摘要：空气源热泵在热水技术类型中，属于节能型热水技术。当前人们对于节能环保理念的不断提升下，逐渐对现有空气源热泵热水装置的优化提高了重视程度，并对此优化装置技术进行不断的拓展其运用范围。它是如今节能减排的重要途径。但受实验和设计理论上各方面条件的限制,很多研究者只重视于怎样对部件的匹配、站在经济性评价的角度对设计参数的考虑,而鲜有对实践运行是如何对空气能热泵热水器中长期运行过程中如何采取对设置部件功能的优化，需要展开充分的探究。此外，空气源热泵热水设备的主要特点，还在于其身的能效比与运行工况休戚相关，在特定的工况下，其热力学特性是否得到有效的分析，本文从运行的角度和系统优化设计方面展开分析。
关键词：空气源,热泵热水装置,优化,运行策略
一、概述我国内外生活热水需求现状
生活热水在我国建筑能耗中呈不断递增的趋势,使商业建筑中的所需能源消耗当仁不让被生活热水所占领，使之成为成本建筑成本中的主要经营成本。有着资料说明，在各类商业建筑中，人们的生活热水占比分别为：餐饮业占据31%,办公楼占据2.7%,，大型商场占据2.7%,而城市建筑中的洗澡热水有近20%的用量比重。城市化进程的不断加快，目前大概达到百分之七十的家用热水器的普及率。在对国外此项内容的调查中，发现大约有百分之七十的家庭习惯于用42度的热水，一个人每年小于40l/d的用水量，大于35l/d的年人均量达到百分之六十四。因为我国地域广阔，每个区域都有各自习俗，加之差异性的个人生活习惯，使得我国对于热水的消耗存大较大的差异性。例如对于地区和不同季节方面的因素，就会存在热水量的不同结果。如果按12℃和90%的方法来对自来水温和热水器常规效率的计算，在我国城镇生活热水达到1.75~2.45*1011kWh每年的消耗情况。
二、装置空气源热泵热水现状问题
2.1对于研究人员来说，各部间匹配关系是实验过程中最为引起重视的环节。但对此优化经验并不多见，热泵热水器在运行中是一种变冷凝工况运行,对变冷凝工况下的热力学性能的科学的论述分析,对控制和指导优化设计有着至关重要的作用。因此要综合考量不同冷凝温度下的系统热力学特征差异性、设计匹配部件和性能测评的工作,以获得更全面科学的优化措施。
2.2恒温控制器，是如今蓄热水箱常采用的开停机调整方式,但对实际用户来说,气候条件将会与个人习惯的热水需求存在着直接的关系,因而造成随机性的热负荷情况。如果设定单一值的水箱控制温度，将会导致较小负荷的热水时造成极大的水电资源浪费,所以优化热水控温仍有较大研究空间。
2.3多样化的需求,利用太阳能和新工质、回收余热技术，很多学者做出不少的研究项目,但准确评估居民的热水消耗规律才是节能政策制定的基础工作，同时应科学的运用各种辅助设备与空气能热泵的结合使用，如与太阳能设备的结合使用时，应充分考虑太阳能设备在每个季节可吸收的热量来进行机组选型。另外,多样化的热水需求量的增加,从单一用户发展到拥有多种不同需求的用户，及单一用户同时存在的大量用水需求情况下，致使传统热水供应将迎来新的挑战。
三、空气源热泵热水装置实验样机部件参数
各主要部件在本样机ASHWH(A)的参数见下表一:
表1系统主要部件参数说明
实验步骤:
(1)在实验前,环境室的温湿度设备要启动和控制,模拟出室外各季节的环境。可调节-5-40℃温度的环境范围。
(2)在对压缩机进行启动前,先将补水阀打开,水箱充满水,再将综合电量表和采集数据的计算机系统启动,按下控制器;
(3)计算机数据采集系统在测试系统中可对开关机时间的自动记录,按照设定水温控制器对是否运转或关机热泵的决定;
(4)满足设定标准的温度后,开启循环泵,分层混匀水箱内部的热水,当达到水箱测点温度时停止此循环操作;
(5)分析和整理此次实验的测试数据(如功率、压力、温度),将反映样机热力性能的评价指标计算出结果。
四、分析实验结果及验证模型
(1)空气源热水泵在运行过程中，冷凝和蒸发温度皆形成不断的变化的过程，因此较难作出系统性的评价。模拟计算结果和部分实验可通过表2反映出来。150L的水在实验中从加热和温度的设定，停止加热工作后，在水泵的循环作用下，水温保持均匀，根据获得的实验数据后，进行系统的COP的计算。根据实验结果,获得55℃约150升的热水,在40℃的温升左右。在-1℃的温度环境时,平均系统COP最低为2.58；处于35度温度时，平均COP为5.37的结果。实验结果和模拟结果，在10%以内COP的误差区间，是为可接受范围。
表2 典型气候条件下的模拟和实验结果
(2)基于数学模型对热力优化系统的运行分析
作为热水装置，空气源热水泵将水箱内水加至设定值温度，是其功能所在。在运行中的热水装置处于变工况状态。另外全年气温的波动落差，也会致使蒸发器换热能力形成极大影响。空气源热泵热水要匹配合理地设计出高效运行的装置,需对运行诸多因素展开全面的分析,将影响系统性能较大的障碍给找到,并进行合理的优化,以获得对系统性能提高的科学途径。除了通过实验来深入对此目的研究处，也要考虑热力学参数问题，实验时遇到的测试况问题也常会出现，要结合数值仿真进行对参数的分析，以此节约实验花费的时间，从而实现对研究成本的节约。
五、结束语
蓄热水箱其尺寸大小，在利用模型数据的实验研究后，对其结果展开了具体的分析，表明系统性能其影响因素在于循环水进水箱的高度,随循环水增高的水位而升高系统COP数值。在运算过程中要对其他因素条件的固定，从0.167水箱高度慢慢对进水高度作出调整，从系统COP为2.58调整至2.70，进行达到4.65%的增幅。在进水 度度的逐渐增高时，存在水箱整体有所了降的无趋势，如有约1℃的下降数值，但这完全可以忽略不计。着眼际提高系统COP来看，水箱的顶部是最佳进水口的位置。
参考文献
[1]中国科学院可持续发展研究组.2000中国可持续发展战略报告.北京：科学出版社.2003.
[2]DOE-EERE.2003BuildingsEnergyDatabook,Washington,DC,August.
[3]王如竹,代彦军.太阳能制冷.北京：化学工业出版社.2007.
[4]TakaoNishimura.“Heatums––Statusandtrends”inAsiaandtheacific[J].InternationalJournalofRefrigeration.2002(25):405–413.
[5]黄文胜,罗清海,汤广发.热水器未来发展的一个主题与两个方向.建筑热能通风空调.2004,(23)6：35-39.
[6]张俊杰,曹磊,程丽薇.冷凝换热器在空气能热泵热水器中的优化设计.给水排水动态,2010,(5)
论文作者:蔡志峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/17
标签：热水论文; 水箱论文; 空气论文; 温度论文; 系统论文; 工况论文; 装置论文; 《基层建设》2019年第18期论文;