直膨式太陽能輔助熱泵空調(diào)熱水器及熱經(jīng)濟(jì)分析
1、前言
利用空氣源熱泵和太陽能進(jìn)行住宅采暖、空調(diào)與制取生活熱水,是建筑節(jié)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(yùn)行時(shí),一個(gè)嚴(yán)重問題是當(dāng)室外氣溫過低時(shí),室外換熱器表面結(jié)霜。隨著表面霜層的增厚,空氣流通面積減小,空氣流動(dòng)阻力增大,從而使風(fēng)機(jī)流量減小;同時(shí),霜層形成的熱阻會(huì)進(jìn)一步惡化盤管的換熱效果,從而導(dǎo)致室外換熱器吸熱量不足、熱泵性能衰減,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)率篃岜貌荒苷９ぷ鳌⒐收纤罊C(jī)。太陽能熱水器則存在著受天氣狀態(tài)影響較大的不足。而且,空調(diào)器和熱水器相互獨(dú)立,設(shè)備費(fèi)用高,利用率低,空氣源熱泵在冬季寒冷天氣運(yùn)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(shù)綜合了太陽能熱利用與空氣源熱泵的優(yōu)點(diǎn),揚(yáng)長(zhǎng)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(jì)70年代后期開始,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(duì)處于低谷。從1997 年開始,對(duì)DX - SAHP技術(shù)的研究重新興起,并且出現(xiàn)了持續(xù)上升的勢(shì)頭 。
作者設(shè)計(jì)出了一種DX-SAHP 空調(diào)熱水器 。它由室外機(jī)、室內(nèi)機(jī)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(diào)熱水技術(shù)的中央采暖、空調(diào)、熱水一體化熱泵設(shè)備,適用于住宅集中采暖、空調(diào)、供熱水,也可用于小型飯店、旅館和小型辦公樓。系統(tǒng)的基本運(yùn)行模式包括制冷(夏季空調(diào)) 、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(duì)其制冷、采暖、制熱水3種典型運(yùn)行模式進(jìn)行介紹,并對(duì)其節(jié)能減排情況進(jìn)行分析。
2、DX-SAHP空調(diào)熱水器的結(jié)構(gòu)及其典型運(yùn)行模式
作者設(shè)計(jì)的一種DX-SAHP空調(diào)熱水器由室外機(jī)、室內(nèi)機(jī)和熱水單元組成,如圖1所示。
圖1 DX - SAHP空調(diào)熱水器結(jié)構(gòu)示意
室內(nèi)機(jī)可以是多聯(lián)機(jī)式室內(nèi)機(jī)群。室內(nèi)機(jī)也可以是由風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)/冷凝盤管和金屬箱體組成的空氣處理機(jī),風(fēng)機(jī)和蒸發(fā)/冷凝盤管在金屬箱體內(nèi)。金屬箱體有一個(gè)回風(fēng)口,一個(gè)送風(fēng)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(gè)部件,也可以是多個(gè)部件的組合。下面對(duì)其制冷、采暖、制熱水3種典型運(yùn)行模式分別進(jìn)行介紹。
2.1、直膨式太陽能輔助熱泵空調(diào)熱水器制冷模式
壓縮機(jī)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。高溫高壓氣體制冷劑經(jīng)過壓縮機(jī)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(nèi),該高溫高壓氣體制冷劑通過室外蒸發(fā)/冷凝器釋放熱量給室外空氣,從而凝結(jié)成高溫高壓液體。然后,該高溫高壓液體經(jīng)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(jìn)入室內(nèi)機(jī)的蒸發(fā)/冷凝盤管,通過該蒸發(fā)/冷凝盤管吸收室內(nèi)空氣的熱量而蒸發(fā)成低溫低壓氣體,然后依次經(jīng)過四通閥的C端和四通的B端,進(jìn)入壓縮機(jī)的進(jìn)氣口。在壓縮機(jī)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(fù),維持夏季制冷模式。室外機(jī)風(fēng)機(jī)的開關(guān)取決于太陽能集熱/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能集熱/散熱器的表面溫度控制。
