空氣源熱水器在淮安地區(qū)的應(yīng)用研究

陳成　董云　劉劍雄

【摘 要】空氣源熱水器是一種新型高效節(jié)能的熱水器，近年來淮安地區(qū)開始在居住小區(qū)集中使用。作者通過對整年空氣源熱水器測試數(shù)據(jù)的采集與分析，獲得該型熱水系統(tǒng)的COP及工作能耗與淮安地區(qū)全年氣溫變化的關(guān)系曲線，并對空氣源熱水器在淮安地區(qū)的使用提出建議和意見。

【關(guān)鍵詞】空氣源熱泵熱水器；工作原理；應(yīng)用分析

0 引言

大力開拓新能源與可再生能源的實際應(yīng)用成為我國解決能源緊張的重要戰(zhàn)略任務(wù)。空氣源熱泵熱水器是綜合電熱水器和太陽能熱水器優(yōu)點的安全節(jié)能環(huán)保型熱水器，使用成本只有電熱水器的1/4，燃?xì)鉄崴鞯?/3。[1]。高熱效率是空氣源熱泵熱水器最大的特點和優(yōu)勢。所以近幾年空氣源熱泵熱水機(jī)組在家用制取生活熱水方面，得到了大力的發(fā)展和應(yīng)用。

空氣源熱水器的熱泵輸出的能量為壓縮機(jī)做的功與熱泵從環(huán)境中吸收的熱量之和。所以環(huán)境溫度對其能效比（COP）有重要的影響[2]。目前空氣源熱水器在長江以南地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，這與江南地區(qū)氣溫較高（年平均溫度15.7℃-18.7℃）有很大關(guān)系[3]。

淮安地區(qū)位于江淮之間，氣溫在1℃—28℃之間，全年日平均氣溫為14.6℃，屬于冬冷夏熱地區(qū)，全年溫度變動較大。通過對淮安地區(qū)全年氣溫、空氣源熱水器能效比的數(shù)據(jù)采集與分析，可以對淮安地區(qū)空氣源熱水器的應(yīng)用提出建議與意見。

1 空氣源熱水器效能比計算

空氣源熱水器的工作原理是利用逆卡諾循環(huán)原理，從空氣中吸收熱量，搬運轉(zhuǎn)移到水系統(tǒng)的一種熱泵設(shè)備?？諝庠礋岜脽崴骺梢杂幂^少的電能通過熱泵技術(shù)把空氣中的低品熱能吸收進(jìn)來并轉(zhuǎn)化為高溫?zé)崮堋?/p>

空氣源熱泵熱水器是從空氣中吸取熱量，受氣溫條件的影響較大，我國熱泵熱水器行業(yè)普遍采用系統(tǒng)性能系數(shù)（COP）作為能效評價指標(biāo)，具體計算見公式（1）：

COP=■=■（1）

式中：Q1：制熱量；Q2：輸入功率；M：總?cè)萘縇；tr：熱水溫度，tr=55℃；tl：冷水溫度，℃；C：水的比熱，1kcal（千卡）=4.184kJ；COP：能效比；W：用電量。

2 實驗原理和實驗裝置

2.1 實驗原理：通過對空氣源熱泵熱水器的出水溫度、環(huán)境溫度和耗電量的測量，將所測的數(shù)據(jù)代入到公式（1）得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分類匯總分析機(jī)組的能效比。

2.2 實驗過程：在空氣源熱泵水箱中心位置布置溫度傳感器，并與東華（DH5922）動態(tài)信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接測得不同時間段的水箱溫度，將每天的用電量（電能表）、環(huán)境的溫度（溫度傳感器），通過數(shù)據(jù)采集儀采集并傳送到計算機(jī)進(jìn)行記錄。

3 淮安地區(qū)氣溫與空氣源熱水器效能比實測數(shù)據(jù)表格和數(shù)據(jù)分析

本實驗通過實驗得到淮安2015.12.1到2016.11.30全年平均氣溫、耗電量、和已給定的出水溫度（55℃）、總?cè)萘浚?50L）代入公式（1）中得出COP（表1）。（月平均COP值）

3.1 測得-5℃-35℃之間9個氣溫值匯總得出其COP值：（某一時間段的COP值）

4 分析與建議

1）通過數(shù)據(jù)分析，由表1和表2可知，淮安地區(qū)的平均COP在3.5左右，因此在淮安地區(qū)空氣源熱水器適用。從圖2可以看出全年每月COP值走勢平坦；系統(tǒng)COP平均浮動在3.5-4.5之間，最大達(dá)到5.4；圖3中隨著環(huán)境溫度的提高，系統(tǒng)的性能參數(shù)COP呈現(xiàn)近似線性的增長，COP值在（-5℃-5℃）趨勢平坦，集中在2.5，在10℃-35℃區(qū)間COP持續(xù)增長，最大也達(dá)到5.4，兩者對比得出其COP值平穩(wěn)呈上升勢頭，集中在3.5左右。

2）在淮安地區(qū)，全年平均氣溫為14.6℃，根據(jù)關(guān)系圖可以看出，7、8月份溫度最高對應(yīng)的（30-35℃），COP值不斷增長，耗電量明顯下降，能達(dá)到高效節(jié)能的效果。

3）但是由于室外空氣溫度、進(jìn)出水溫度的不同，簡單的COP值很難說明其能效情況，評價指標(biāo)有很大的局限性，究其原因COP是一個瞬時量，只能反映某個特定工況的能耗情況，而熱水加熱是一個持續(xù)變化的過程。因此我們應(yīng)該更加注重加熱周期能效系數(shù)的研究，加熱周期能效系數(shù)直觀地說明了不同熱泵熱水器在一定的室外條件下的能效，可以體現(xiàn)熱泵熱水器運行的能耗情況和相對優(yōu)劣。鑒于本次試驗經(jīng)費不足和一些其他的因素，下次我們會著重過程量的實驗研究，得出更全面，更精確的數(shù)據(jù)，提出更好的意見。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張潔.空氣源熱泵熱水器的季節(jié)性能優(yōu)化與制冷劑流量特性研究[D].上海交通大學(xué)，2006（4）：4-8.

[2]劉國雙.空氣源熱泵COP值與節(jié)能應(yīng)用探討[J].山西建筑，2009（1）.

[3]王建華.基于氣候條件江南傳統(tǒng)民居應(yīng)變研究[D].浙江大學(xué)，2008（6）：22.

[責(zé)任編輯：田吉捷]