低溫太陽(yáng)能熱水輔助空氣源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能研究

李國(guó)華

摘 要：由于寒冷地區(qū)冬季空氣源熱泵因?yàn)橥饨鐪囟拳h(huán)境大幅降低而出現(xiàn)的制熱效率變低的現(xiàn)象時(shí)常出現(xiàn)，為了解決這一問(wèn)題，把太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)以及空氣源的熱泵系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，將原有的系統(tǒng)改變?yōu)榈蜏靥?yáng)能熱水輔助空氣源熱泵系統(tǒng)，本文首先介紹了經(jīng)過(guò)改造之后的系統(tǒng)原理，然后對(duì)將前后進(jìn)行對(duì)比得知，低溫太陽(yáng)能熱水輔助空氣源熱泵系統(tǒng)的制熱量是改造前系統(tǒng)的大概2.1倍，能夠有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)能要求。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵；太陽(yáng)能；制熱效率；節(jié)能

引言

在空氣熱源泵在寒冷地區(qū)冬季使用的過(guò)程中，機(jī)組運(yùn)行的環(huán)境相對(duì)比較惡劣，隨著外界環(huán)境溫度不斷的降低很容易造成室外盤(pán)管結(jié)霜現(xiàn)象的出現(xiàn)，這樣造成機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行效率不斷的降低，嚴(yán)重的會(huì)影響正常的啟動(dòng)。為了解決原有空氣源熱泵在寒冷地區(qū)冬季制熱效率較小的現(xiàn)象，需要對(duì)其進(jìn)行改造，在改造方案的制定過(guò)程中主要是對(duì)于太陽(yáng)能集熱器的加入，將太陽(yáng)能熱水為低位提供熱量，有效的提升制冷劑的溫度，這樣就能夠有效的改善外界環(huán)境盤(pán)管的結(jié)霜現(xiàn)象，進(jìn)一步的提升機(jī)組的制熱效率。

1、理論分析

COP（制熱系數(shù)）作為衡量熱泵機(jī)組工作效率高低的主要指標(biāo)，只跟機(jī)組工作的高低溫?zé)嵩吹膶?shí)際溫度有著聯(lián)系。根據(jù)下式得知，在高溫?zé)嵩吹膶?shí)際溫度沒(méi)有變化時(shí)，COP只和低溫?zé)嵩吹膶?shí)際溫度有關(guān)系，而在低溫太陽(yáng)能輔助空氣源熱泵系統(tǒng)中，對(duì)于太陽(yáng)能的加入能夠有效的提升制冷劑的溫度，進(jìn)一步的提升熱泵機(jī)組的實(shí)際制熱效率。

其中，q0：?jiǎn)挝毁|(zhì)量制冷劑制熱能力

T0：低溫?zé)嵩吹臏囟?/p>

T∞：高溫?zé)嵩吹臏囟?/p>

W：?jiǎn)挝毁|(zhì)量制冷劑耗功量

2、實(shí)測(cè)分析

2.1 改進(jìn)系統(tǒng)圖

太陽(yáng)能集熱器流出的水以及制冷劑實(shí)際換熱的位置在板式換熱器中進(jìn)行，主要四通換向閥以及壓縮機(jī)，最終達(dá)到室內(nèi)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)冷凝放熱工作，冷凝放熱就會(huì)進(jìn)入板式換熱器，這樣一來(lái)就形成了制冷劑循環(huán)環(huán)路。在這樣的系統(tǒng)中，熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器就是板式換熱器，實(shí)際實(shí)現(xiàn)制冷劑以及熱水來(lái)進(jìn)行換熱，熱水是太陽(yáng)能而吸收的熱量，這樣一來(lái)能夠有效的提升制冷劑的實(shí)際蒸發(fā)的溫度。改造后的系統(tǒng)原理見(jiàn)圖1。

2.2 實(shí)測(cè)結(jié)果分析

2.2.1 太陽(yáng)能集熱分析

衡量改造后的系統(tǒng)的主要參數(shù)就是太陽(yáng)能集熱器的集熱量。圖2 是太陽(yáng)能集熱器進(jìn)出口循環(huán)水的溫度的變化曲線。

