往復加熱型雙水箱空氣源熱泵熱水器試驗研究

2010-04-03 張后雷 南京理工大學

  介紹了新型往復流動加熱雙水箱熱泵熱水器的組成與工作過程,研制了試驗系統,測量了系統的基本性能。試驗結果表明新系統在原理上是可行的。在相同加熱時間內,該系統比恒溫加熱型加熱水量提高29% ,性能系數提高19%; 在相同加熱水量條件下,該系統與常規變溫加熱型的性能系數和加熱時間基本相同,但儲熱性能優于后者,說明水箱內部采用的浮子卷套結構減少了冷熱水混合不可逆損失。

1、前言

  空氣源熱泵熱水器因其在節能方面的優越性引起了國內外的普遍重視[1、2] 。根據水加熱過程中熱泵系統冷凝溫度是否變化將熱泵熱水器分為恒溫加熱型和變溫加熱型。恒溫加熱型冷水流經冷凝器至出口直接被加熱至設定溫度,得到的熱水可直接使用或送入水箱中儲存,其特點是可實時供熱水,但冷凝溫度由設定溫度決定且保持不變、性能系數低;變溫加熱型的水在冷凝器水箱中被逐漸加熱至設定溫度,其特點是冷凝溫度在加熱過程中逐漸升高、平均性能系數較高、加熱時間較長,變溫加熱型根據被加熱水是否流動可分為靜態加熱和流動加熱[3~5] 。靜態加熱過程的換熱系數小,流動加熱過程的換熱系數大,在同樣換熱量和換熱溫差條件下,前者需要更大的冷凝器換熱面積。

  有水箱的流動加熱型熱泵熱水器在運行過程(加熱過程或補冷水、供熱水過程)中存在冷熱水混合不可逆損失,為減少此損失,同時減小加熱時間或用戶等待時間,文獻[6]提出了一種基于往復流動加熱的變溫加熱型雙水箱熱泵熱水器系統作模式,本文將介紹該系統的組成與工作過程,通過試驗測定其基本性能并和常規系統進行比較分析。

5、結論

  (1)連續運行的往復加熱型雙水箱熱泵熱水器系統方案在原理上是可行的;

  (2) 在相同加熱時間內,往復加熱型比恒溫加熱型加熱水量提高29%,性能系數提高19%,在相同加熱水量條件下,往復加熱型與常規變溫加熱型的性能系數和加熱時間基本相同;

  (3)往復加熱型供熱水過程性能優于常規變溫加熱型,說明水箱內部浮子卷套結構有助于減少冷熱水混合不可逆損失。

  本文旨在從原理上驗證往復加熱型雙水箱熱泵熱水器方案的可行性,由于試驗裝置未經優化,試驗結果僅具有相對比較意義,不宜將所測數據直接與經過優化的商用常規熱泵熱水器進行比較。事實上目前的試驗系統還存在有待改進之處,如浮子卷套結構及外部保溫尚不完善,管殼式冷凝器和連接管路余隙容積較大,往復流動周期和各部件匹配也需要優化等。

參考文獻

  [1]  周峰,馬國遠. 空氣能熱泵熱水器的現狀及展望[J]. 節能, 2006, 25 (7) : 13216.
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  [5]  Cao F, Fei Xing Z, L i L, Study on performance of a heat pump water heater using suction stream liquid injection [J]. App lied Thermal Engineering, 2009, 29:294222948.
  [6]  張后雷,劉心志,朱曙光,等. 雙水箱熱泵熱水器及其加熱方法[P]. 中國: 200810154802. 2, 2008.
  [7]  陳士發. 往復加熱型雙水箱熱泵熱水器理論分析和試驗研究[D]. 南京:南京理工大學碩士學位論文, 2008.