余熱回收裝置運(yùn)作機(jī)理和特點(diǎn)

　　熱泵熱水器的應(yīng)用目前存在的問題：（1）空氣源熱泵在冬季某些氣象條件下會在蒸發(fā)器上產(chǎn)生結(jié)霜現(xiàn)象，霜層不僅增加了換熱導(dǎo)熱熱阻，還堵塞肋片通道引起風(fēng)機(jī)流量下降，導(dǎo)致熱泵性能(property)下降，嚴(yán)重時(shí)甚至不能正常工作；（2）空氣源熱泵要在一年四季不同的環(huán)境(environment)條件下工作，工況變化大，特別是在冬季環(huán)境溫度較低或熱水器出水溫(Water temperature)度比較高時(shí)壓縮機(jī)壓比較大，甚至超出其允許工作范圍。
　　季杰等人提出了一種可以有效利用冷凝熱兼做熱水器使用的空調(diào)/熱水器一體機(jī)，并對其進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果(result)表明，空調(diào)/熱水器一體機(jī)可較大提高能源利用效率。Kim M等人對熱泵熱水器系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了數(shù)值模擬，對水箱體積進(jìn)行了優(yōu)化。這些研究并沒有解決熱泵應(yīng)用中存在的問題。
　　為了解決熱泵換熱器結(jié)霜(frost)及壓縮機(jī)安全工作問題，美國，澳大利亞等國的一些開發(fā)了戶內(nèi)熱泵熱水器，將壓縮機(jī)、蒸發(fā)器等均放置在室內(nèi)。
　　Morrison G L等人、余樂淵等人對這種機(jī)型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究（research)，結(jié)果表明，熱泵換熱器不存在結(jié)霜問題且系統(tǒng)工作穩(wěn)定，但由于熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器吸收室內(nèi)空氣熱量，使得室內(nèi)溫度降低，特別在冬季戶內(nèi)熱泵熱水器對室內(nèi)環(huán)境溫度的影響可能給用戶(user)帶來不便。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 Sakellari D等人數(shù)值模擬了利用建筑物集中排風(fēng)余熱通過熱泵循環(huán)（continue)進(jìn)行地板采暖的可行性，結(jié)果表明這種方法是可行的，但未進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　2排風(fēng)余熱回收型熱泵熱水器基本原理和特點(diǎn)為了解(Find out)決室外換熱器結(jié)霜及壓縮機(jī)(compressor)壓比過大帶來的熱泵熱水器的使用受地域限制的問題(Emerson)以及室內(nèi)熱泵熱水器給浴室環(huán)境帶來的影響，本文提出了一種利用室內(nèi)排風(fēng)余熱的熱回收型熱泵熱水器，其系統(tǒng)如所示，機(jī)組(unit)主要由水箱、壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、毛細(xì)管及干燥過濾器、氣液分離器等附件組成；機(jī)組設(shè)計(jì)成分體式，蒸發(fā)器安裝于浴室排風(fēng)口，其風(fēng)機(jī)兼做排風(fēng)機(jī)和蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)之用，蒸發(fā)器吸收浴室排風(fēng)的熱量，經(jīng)熱泵循環(huán)加熱(heating)水箱中的熱水，降溫后的浴室廢氣排出室外，熱泵熱水器不工作時(shí)蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)可單獨(dú)作為排風(fēng)機(jī)使用。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 