改造后的系統(tǒng)的太陽(yáng)能集熱器的出口循環(huán)水的溫度基本恒定在41攝氏度左右，而進(jìn)水口的循環(huán)水的溫度相對(duì)基本穩(wěn)定在22攝氏度左右，進(jìn)水口以及出水口的循環(huán)水的溫度相差基本在19攝氏度左右，因此，太陽(yáng)能集熱器的蓄熱能力是非常穩(wěn)定的，這樣能夠有效的保障制冷劑蒸發(fā)的實(shí)際溫度。

2.2.2 空氣源熱泵系統(tǒng)分析

因?yàn)楹涞貐^(qū)冬季的外界溫度是非常低的，這樣就很容易造成蒸發(fā)溫度也變得非常低，對(duì)于熱泵機(jī)組的制熱效率產(chǎn)生直接影響，圖3是室內(nèi)溫度以及空氣源熱本系統(tǒng)在正常運(yùn)用的過(guò)程中冷凝器進(jìn)出口的制冷劑的實(shí)際溫度和時(shí)間的變化曲線。

當(dāng)系統(tǒng)在正常的運(yùn)行過(guò)程中，冷凝器的進(jìn)出口的制冷劑的溫度是相對(duì)比較穩(wěn)定的，其中進(jìn)口的溫度基本保持在60攝氏度，出口溫度基本保持在35攝氏度，兩者之間的溫度差也就相對(duì)比較穩(wěn)定在25攝氏度，這種情況下的室內(nèi)溫度相對(duì)比較低，人們的舒適度相對(duì)較低。

2.2.3 太陽(yáng)能輔助空氣源熱泵系統(tǒng)分析

在改造后的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的蒸發(fā)器就是制冷劑的換熱器，在改造的系統(tǒng)正常運(yùn)行三個(gè)小時(shí)之后，蒸發(fā)器的進(jìn)出口制冷劑的溫度也就比較恒定的，其中進(jìn)口的溫度保持在24攝氏度左右，出口的溫度基本保持在12攝氏度左右，兩者之間的溫度差為12攝氏度。

在改造系統(tǒng)正常運(yùn)行三個(gè)小時(shí)之后，冷凝器進(jìn)出口的溫度是相對(duì)比較恒定的，其中進(jìn)口的其中室內(nèi)的溫度大致恒定在23攝氏度，相對(duì)于改造之前的溫度提升了3攝氏度左右。

2.2.4 空氣源熱泵系統(tǒng)與低溫太陽(yáng)能輔助空氣源熱泵系統(tǒng)對(duì)比分析

在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)于冷凝器進(jìn)出口制冷劑溫度以及耗電量的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，基本頻率保障在每十分鐘一次。通過(guò)相關(guān)的計(jì)算來(lái)得出COP。

改造之前的系統(tǒng)的COP基本在1.6左右，造成之后的系統(tǒng)的COP有了大幅度的提升至3.5左右，大約提升了2.2倍。所以，改造之后的低溫太陽(yáng)能熱水輔助空氣源系統(tǒng)能夠有效的提升機(jī)組的制熱性能。

改造之前的耗電量基本在0.16Kw左右，而低溫太陽(yáng)能熱水輔助空氣源熱泵系統(tǒng)的耗電量在0.14kw左右 ，實(shí)現(xiàn)了更加節(jié)能的效果。

改造之前的制熱量基本在1.6Kw左右，而低溫太陽(yáng)能熱水輔助空氣源熱泵系統(tǒng)的制熱量在3.3kw左右 ，因此低溫太陽(yáng)能熱水輔助空氣源熱泵系統(tǒng)能夠達(dá)到制熱效率高以及節(jié)點(diǎn)節(jié)能的預(yù)期效果。

3、結(jié)論

綜上所述，對(duì)于原有系統(tǒng)進(jìn)行改造，在原來(lái)的基礎(chǔ)上加入太陽(yáng)能集熱器，能夠有效的對(duì)于太陽(yáng)能進(jìn)行利用，使得蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑的溫度得到有效的改善，最終保障熱泵機(jī)組的制熱效率的變高。

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