太空能熱水器分析與設(shè)計(jì)

基于現(xiàn)有的太陽能系統(tǒng)加上熱泵系統(tǒng)的匹配選擇分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

熱泵系統(tǒng)適應(yīng)性開發(fā)

為了滿足不同消費(fèi)群體對(duì)太空能熱水器不同用水量要求進(jìn)行適應(yīng)性開發(fā)。

結(jié)霜問題分析處理

太空能熱水器區(qū)域性特征明顯，因其對(duì)外界環(huán)境溫度依賴過大，其正常工作環(huán)境溫度在-5度與40度之間，故基本適用于華東、華南等長江以南地區(qū)，廣東、福建、浙江、湖南、江西、云南等省份空氣能熱泵熱水器發(fā)展比較良好。而在還沒有真正的技術(shù)解決結(jié)霜等造成產(chǎn)品運(yùn)行困難的問題之前，廣大的北方則基本無人敢企及，需要解決針對(duì)廣大北方應(yīng)用的除霜措施。

壓縮機(jī)壽命分析設(shè)計(jì)市面上的熱水器普遍采用循環(huán)式加熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)日益暴露出技術(shù)缺陷，即在高溫高壓工況下運(yùn)行，容易使壓縮機(jī)老化、碳化，加之系統(tǒng)潤滑效果不好，導(dǎo)致壓縮機(jī)易被燒壞。通過技術(shù)攻關(guān)對(duì)壓縮機(jī)潤滑系統(tǒng)及循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行分析，提高壓縮機(jī)壽命。

對(duì)換熱器和套管換熱器進(jìn)行再設(shè)計(jì)

熱泵熱水器的出水溫度通?？蛇_(dá)到50至60攝氏度，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)水是最易結(jié)垢的。如果不能定期清洗換熱器，對(duì)于板式換熱器而言，就會(huì)脹破，對(duì)于套管式換熱器而言，其內(nèi)管會(huì)破裂，從而導(dǎo)致整個(gè)熱泵熱水機(jī)組失去功能。進(jìn)行有關(guān)除垢技術(shù)研究是提高系統(tǒng)整體壽命的有效途徑。

壓縮機(jī)易燒壞以及換熱器和套管換熱器易結(jié)垢斷裂這兩大問題共同的解決方案是采用直熱式板式換熱器，該換熱器具有自凈能力，一旦產(chǎn)生水垢，伴隨著水介質(zhì)的冷熱交替，水垢會(huì)自動(dòng)脫落，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。但是在熱泵熱水器行業(yè)，很多廠家還不了解這一解決方案，或是未掌握直熱式板式換熱器空氣源熱泵熱水器的生產(chǎn)技術(shù)。而至于結(jié)霜問題，空氣源熱泵熱水器利用空調(diào)技術(shù)進(jìn)行除霜設(shè)計(jì)，提高太空能熱水器壽命。

太空能熱水器通過創(chuàng)新應(yīng)用空調(diào)熱泵技術(shù)，在臥式儲(chǔ)水箱底部采用熱泵與水位控制裝置，通過溫度控制器、智能控制模塊等對(duì)水箱內(nèi)水溫進(jìn)行檢測(cè)，在溫度不達(dá)用戶設(shè)定要求的情況下熱泵加熱自動(dòng)投入運(yùn)行，在陰雨天氣依然可用。

在電控方面，與熱泵電連接的包括中央控制器、溫度控制、電路控制及水位控制等。

項(xiàng)目產(chǎn)品通過將應(yīng)用于冷暖空調(diào)的熱泵工作原理創(chuàng)新性應(yīng)用在太陽能輔助加熱與控制方面，大幅度提高能源利用率，能耗低、用戶使用容易、控制簡單、性價(jià)比高。

實(shí)踐表明，熱泵在制取35-70攝氏度的熱水時(shí)運(yùn)行費(fèi)用極低，約為燃?xì)鉄崴鞯?/5，安全、環(huán)保、節(jié)能效果顯著，充分實(shí)現(xiàn)光電互補(bǔ)，可全天候供應(yīng)熱水。

早在20世紀(jì)50年代初，太陽能熱利用的先驅(qū)者Jodan和Therkeld就指出了太空能的優(yōu)越性，即可同時(shí)提高太陽能集熱器效率和熱泵系統(tǒng)性能。隨后，日本、美國、瑞典、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家紛紛投入了大量的人力、物力對(duì)太空能進(jìn)行深入的研究與開發(fā)，在各地實(shí)施了多項(xiàng)太空能示范工程，例如賓館、住宅、學(xué)校、醫(yī)院、圖書館以及游泳館等，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。2005年首臺(tái)家用氟太空能熱水器在中國研制，2006年推出市場(chǎng)。

太空能將太陽能利用技術(shù)與熱泵技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，具有以下幾個(gè)方面的技術(shù)特點(diǎn)：

