1、前言

　　利用空氣源熱泵和太陽能進行住宅采暖、空調與制取生活熱水,是建筑節能和可再生能源利用以及污染物減排的重要議題。然而,空氣源熱泵冬季用做制熱運行時,一個嚴重問題是當室外氣溫過低時,室外換熱器表面結霜。隨著表面霜層的增厚,空氣流通面積減小,空氣流動阻力增大,從而使風機流量減小;同時,霜層形成的熱阻會進一步惡化盤管的換熱效果,從而導致室外換熱器吸熱量不足、熱泵性能衰減,嚴重時甚至會致使熱泵不能正常工作、故障死機。太陽能熱水器則存在著受天氣狀態影響較大的不足。而且,空調器和熱水器相互獨立,設備費用高,利用率低,空氣源熱泵在冬季寒冷天氣運行中的問題也沒有得到解決。

　　直膨式太陽能輔助熱泵(DX-SAHP)技術綜合了太陽能熱利用與空氣源熱泵的優點,揚長避短,是解決上述問題的有效途徑之一。DX-SAHP的概念由Sporn等人于1955年首次提出,20世紀70年代后期開始,形成了DX-SAHP技術的第一個研究高峰期, 1988年后的近10年時間,研究活動相對處于低谷。從1997 年開始,對DX - SAHP技術的研究重新興起,并且出現了持續上升的勢頭 。

　　作者設計出了一種DX-SAHP 空調熱水器 。它由室外機、室內機和熱水單元組成,是一種利用DX - SAHP技術和空氣源熱泵空調熱水技術的中央采暖、空調、熱水一體化熱泵設備,適用于住宅集中采暖、空調、供熱水,也可用于小型飯店、旅館和小型辦公樓。系統的基本運行模式包括制冷(夏季空調) 、采暖、制熱水,可能的衍生模式包括制冷的同時制熱水、采暖的同時制熱水以及除霜。本文對其制冷、采暖、制熱水3種典型運行模式進行介紹,并對其節能減排情況進行分析。

2、DX-SAHP空調熱水器的結構及其典型運行模式

　　作者設計的一種DX-SAHP空調熱水器由室外機、室內機和熱水單元組成,如圖1所示。

圖1　DX - SAHP空調熱水器結構示意

　　室內機可以是多聯機式室內機群。室內機也可以是由風機、蒸發/冷凝盤管和金屬箱體組成的空氣處理機,風機和蒸發/冷凝盤管在金屬箱體內。金屬箱體有一個回風口,一個送風口。太陽能集熱/散熱器上表面還可以安裝太陽能光伏電池。膨脹器組件可以是單個部件,也可以是多個部件的組合。下面對其制冷、采暖、制熱水3種典型運行模式分別進行介紹。

2.1、直膨式太陽能輔助熱泵空調熱水器制冷模式

　　壓縮機啟動。四通閥的A 端與D 端接通, B端與C端接通。第三個電磁閥關閉。第一個電磁閥打開。高溫高壓氣體制冷劑經過壓縮機的排氣口,經由第一個電磁閥,進入四通閥的A端,流出四通閥的D端,進入室外蒸發/冷凝器。在室外蒸發/冷凝器內,該高溫高壓氣體制冷劑通過室外蒸發/冷凝器釋放熱量給室外空氣,從而凝結成高溫高壓液體。然后,該高溫高壓液體經過膨脹閥組件膨脹為低溫低壓的兩相流。該低溫低壓兩相流制冷劑進入室內機的蒸發/冷凝盤管,通過該蒸發/冷凝盤管吸收室內空氣的熱量而蒸發成低溫低壓氣體,然后依次經過四通閥的C端和四通的B端,進入壓縮機的進氣口。在壓縮機中,該低溫低壓氣體制冷劑被壓縮成高溫高壓氣體制冷劑,完成了一個制冷循環。制冷循環不斷重復,維持夏季制冷模式。室外機風機的開關取決于太陽能集熱/散熱器是否有足夠的散熱能力。第二個電磁閥由室外蒸發/冷凝器的入口溫度和太陽能集熱/散熱器的表面溫度控制。