直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵空調熱水器及熱經(jīng)濟分析

1、前言

　　利用空氣源熱泵和太陽(yáng)能進(jìn)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(shí),一個(gè)嚴重問(wèn)題是當室外氣溫過(guò)低時(shí),室外換熱器表面結霜。隨著(zhù)表面霜層的增厚,空氣流通面積減小,空氣流動(dòng)阻力增大,從而使風(fēng)機流量減小;同時(shí),霜層形成的熱阻會(huì )進(jìn)一步惡化盤(pán)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(shí)甚至會(huì )致使熱泵不能正常工作、故障死機。太陽(yáng)能熱水器則存在著(zhù)受天氣狀態(tài)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(wèn)題也沒(méi)有得到解決。

　　直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵(DX-SAHP)技術(shù)綜合了太陽(yáng)能熱利用與空氣源熱泵的優(yōu)點(diǎn),揚長(cháng)避短,是解決上述問(wèn)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(kāi)始,形成了DX-SAHP技術(shù)的第一個(gè)研究高峰期, 1988年后的近10年時(shí)間,研究活動(dòng)相對處于低谷。從1997 年開(kāi)始,對DX - SAHP技術(shù)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(shù)和空氣源熱泵空調熱水技術(shù)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(shí)制熱水、采暖的同時(shí)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(jìn)行介紹,并對其節能減排情況進(jìn)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(lián)機式室內機群。室內機也可以是由風(fēng)機、蒸發(fā)/冷凝盤(pán)管和金屬箱體組成的空氣處理機,風(fēng)機和蒸發(fā)/冷凝盤(pán)管在金屬箱體內。金屬箱體有一個(gè)回風(fēng)口,一個(gè)送風(fēng)口。太陽(yáng)能集熱/散熱器上表面還可以安裝太陽(yáng)能光伏電池。膨脹器組件可以是單個(gè)部件,也可以是多個(gè)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(jìn)行介紹。

2.1、直膨式太陽(yáng)能輔助熱泵空調熱水器制冷模式

　　壓縮機啟動(dòng)。四通閥的A 端與D 端接通, B端與C端接通。第三個(gè)電磁閥關(guān)閉。第一個(gè)電磁閥打開(kāi)。高溫高壓氣體制冷劑經(jīng)過(guò)壓縮機的排氣口,經(jīng)由第一個(gè)電磁閥,進(jìn)入四通閥的A端,流出四通閥的D端,進(jìn)入室外蒸發(fā)/冷凝器。在室外蒸發(fā)/冷凝器內,該高溫高壓氣體制冷劑通過(guò)室外蒸發(fā)/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(jīng)過(guò)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(jìn)入室內機的蒸發(fā)/冷凝盤(pán)管,通過(guò)該蒸發(fā)/冷凝盤(pán)管吸收室內空氣的熱量而蒸發(fā)成低溫低壓氣體,然后依次經(jīng)過(guò)四通閥的C端和四通的B端,進(jìn)入壓縮機的進(jìn)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(gè)制冷循環(huán)。制冷循環(huán)不斷重復,維持夏季制冷模式。室外機風(fēng)機的開(kāi)關(guān)取決于太陽(yáng)能集熱/散熱器是否有足夠的散熱能力。第二個(gè)電磁閥由室外蒸發(fā)/冷凝器的入口溫度和太陽(yáng)能集熱/散熱器的表面溫度控制。