1、同傳統(tǒng)的太陽能直接供熱系統(tǒng)相比，太空能的最大優(yōu)點(diǎn)是可以采用結(jié)構(gòu)簡易的集熱器，集熱成本非常低。在直膨式系統(tǒng)中，太陽集熱器的工作溫度與熱泵蒸發(fā)溫度保持一致，且與室外溫度接近，而非直膨式系統(tǒng)中，太陽能集熱環(huán)路往往作為蒸發(fā)器的低溫?zé)嵩矗療峤橘|(zhì)溫度通常為20℃～30℃，因此集熱器的散熱損失非常小，集熱器效率也相應(yīng)提高。有研究表明，在非寒冷地區(qū)即使采用結(jié)構(gòu)簡單、廉價(jià)的普通平板集熱器，集熱器效率也高達(dá)60%～80%，甚至采用無蓋板、無保溫的裸板集熱器也是可以的。

2、 由于太陽能具有低密度、間歇性和不穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，常規(guī)的太陽能供熱系統(tǒng)往往需要采用較大的集熱和蓄熱裝置，并且配備相應(yīng)的輔助熱源，這不僅造成系統(tǒng)初投資較高，而且較大面積的集熱器也難于布置。

太空能基于熱泵的節(jié)能性和集熱器的高效性，在相同熱負(fù)荷條件下，太空能所需的集熱器面積和蓄熱器容積等都要比常規(guī)系統(tǒng)小得多，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更緊湊，布置更靈活。

3、在太陽輻射條件良好的情況下，太空能往往可以獲得比空氣源熱泵更高的蒸發(fā)溫度，因而具有更高的供熱性能系數(shù)（COP可達(dá)到4以上），而且供熱性能受室外氣溫下降的影響較小。

4、 由于太陽能無處不在、取之不盡，因此太空能的應(yīng)用范圍非常廣泛，不受當(dāng)?shù)厮礂l件和地質(zhì)條件的限制，而且對(duì)自然生存環(huán)境幾乎不造成影響。

5、 太空能同其它類型的熱泵一樣也具有“一機(jī)多用”的優(yōu)點(diǎn)，即冬季可供暖，夏季可制冷，全年可提供生活熱水。由于太空能系統(tǒng)中設(shè)有蓄熱裝置，因此夏季可利用夜間谷時(shí)電力進(jìn)行蓄冷運(yùn)行，以供白天供冷之用，不僅運(yùn)行費(fèi)用便宜，而且有助于電力錯(cuò)峰。

6、考慮到制冷劑的充注量和泄漏問題，直膨式太空能一般適用于小型供熱系統(tǒng)，如戶用熱水器和供熱空調(diào)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是集熱面積小、系統(tǒng)緊湊、集熱效率和熱泵性能高、適應(yīng)性好、自動(dòng)控制程度高等尤其是應(yīng)用于生產(chǎn)熱水，具有高效節(jié)能、安裝方便、全天候等優(yōu)點(diǎn)，其造價(jià)與空氣源熱泵熱水器相當(dāng)，性能更優(yōu)越。

7、 非直膨式系統(tǒng)具有形式多樣、布置靈活、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，適合于集中供熱、空調(diào)和供熱水系統(tǒng)。易于與建筑一體化。

水循環(huán)太空能熱水器：內(nèi)置換熱器，利用循環(huán)泵將水循環(huán)到換熱器中進(jìn)行加熱。

優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定、故障少、安裝方便不需排空。

缺點(diǎn)：熱效率比氟循環(huán)略低，價(jià)格較高。

氟循環(huán)太空能熱水器：氟循環(huán)就是讓高溫高壓的氟利昂通過盤管進(jìn)入水箱傳熱給水讓水升溫。

優(yōu)點(diǎn)：加熱效率高，價(jià)格較低。

缺點(diǎn)：盤管穿孔水箱、壓縮機(jī)就會(huì)報(bào)廢，還需要專業(yè)人士安裝，排空不好故障就多。

太空能熱水器與常規(guī)太陽能熱水器不同，它將太陽能熱利用技術(shù)與熱泵技術(shù)以互利的形式結(jié)合起來，通過消耗少量的電能，將周圍環(huán)境中的大量低品位能源（太陽能、空氣等）利用起來，經(jīng)熱泵壓縮機(jī)壓縮變?yōu)楦咂肺荒茉?。用于生活熱水的生產(chǎn)，不僅節(jié)約了大量的優(yōu)質(zhì)能源，而且禰補(bǔ)了常規(guī)太陽能熱水器的不足，具有全天候性，耐候性等諸多優(yōu)點(diǎn)，既適用于家庭供暖和熱水供給，又可適用于集中供暖供熱水系統(tǒng)，是一種新型的最節(jié)能的環(huán)保型熱水器。

掌握生產(chǎn)、測(cè)試技術(shù)，建立試生產(chǎn)線和測(cè)試系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上形成規(guī)模化制造能力。

在完成項(xiàng)目研發(fā)第一階段的基礎(chǔ)上，利用廠房和部分生產(chǎn)設(shè)備，添置必要的生產(chǎn)設(shè)備，制定生產(chǎn)管理制度和完善生產(chǎn)工藝流程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的中試及將來實(shí)施產(chǎn)業(yè)化。

