一种自产热互助除霜的新型直热式空气源热泵热水器 陈则韶.doc

中国工程热物理学会 工程热力学与能源利用 学术会议论文 编号：111046 一种自产热互助除霜的新型直热式 空气源热泵热水器 陈则韶1、朱延文2、胡芃1、杨太建2，谢文海1 (1中国科学技术大学 230027, 2淮安诚信水务科技有限公司) (Tel：0551-3601673, Email: zschen@ustc.edu.cn) 摘 要: 本文提出一种空气源热泵热水器采用热泵自产热互助供热除霜的方法，公开了互助供热旁通热气除霜和逆向循环除霜的空气源热泵热水器的流程图，进行了除霜热源选择和互助供热除霜方案的理论分析，试制了旁通热气除霜型的实验样机，并进行了实验。研究结果表明，互助供热除霜的方案有充分的廉价热源保障除霜完成，为解决直热式空气源热泵除霜提供了一种新的有效可行简便的新方案。 关键词：空气源 ；热泵；热水器；除霜 0前言 空气源热泵热水器是一种科学利用电能品位的节能设备，它吸收空气中的零品位的热能，得到其所消耗的电能2～4热量的热水。空气源热泵的空气热源到处都有，最为方便，广泛被使用，特别是直热式空气源热泵热水器，是把补充的冷水直接加热到设定的温度连续送入储水箱，无须把储水箱的水反复循环加热，所以开机数分钟就可获得热水，并可以保持储水箱的水温稳定，充分发挥储水箱的容积效率，普遍受到用户欢迎。但是，在冬季气温接近零度潮湿天气，空气源热泵运行时容易结霜，霜层阻碍蒸发器的传热，使热泵效率迅速降低。因此，空气源热泵必须很好除霜。目前采用的除霜方法主要有逆向循环和旁通热气除霜[1，2]，或有辅助电加热除霜[3]，最近新提出将风源蒸发器的换热管分组除霜[4]。根据实验研究和实际使用，逆向循环具有除霜时间短，除霜彻底的优点，但是，除霜时系统压力变动剧烈，偶有风源蒸发器的换热管破裂事故，系统恢复正常时间长等缺点；旁通热气除霜可以克服逆向循环的全部缺点，但是，除霜时间长，在霜层厚蒸发器长时间维持0℃时单靠压缩机的压缩功难以保证除霜彻底；风源蒸发器的分组除霜，是把风源蒸发器的换热管分为两组，两组换热管间配有节流阀和电磁阀，在正常循环时两组换热管都作蒸发器用，在除霜时两组换热管分别作蒸发器吸热和冷凝器放热除霜；虽然，这种除霜方法有许多优点，但是，结构复杂。直热式空气源热泵热水器的除霜要比循环式的困难，主要原因在于缺乏除霜的热量来源，因为，原则上直热式空气源热泵热水器的水-冷凝器不与储水箱的水循环，不能使用普通冷暖空调器常用的逆向循环除霜方式；旁通方式除霜时冷凝压力太低，压缩功的热量太小，无法彻底除霜。因此，解决直热式空气源热泵热水器需要寻求新的解决方案，首先要解决直热式空气源热泵热水器除霜用的热源，本文将通过不同除霜方法的能效比理论分析对比入手，考虑除霜方案的有效、节能、可行，和工程的简便，提出直热式空气源热泵热水器新的除霜方案，并进行实验验证和运行考验。 1热泵的除霜热源选择和除霜方案评估 热泵除霜用的热源选择应当是，在提供相同除霜热量下耗电量最小。定义除霜能效率为除霜需要的热能与提供所消耗的电能之比 （1） （2） （3） 上列式中，包括化霜期霜层融化、风源换热器升温和散热损失的热量；其化霜的能量的来源包括：-压缩热气能，-从空气吸取的空气能，-从储水箱内热水吸取的热能和-辅助电加热能；化霜消耗的电能包括：-压缩机的耗能，-辅助电加器消耗的电能，-制取消耗的电能，，和-循环水泵的消耗的电能和分别是和转化为除霜用的热量的份额，一般1。 空气源热泵热水器几种不同除霜方式的能效率比： （1）逆向循环除霜的除霜能效率为 （4） 一般，估算，。 （2）旁通热气循环除霜的除霜能效率为 （5） 除了除霜性能比低于1，除霜时进气温度低，排气压力也低，压缩功很小，除霜难彻底。 （3）循环式空气源热泵热水器旁通热气+电辅助除霜，其除霜能效率为 （6） 其值介于与 之间，1。此方法可以保证除霜彻底，但是，布置电加热管增加设备复杂性。 由以上简单分析看出，采用热泵自生产的热量除霜能效率高，采用逆向循环和电辅助加热除霜，除霜热流量大，可以短除霜时间。 2直热式热泵热水器互助供热的除霜方法 直热式空气源热泵热水器的除霜最重要是要解决除霜的热源问题。由于，电辅助加热除霜的能效率低，应当尽量采用。如果直热式热泵热水器与储水箱相距较远，也应尽量不采用从储水箱取热水的逆向循环除霜方式。 此处，作者提出一种新型的互助供热的除霜