面。因此，我國(guó)應(yīng)進(jìn)一步加大對(duì)相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器方面的科學(xué)、市場(chǎng)研究，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)相變儲(chǔ)熱熱泵熱水器的市場(chǎng)化。

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