太空能熱水器的生產(chǎn)已有完善的加工、裝配和質(zhì)量保證體系；對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)、質(zhì)量管理保證能力強(qiáng)，對(duì)熱水器產(chǎn)品的生產(chǎn)具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，擁有很好的開發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)力量。項(xiàng)目引進(jìn)水壓測(cè)試儀、能量測(cè)試儀、壓縮機(jī)綜合儀等，可確保所生產(chǎn)的太空能熱水器的質(zhì)量、技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)國外同類產(chǎn)品的水平。

作為新型產(chǎn)品，國家并沒有針對(duì)太空能熱水器的國家標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)之前，太陽能利用領(lǐng)域已經(jīng)存在著有關(guān)太陽能熱水器與熱泵熱水器的行業(yè)有關(guān)規(guī)范，既適用太陽能熱水器規(guī)范也適用熱泵熱水器規(guī)范。

在技術(shù)方面, 項(xiàng)目具有如下的技術(shù)先進(jìn)特征:

（1）符合國家有關(guān)太陽能熱水器標(biāo)準(zhǔn)；

（2）有關(guān)節(jié)能指標(biāo)優(yōu)于太陽能熱水器或熱泵熱水器有關(guān)規(guī)范要求；

（3）該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了太陽能與空氣源熱泵的整合，并且在節(jié)能指標(biāo)方面做到領(lǐng)先。

它主要由太陽能集熱器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、熱力膨脹閥儲(chǔ)水箱等部件組成。在晴天，由太陽能真空管集熱器吸收太陽輻射能用微循環(huán)方式直接加熱儲(chǔ)水箱內(nèi)的冷水。

當(dāng)自動(dòng)控制裝置探測(cè)到太陽能水箱內(nèi)的水溫達(dá)不到設(shè)定值時(shí)，熱泵開始工作并通過混合工質(zhì)與水箱內(nèi)的水進(jìn)行熱交換，最終保持水溫穩(wěn)定。

熱泵的工作原理是把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量在蒸發(fā)器中加以吸收而蒸發(fā)，蒸發(fā)后的制冷劑被壓縮機(jī)吸入并壓縮成高溫高壓的氣體，然后被排入設(shè)置在太陽能儲(chǔ)熱水箱底部的冷凝器中放熱。制冷劑蒸氣通過工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，與水進(jìn)行對(duì)流換熱而得到冷凝，同時(shí)水得熱而升溫。冷凝器的工質(zhì)經(jīng)膨脹閥或毛細(xì)管節(jié)流又重新流入蒸發(fā)器中，由此完成一次工作循環(huán)。陰天或夜間，熱泵蒸發(fā)器通過吸收環(huán)境大氣中的低品熱源，保障熱泵正常工作，從而可以全天候的產(chǎn)生熱水。

A、高效節(jié)能

與傳統(tǒng)太陽能帶電輔助加熱相比節(jié)電4倍；

與電熱水器相比節(jié)電15倍；

與燃?xì)鉄崴飨嘟?jīng)節(jié)約費(fèi)用13倍；

與熱泵熱水器相比節(jié)電3.7倍。

B、安全環(huán)保

真空管采用高硼硅特種玻璃，吸熱效率高達(dá)95%以上．水溫最高可達(dá)100℃；

儲(chǔ)熱水箱內(nèi)完全沒有電加熱，杜絕漏電事故發(fā)生；

完全沒有燃料泄漏引起中毒，爆炸等危險(xiǎn)；

完全無任何有毒有害氣體排放。

C、智能全自動(dòng)運(yùn)行

太空能熱水器由微電腦控制全自動(dòng)運(yùn)行，穩(wěn)定性好；

采用頂水法取用熱水,可靠性強(qiáng)；

全天候24小時(shí)供熱水，有效地解決了傳統(tǒng)太陽能只有晚上才有熱水和水量不足的缺點(diǎn)。

D、安裝方便

體積小巧、安裝在樓面空地、天臺(tái)等處占地面積2～3平方；

太空能熱水器常壓運(yùn)行，產(chǎn)品安全耐用。

早在20世紀(jì)50年代初，太陽能熱利用的先驅(qū)者Jodan和Therkeld就指出了太空能的優(yōu)越性，即可同時(shí)提高太陽能集熱器效率和熱泵系統(tǒng)性能。隨后，日本、美國、瑞典、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家紛紛投入了大量的人力、物力對(duì)太空能進(jìn)行深入的研究與開發(fā)，在各地實(shí)施了多項(xiàng)太空能示范工程，例如賓館、住宅、學(xué)校、醫(yī)院、圖書館以及游泳館等，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。2005年首臺(tái)家用氟太空能熱水器在中國研制，2006年推出市場(chǎng)。由于技術(shù)缺陷氟循環(huán)太空能熱水器的發(fā)展受到阻礙，直到2012年新一代的春泉水循環(huán)太空能熱水器面世才打破頸瓶在中國廣東省火熱起來。