复合低温源热泵热水机组的研究与开发

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1、复合低温源热泵热水机组的研究与开发　　摘要：复合低温源热泵热水机组是利用空气、太阳辐射能等作为低温热源，制取热水的装置。介绍了该机组研究的内容、方法及进展，本文分析了所研制的空气源热泵热水机组的结构、特点及其测试结果。初步研究结果表明：复合低温源热泵热水机组由于其技术上的优势和节能的优点，将成为中小型热水供应系统的有很强竞争力的选择方案之一　　关键词：复合低温源热泵热水机组市场潜力应用前景　　0研究背景传统的生活用热水装置通常采用电锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉或家用电热水器、燃气热水器及太阳热水器等。这些装置的热效率低，一次能源消耗量大，不利于环境保护。太

2、阳热水器初装费用较高，且受气候及安装条件的影响。热泵能够实现热量由低温向高温的传输，性能系数高。因此，作为热水制备装置，热泵系统得到了越来越广泛地应用。热泵是通过做功使热量从低温的介质向高温介质流动的装置。热泵与制冷机的工作原理和过程是完全相同的，区别只在于应用的目的不同：制冷机的目的是从低温热源除去热量，或称得到冷量，如家用电冰箱、空调器等；通常称的热泵则以得到较高温度的热量为目的。但如何利用这一技术制取热水，尤其是如何利用空气与太阳辐射作为复合低温源来制取热水，还是一项有待开发和完善的技术。复合低温源热泵热水机组是利用空气、太阳辐射能等作为低温热源

3、，通过机械做功将这些低温源的热量传输到热水换热器，制取40℃～60℃的热水，其输出功率和输入功率之比可达到4以上，即制取相同的热水，其耗电量仅是电热水器的1/4。复合低温源可最大限度的提高热泵的COP值，扩大其使用范围和区间。复合低温源热泵热水机组可克服电热水锅炉、燃油热水锅炉及电热水器等能效低、污染重的缺陷，效率大大提高。因此，这一技术节能、环保效益显著，利用再生能源，是能源转换及传输过程中的节能技术及低品位热能利用技术。热泵的理论基础起源于19世纪关于卡诺循环的论文。直到20世纪20～30年代，热泵设备的开发工作才取得了较快的发展。当时，英国安装了

4、第一台以空气为热源作热水供应和采暖用的热泵。1937年日本在大型建筑物内装备了以泉水为低温热源的热泵空调系统。1950年前后，英美两国开始使用地下盘管吸收地热作为热源的家用热泵的研究工作。由于石油危机的影响，热泵在70年代得到较大的发展。日本、瑞典和法国等国家生产了以室外空气为热源的小型家用热泵。英国和德国开发了与商业和公共建筑的热回收相结合的大型热泵装置。近年来，我国在热泵技术的应用方面已进入快速发展阶段，尤其是空气源热泵的研究与应用进展较快。国内研究人员对太阳能热泵、水源热泵及地源热泵进行了应用研究和工程示范。这些对推动热泵在建筑供热空调中的应用起

5、到了很好的促进作用。目前，复合低温源热泵供热技术与应用研究刚刚起步。1研究内容与进展研发主要内容及方法研发主要内容我们校企合作主要研究复合低温源热泵热水机组中不同低温热源、热泵主机及热交换器之间的设计优化方法，开发复合低温源热泵系统的应用技术，研制、开发与复合低温源热泵产业化密切相关的商用复合低温源热泵热水机组、家用复合低温源热泵热水器及相关设备等。主要研究内容：1)复合低温源热泵热水系统的基础研究：不同低温源换热器的设计计算方法及其优化；高温源热泵制冷剂特性研究；复合低温源热泵热水系统的仿真及其优化。2)复合低温源热泵热水系统的技术开发：太阳能集热器

6、、空气换热器及水－制冷剂热交换器的强化换热技术及其小型化技术；适合热泵热水系统的空调技术的开发。3)复合低温源热泵热水系统的产业化：适用的家用复合低温源热泵热水器与商用复合低温源热泵热水机组的开发和生产；开发和生产适合复合低温源热泵热水系统的各种换热器；市场的培育和开发。总体目标：建立和开发热泵主机换热器传热设计计算方法及计算机辅助设计优件；设计、研制复合低温源热泵热水机组样机并鉴定推广；产品通过国家相关行业许可认证并获得相应的专利及知识产权；建设复合低温源热泵热水供应示范工程，并达到比传统的热水供应系统运行费用降低30％以上。研究方法1）理论研究：在

7、以前研究工作的基础上，提出适合不同低温热源及热水换热系统的热泵设计方法。根据不同的使用条件和应用范围，确定主机的设计选型。通过理论上的改进、对物理现象的深入分析以及计算机模拟的方法，解决好复合低温源热泵热水系统的优化设计问题。2）实验研究：设计、制作、安装、调试热泵样机。主要包括各种换热器的设计、强化传热及本体的小型化；样机的各种参数测定；主机及其系统的优化设计。3）工程应用研究与推广：设计、安装复合低温源热泵热水系统示范工程，研究开发相应的配件、设备及施工技术。研究进展机组构成我们共同研制的第一台空气源热泵热水机组样机已完成。热泵式热水机组是由一个制

8、冷循环组成，包括主机和冷凝器两部分。其中主机部分包括蒸发器、风扇、压缩机及膨胀阀；冷凝器为内放