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摘要：热水器在人们日常生活中运用得较广泛，随着技术的变革与发展而不断出现更新换代。空气源热泵热水器属于继燃气热水器、电热水器、太阳能热水器之后的第四代热水器，更加环保节能。基于此，本文就从本文从优化控制系统、采用高效换热器、提高系统部件匹配性能等方面分析了提高空气源热泵热水器性能实现高效节能的有效途径。
关键词：空气源；热泵热水器；性能；途径
1、空气源热泵热水器概述
目前燃气热水器、电热水器、太阳能热水器是市场上主要的热水器产品，空气源热泵热水器被称为第4代热水器，以其环保、高效、运行安全等优点正被人们所重视。相同的水箱设定温度条件下，环境温度对系统能效比的影响可以分为3个区，即：-5~5℃低温区Ccop值小，变动小；5~30℃中温区Ccop值变化幅度大，其中30℃为最佳运行环境温度；30℃以上高温区Ccop值下降明显。与传统的节流元件相比，电子膨胀阀具有响应速度快、控制灵活、调节范围宽等特点，目前已成功应用于家用房间空调器、热泵热水器、多联机、超市冷柜和冷水机组等系统中。
2、空气源热泵热水器性能及原理
热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象，其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。空气源热泵热水器主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀四部分组成。通过让工质不断完成蒸发（吸取空气中的热量）→压缩→冷凝（放出热量加热水）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。空气源热泵热水器工作时，把空气中贮存的能量QA在蒸发器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即压缩机耗电QB；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热QC。据能量守恒定律：QC=QA+QB。
由此可以看出，热泵热水器输出的能量为压缩机做的功QB和热泵从环境中吸收的热量QA；通常QA为QB的3倍以上，因此，空气源热泵热水器可以节约大量的电能。反映热泵热水器节能性能的主要参数为性能系数COP（coefficientofperformance），是热泵热水器的主要性能指标之一。
3、提高空气源热泵热水器性能途径
3.1优化空气源热泵热水器控制系统
3.1.1设计多模式流程控制，提高系统全年运行性能
空气源热泵热水器产品标示的性能系数是名义工况时的性能系数，研究表明环境温度对空气源热泵热水器的性能系数影响显著，环境温度30℃附近时系统运行性能最佳，因此对同样的空气源热泵热水器产品使用时间及环境不同，运行时性能系数也不同。若采用单一控制模式，由于环境的变化，空气源热泵热水器大部分时间运行性能系数不高。为了充分发挥空气源热泵热水器的节能优势，在空气源热泵热水器控制系统设计时，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多模式流程控制系统。午间模式在冬季及过渡季节，由于全天环境温度的峰值出现在午间，此时系统运行性能系数通常比夜间高0.5以上，控制系统设计午间模式，即热泵热水器只在这个时段加热，其余时段采取保温措施，有利于提高系统运行性能系数。冬季节能模式研究表明，对于空气侧的进风温度为15℃的应用条件而言，在水箱输出热水温度为45℃时的单位制热量消耗的电力只为水箱输出热水温度为55℃时的77%。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此空气源热泵热水器热水出口温度低一些有利于提高系统运行效率，特别是在冬季工况下，水箱设定温度取较小值时保温时散热损失小，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。谷电模式随着国家对节能减排的重视，实行峰谷电费差价政策的地区越来越多。一方面在夏季中午的室外环境温度过高导致热水器性能系数降低，另一方面中午电价高，因此控制系统设置夏季谷电模式，即系统在运行性能系数较高的夜间或傍晚时段加热，其余时段保温，既可提高运行性能系数，又可大大降低运行费用。
3.1.2优化除霜控制
目前从空气源热泵热水器的实际运行效果来看，机组在气温偏低且相对湿度比较大的地区运行时性能不理想，主要原因是蒸发器结霜及除霜造成的供热能力下降，因此，必须使用有效的除霜方法及时除霜。目前，空气源热泵最常用的除霜方式是逆循环热气除霜，而除霜自动控制方法是影响除霜效果的关键。目前除霜自动控制方法较多，较为先进实用的有模糊智能控制除霜法。模糊智能控制除霜法将模糊控制技术引入空气源热泵热水器的除霜控制，整个除霜控制系统由数据采集与AID转换、输入量模化、模糊推理、除霜控制、除霜监控及控制规则调整五个功能模块组成。通过对除霜过程的相应分析，对除霜监控及控制规则进行修正，使除霜控制自动适应机组工作环境的变化，达到智能除霜的要求。
3.1.3设置水箱蓄水量智能控制系统
为了减少水箱的散热损失，避免不必要的重新加热，减少保温加热次数，节约能源，将模糊控制和其它优化理论方法和控制技术相结合，设计蓄水量智能控制系统是较好的解决办法。蓄水量智能控制系统能根据一周用水规律，自动保证每天最适宜的热水加热量。
3.2采用高效换热器
目前市场上家用空气源热泵热水器因成本考虑普遍采用等径螺旋盘管沉浸在水箱下部的热水换热器作为冷凝器，其换热性能较差，影响空气源热泵热水器的整体性能。经过不少专业人员对优化热水换热器性能进行深入研究，采用带导流套筒的热水换热器及非等径螺旋盘管是较为有效的方法。实验和数值模拟表明，这样的换热器比把盘管直接置于水箱底部的换热器的换热效果好很多。动态加热时的换热能力高一倍多，静态加热时平均换热能力也高15%。故采用非等径螺旋盘管的热泵热水器冷凝盘管在传热性能、温度分布和加热效果等方面都优于等径螺旋盘管的热泵热水器，是提高空气源热泵热水器性能系数的有效途径之一。
3.3合理配置节流装置，提高系统稳定性
小型热泵系统一般采用毛细管作为节流部件，实验研究发现采用不同的毛细管，热泵系统在各种环境下的性能差别较大。环境温度较高时，粗而短的毛细管性能更好；环境温度较低时，细而长的毛细管性能更好。研究表明用热力膨胀阀代替双毛细管是稳定系统性能的较合理配置。为了进一步提高系统的匹配性能和可靠性，应采用调节范围更宽和反应更灵敏的电子膨胀阀，虽然成本高一些，但能显著提高稳定系统性，改善运行性能。
结束语
通过优化控制系统提高运行性能、采用高效换热器等有效途径，进一步完善空气源热泵热水器性能，不断降低成本，将有效促进空气源热泵热水器在家用市场占有率的提高，达到节能环保、提高人们生活水平的目的。
参考文献
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[2]韩志涛.空气源热泵热气除霜问题研究现状与进展[J].流体机械，2013.
[3]陈振豪.空气源热泵热水器季节性能实验及优化运行研究[J].能源技术，2015.
论文作者:何宇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/6
标签：热水器论文; 除霜论文; 性能论文; 空气论文; 源热泵论文; 系数论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2018年第8期论文;