空气源热泵热水器的换热优化设计探讨

赵鹏飞 黄剑峰

（广东长菱空调冷气机制造有限公司，广东 佛山 528000）

空气源热泵热水器的换热优化设计探讨

赵鹏飞 黄剑峰

（广东长菱空调冷气机制造有限公司，广东 佛山 528000）

本文简单介绍了空气源热泵热水器的技术特点、工作原理，并介绍不同热模式对空气源热水器能效的影响，提出目前空气源热泵热水器换热方案。并且重点强调空气源热泵热水器的季节能效。

热泵热水器；性能影响；季节因素

1 空气源热泵热水器开发的重要性

1.1 空气源热泵热水器的技术及其特点

空气源热泵热水器的工作原理是比较特别的，由于其内置了一种吸热介质，它的最低液化温度能够达到-20℃，这样很显然会和外界存在一定的温差。冷媒必然吸收外界的热量。在蒸发器中逐渐蒸发汽化。通过热水器中压缩机的工作，冷媒的状态在从汽化到液化，这样会释放出热量，达到使水箱的水温升高。

1.2 热泵热水器相对于其他热水器的优越性

我们从不同角度分析不同热水器的性能，可以发现热泵热水器具有很多优点。空气源热泵热水器比较节能，虽然前期投入多一点，不过使用寿命非常的长。首先它工作的原理即是将水中或者空气中的废热利用起来给需要热量的环境供热，这比单纯地用天然气加热或者电加热更加节能。除此以外，它完全实现了水电分离，并且没有像燃气热水器那样有爆炸的隐患。所以使用起来安全可靠。并且，它可以随意安装在家里任何地方，安装也很方便。

2 空气源热泵热水器的换热优化设计方案

2.1 不同的热模式对能效的影响

空气源热泵热水器产品标示的性能系数，是指在工作状况时的性能系数。通过研究发现环境温度对空气源热泵热水器的性能系数影响非常的明显。当环境温度在30℃左右的时候，系统地各方面运行系数都非常的好。然而，同样的空气源热泵热水器在不同的使用环境和时间的时候，它的运行性能系数是不一样的。所以，我们不能采取单一控制模式。这样会由于环境的变化，空气源热泵热水器整体的运行性能系数不高。并不能够充分发挥空气源热泵热水器的节能效应。厂家在设置空气源热泵热水器控制系统时，可根据用户需求不同、典型的季节变化特点及每天的温度变化规律设计午间模式、冬季节能模式、等多模式流程控制系统。让用户有多种选择的可能性。

第一种模式午间模式适用于秋冬过渡季节，或者早晚过渡季节。午间模式在冬季及过渡季节，这样的季节温差比较大，一天中温度最高的时候一般出现在午间，这时候的运行性能系数一般情况下比夜里高0.5以上，客户可以将模式控制在系统午间模式，这个时间段加热热泵热水器，其他的时间段保持保温措施。这样有利于提高系统运行性能系数。

当热泵热水器运行冬季节能模式的时候，我们设置空气风温度为16℃的时候，我们可以发现水箱水箱输出热水温度为55℃时的单位制热量消耗的电力比为水箱输出热水温度为45℃时的1.3倍还多。因此空气源热泵热水器热水出口温度低些有利于提高系统运行效率。尤其是在冬季运行时，客户可以将水箱的温度设定较小值时，这样保温时候散热损失小，系统运行节能效果显著。故设计控制方案时，可单独设置一种冬季节能运行模式，即设定低的水箱温度（45℃-48℃）并在午间时段加热，供不需长时间连续使用热水的家庭选择，可最大程度提高系统运行性能。

图1 热泵热水器的运行性能

3 空气源热泵热水器的季节能效

3.1 空气源热泵热水器不同水箱温度的能效影响

我们通过常识也可以发现水箱的温度不一样，热水器的能效肯定也是不一样的。我们可以通过设定水箱的温度对系统运行性能COP的影响，通过实验，我们发现系统COP值与水箱设定温度成相反的发展趋势，水箱温度的值升高，COP值会相应的下降。当温度达到最高点60℃的时候，不同环境温度下工作的COP值都相应的降到最低。不过，环境温度比较高的时候，COP值下降地比较慢，变化的幅度大约在0.2-0.4左右;当环境温度较低时，COP值下降地就会比较快了。变化的幅度可以达到0.7-1.5之间了。

3.2 空气源热泵热水器的年度季节能效影响

在不同的季节，空气源热泵热水器的能效影响是不一样的。我们可以通过实验测试在不同的温度下，空气源热泵热水器的运行性能特征，下图就是某研究机构对热泵的热水器的运行性能做的实验测试情况。

通过实验，我们可以发现，系统COP随环境温度的变化具有一定的规律。我们可以将其分为低温、中温和高温三个区域。在低温时，COP变化比较小，不过，COP本身很低，工作效果比较差。在中温的时候，COP明显上升，它的最大值也出现在该区域。是热水器的最佳工作温度。而到了高温区域又出现了下降的趋势。不过，在考虑现实环境中，我们可以发现，夏天的时候进水温度会很高，而冬天进水的温度更低，温度低的情况下，运行费用会变得高一点。以合肥地区为例，我们可以发现，冬天 在4℃和夏天 30℃时的时间最长，如果优化热泵，就得考虑他的平均效率。尤其是在某个大型楼盘装配热泵时，工程的负责人必须在投标时要求提供年平均COP值效率。这样就会促使企业相应的因地制宜，专门为该地区设定专用型的热泵热水器。

[1]苏生.空气源热泵热水器的优化设计选择[J].流体机械，2010（10）：79-81.

[2]李明霞.热泵热水器系统的方案比较与分析[J].工程设计，2011（29）：40-45.

TQ05

A

10.13612/j.cnki.cntp.2014.07.076