　　利用排風(fēng)余熱的熱泵熱水器具有以下特點(diǎn)：（1）避免了熱泵室外換熱器表面的結(jié)霜問題(Emerson)由于熱泵蒸發(fā)(evaporation)器置于室內(nèi)，且一般情況下浴室溫度在18℃以上，因此蒸發(fā)器翅片表面不會產(chǎn)生結(jié)霜問題，克服了結(jié)霜/除霜帶來的制冷系統(tǒng)性能下降和不穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒有變動(dòng))工作問題，熱泵熱水器可在任何外界氣候條件(tiáo jiàn)下高效穩(wěn)定工作。因此，余熱回收至熱水器可以不受地域限制，廣泛應(yīng)用于南、北方各種氣候條件下，擴(kuò)大了熱泵熱水器的使用(use)地域范圍，對推廣(Promotion)熱泵熱水器的使用具有重要意義。
　?。?）避免(avoid)了熱泵在冬季工況下工作或出水溫度較高時(shí)壓縮機(jī)(compressor)壓比過大的問題用戶要求的熱水器出水溫度一般為45～50℃，對于使用R22工質(zhì)的熱泵系統(tǒng)，其冷凝壓力一般在
　　2. 4MPa左右，當(dāng)熱泵熱水器在冬季使用時(shí)，室外環(huán)境溫度較低，相應(yīng)的系統(tǒng)蒸發(fā)壓力也較低，則造成壓縮機(jī)的壓比較大增加，一方面增加了壓縮機(jī)耗功，降低了系統(tǒng)的COP，另外對于壓縮機(jī)的安全工作極其不利，而利用室內(nèi)排風(fēng)余熱的熱泵熱水器則避免了這個(gè)問題，室內(nèi)排風(fēng)常年穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒有變動(dòng))在18～28℃范圍內(nèi)不受季節(jié)的影響，且熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)溫度較高，使得熱泵系統(tǒng)壓縮機(jī)在比較適宜的壓比范圍內(nèi)工作，使其工作可靠性提高。
　　3熱泵熱水器的動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)研究
　　3. 1實(shí)驗(yàn)樣機(jī)為了驗(yàn)證(Experimental)利用室內(nèi)排風(fēng)余熱的熱泵熱水器動(dòng)態(tài)性能，加工制造了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)并進(jìn)行了測試。實(shí)驗(yàn)熱泵熱水器樣機(jī)蒸發(fā)器采用雙向條縫翅片管式換熱器，其幾何參數(shù)如所示；排風(fēng)扇為前向多翼離心式風(fēng)機(jī)，風(fēng)量為650m 3 /h.壓縮機(jī)選用轉(zhuǎn)子式，其標(biāo)準(zhǔn)工況下的額定制冷量為
　　2. 2 kW；節(jié)流元件采用內(nèi)徑為0. 5 mm的毛細(xì)管水箱（組成部分：高水箱、存水箱、低水箱）容積為0. 1m 3，實(shí)驗(yàn)（experiment)中實(shí)際注水量為8
　　5. 3 kg；水箱中冷凝盤管由紫銅管盤繞而成，長度約為36 m.
　　3. 2實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)在焓差法空調(diào)器性能試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，熱泵系統(tǒng)及測點(diǎn)布置示意如所示。試驗(yàn)室分為室內(nèi)、室外側(cè)環(huán)境室，每個(gè)環(huán)境室內(nèi)安裝了一臺空氣(Basin air)處理機(jī)組，由計(jì)算機(jī)通過PID控制環(huán)境室溫度、濕度穩(wěn)定在設(shè)定值，達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需要的溫濕度條件。熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)（Draught Fan）（排風(fēng)機(jī)）流量由室內(nèi)側(cè)環(huán)境室變頻風(fēng)機(jī)控制，風(fēng)量用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴測量，系統(tǒng)制冷量可通過測量蒸發(fā)器進(jìn)出風(fēng)焓差來確定；熱泵系統(tǒng)消耗功率及各測點(diǎn)制冷劑壓力、過冷度、過熱度等參數(shù)由實(shí)驗(yàn)臺測控系統(tǒng)采集。
　　洗浴水進(jìn)出口及水箱中的水溫用熱電偶測量，由于自然對流作用，水箱中存在水溫分層現(xiàn)象，因此在水箱上、中、下層各布置了一對熱電偶，位置分別在水箱上、中、下三層中點(diǎn)。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 熱電偶均在恒溫浴槽中經(jīng)過標(biāo)定，所有參數(shù)采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理，測量儀器和傳感器精度如所示。
　　實(shí)驗(yàn)中首先將室內(nèi)外環(huán)境調(diào)控到要求的工況，其中室內(nèi)側(cè)環(huán)境控制（control)在干球溫度θa為18℃、相對濕度為60%，排風(fēng)機(jī)（Draught Fan）風(fēng)量控制在650m 3 /h，室外側(cè)環(huán)境控制在干球溫度18℃。待室內(nèi)外環(huán)境穩(wěn)定后開啟被試熱泵樣機(jī)，每隔6s采集各測點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如～8所示。
　　4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析所示為水箱中水的溫升曲線，被試樣機(jī)在開機(jī)約45min后上部水溫達(dá)到50℃，可以滿足洗浴用水要求另外從圖中可以看到，水箱中水溫存在嚴(yán)重的分層現(xiàn)象，水箱底部水溫隨時(shí)間(time)升高速度非常緩慢，在整個(gè)加熱過程中僅升高約3℃。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于冷凝盤管外水的自然對流換熱作用使熱水集于上層，同時(shí)，熱泵機(jī)組冷凝盤管為工質(zhì)上進(jìn)下出型式，在水箱底部盤管內(nèi)的R22工質(zhì)處于過冷狀態(tài)，因此工質(zhì)與盤管外水的熱交換量較小，造成水箱底部水溫升高很小。
　　給出了冷凝盤管出口處制冷劑溫度及相應(yīng)的過冷度，從圖中可以看出，由于冷凝盤管外水溫較低，冷凝器出口制冷劑具有較大的過冷度；隨著上部水溫的升高引起冷凝溫度升高，而水箱底部水溫變化不大，造成冷凝盤管出口處制冷劑溫度隨上部水溫的升高緩慢增長(increase)，而制冷劑過冷度快速增加，加熱過程結(jié)束時(shí)過冷度達(dá)到了約28℃，這對增大機(jī)組制熱量及提高其性能系數(shù)是有益的。
　　所示為熱泵(Heat Pump) 系統(tǒng)冷凝壓力、蒸發(fā)(evaporation)壓力及高低壓差隨時(shí)間的變化，從圖中可以看出熱泵樣機(jī)開機(jī)后迅速達(dá)到平衡狀態(tài)；隨著水箱中水溫的升高，蒸發(fā)壓力近似線性增加，而冷凝壓力的增長速度則越來越快；當(dāng)水箱出水溫度達(dá)到50℃時(shí)，對應(yīng)的冷凝溫度約為56℃，系統(tǒng)高低壓差約為
　　1. 6MPa.
　　給出了壓縮機(jī)吸、排汽溫度隨加熱時(shí)間的變化曲線（Curve），隨著水溫及壓縮機(jī)壓比的增加(increase)，壓縮機(jī)排汽溫度逐漸升高；當(dāng)水溫度達(dá)到50℃時(shí)，壓縮機(jī)排汽溫度約為107℃。昆山空壓機(jī)維修是更換全部磨損的零件，空壓機(jī)轉(zhuǎn)1000個(gè)小時(shí)或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區(qū)，則更換時(shí)間間隔要縮短。濾清器維修時(shí)必須停機(jī)，檢查壓縮機(jī)所有部件，排除壓縮機(jī)所有故障。因此，對使用R22工質(zhì)的實(shí)驗(yàn)（experiment)熱泵(Heat Pump) 熱水器樣機(jī)，洗浴水出水溫度50℃為其安全工作的極限，進(jìn)一步提高(出水溫度將使壓縮機(jī)壓比和排汽溫度超過安全范圍，對熱泵系統(tǒng)的安全工作不利。從還可以看出，加熱過程前30min壓縮機(jī)吸汽溫度變化不大，加熱過程后期壓縮機(jī)吸汽溫度下降速度加快，其原因是由于蒸發(fā)器內(nèi)R22與空氣的傳熱溫差減小使得過熱面積逐漸減小所致。
　　所示為熱泵熱水器制熱量及COP隨運(yùn)行時(shí)間的變化規(guī)律，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)制熱量隨著水箱中水溫的升高而增大，但其增長速度隨加熱時(shí)間的增加(increase)逐漸減??；性能系數(shù)COP隨運(yùn)行時(shí)間先升后降，在水箱出水溫度為33～40℃范圍內(nèi)COP達(dá)到最大，其值約為
　　3. 4，整個(gè)加熱過程中平均COP約為
　　3. 15.產(chǎn)生COP最大值的原因是在上述水箱（組成部分：高水箱、存水箱、低水箱）出水溫度范圍內(nèi)系統(tǒng)的冷凝溫度、蒸發(fā)(evaporation)溫度等工況條件使得熱泵系統(tǒng)各部件達(dá)到了最佳匹配，因此系統(tǒng)COP較高。昆山空壓機(jī)是一種用以壓縮氣體的設(shè)備。空氣壓縮機(jī)與水泵構(gòu)造類似。大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式，旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。離心式壓縮機(jī)是非常大的應(yīng)用程序。
　　隨時(shí)間的變化制熱量的增大得益于兩個(gè)因素：（1）從排風(fēng)中獲取的余熱（即熱泵系統(tǒng)的制冷量）隨著水箱出水溫度的增加不斷增大，其增長速度(speed)呈逐漸放慢的趨勢?？梢钥闯?，熱泵系統(tǒng)制冷量的增長是由于系統(tǒng)蒸發(fā)壓力及過冷度增加所致；（2）由于隨著水溫的升高熱泵系統(tǒng)高低壓差不斷增大，導(dǎo)致壓縮機(jī)耗功率（指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少）近似線性增長，導(dǎo)致熱泵系統(tǒng)制熱量隨之增大。
　　5結(jié)語提出了一種利用室內(nèi)排風(fēng)余熱的熱泵(Heat Pump) 熱水器機(jī)組，避免了熱泵室外換熱器表面結(jié)霜(frost)及在冬季工況下壓縮機(jī)工作條件惡化問題，且對浴室環(huán)境溫度不產(chǎn)生影響。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：用戶(user)室溫為18℃時(shí)實(shí)驗(yàn)熱泵熱水器樣機(jī)可在45min內(nèi)將85 kg水從18℃加熱至出水溫度50℃；當(dāng)水箱出水溫度在33～40℃范圍內(nèi)時(shí)熱泵系統(tǒng)性能系數(shù)達(dá)到最大值，最大性能系數(shù)約為
　　3. 4，整個(gè)加熱過程中的平均性能系數(shù)為
　　3. 15，平均耗功率為800 W.當(dāng)水箱出水溫度為50℃時(shí)，壓縮機(jī)排汽溫度約為107℃，熱泵系統(tǒng)高低壓差約為1.6，進(jìn)一步提高出水溫度將使壓縮機(jī)壓比和排汽溫度超過安全范圍，對熱泵系統(tǒng)的安全工作是不利的，即對使用R22工質(zhì)的實(shí)驗(yàn)熱泵熱水器樣機(jī)，洗浴水出水溫度50℃為其安全工作的極限。
　　同時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對于采用冷凝盤管型水箱（組成部分：高水箱、存水箱、低水箱）的熱泵熱水器系統(tǒng)，制冷劑上進(jìn)下出布置方式可使水箱中水溫產(chǎn)生嚴(yán)重(serious)的分層效應(yīng)，從而使得制冷劑在冷凝器出口具有較大的過冷度，且隨著水箱出水溫度的升高過冷度線性增長，對于實(shí)驗(yàn)樣機(jī)加熱過程結(jié)束時(shí)過冷度可達(dá)28℃