余熱回收裝置運作機理和特點

　　熱泵熱水器的應用目前存在的問題：（1）空氣源熱泵在冬季某些氣象條件下會在蒸發(fā)器上產生結霜現(xiàn)象，霜層不僅增加了換熱導熱熱阻，還堵塞肋片通道引起風機流量下降，導致熱泵性能(property)下降，嚴重時甚至不能正常工作；（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)度比較高時壓縮機壓比較大，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/熱水器一體機，并對其進行了理論與實驗研究，結果(result)表明，空調/熱水器一體機可較大提高能源利用效率。Kim M等人對熱泵熱水器系統(tǒng)動態(tài)性能進行了數(shù)值模擬，對水箱體積進行了優(yōu)化。這些研究并沒有解決熱泵應用中存在的問題。
　　為了解決熱泵換熱器結霜(frost)及壓縮機安全工作問題，美國，澳大利亞等國的一些開發(fā)了戶內熱泵熱水器，將壓縮機、蒸發(fā)器等均放置在室內。
　　Morrison G L等人、余樂淵等人對這種機型進行了實驗研究（research)，結果表明，熱泵換熱器不存在結霜問題且系統(tǒng)工作穩(wěn)定，但由于熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器吸收室內空氣熱量，使得室內溫度降低，特別在冬季戶內熱泵熱水器對室內環(huán)境溫度的影響可能給用戶(user)帶來不便。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設計不合理造成的。并非所有機頭都按這個時間進行，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余熱通過熱泵循環(huán)（continue)進行地板采暖的可行性，結果表明這種方法是可行的，但未進行相應的實驗驗證。
　　2排風余熱回收型熱泵熱水器基本原理和特點為了解(Find out)決室外換熱器結霜及壓縮機(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排風余熱的熱回收型熱泵熱水器，其系統(tǒng)如所示，機組(unit)主要由水箱、壓縮機、蒸發(fā)器、毛細管及干燥過濾器、氣液分離器等附件組成；機組設計成分體式，蒸發(fā)器安裝于浴室排風口，其風機兼做排風機和蒸發(fā)器風機之用，蒸發(fā)器吸收浴室排風的熱量，經熱泵循環(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蒸發(fā)器風機可單獨作為排風機使用。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設計不合理造成的。并非所有機頭都按這個時間進行，如果保養(yǎng)好的可以延后，保養(yǎng)差的則需要提前。 
　　利用排風余熱的熱泵熱水器具有以下特點：（1）避免了熱泵室外換熱器表面的結霜問題(Emerson)由于熱泵蒸發(fā)(evaporation)器置于室內，且一般情況下浴室溫度在18℃以上，因此蒸發(fā)器翅片表面不會產生結霜問題，克服了結霜/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)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，廣泛應用于南、北方各種氣候條件下，擴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壓縮機(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工質的熱泵系統(tǒng)，其冷凝壓力一般在
　　2. 4MPa左右，當熱泵熱水器在冬季使用時，室外環(huán)境溫度較低，相應的系統(tǒng)蒸發(fā)壓力也較低，則造成壓縮機的壓比較大增加，一方面增加了壓縮機耗功，降低了系統(tǒng)的COP，另外對于壓縮機的安全工作極其不利，而利用室內排風余熱的熱泵熱水器則避免了這個問題，室內排風常年穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒有變動)在18～28℃范圍內不受季節(jié)的影響，且熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)溫度較高，使得熱泵系統(tǒng)壓縮機在比較適宜的壓比范圍內工作，使其工作可靠性提高。
　　3熱泵熱水器的動態(tài)性能實驗研究
　　3. 1實驗樣機為了驗證(Experimental)利用室內排風余熱的熱泵熱水器動態(tài)性能，加工制造了實驗樣機并進行了測試。實驗熱泵熱水器樣機蒸發(fā)器采用雙向條縫翅片管式換熱器，其幾何參數(shù)如所示；排風扇為前向多翼離心式風機，風量為650m 3 /h.壓縮機選用轉子式，其標準工況下的額定制冷量為
　　2. 2 kW；節(jié)流元件采用內徑為0. 5 mm的毛細管水箱（組成部分：高水箱、存水箱、低水箱）容積為0. 1m 3，實驗（experiment)中實際注水量為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實驗裝置實驗在焓差法空調器性能試驗室內進行，熱泵系統(tǒng)及測點布置示意如所示。試驗室分為室內、室外側環(huán)境室，每個環(huán)境室內安裝了一臺空氣(Basin air)處理機組，由計算機通過PID控制環(huán)境室溫度、濕度穩(wěn)定在設定值，達到實驗所需要的溫濕度條件。熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器風機（Draught Fan）（排風機）流量由室內側環(huán)境室變頻風機控制，風量用標準噴嘴測量，系統(tǒng)制冷量可通過測量蒸發(fā)器進出風焓差來確定；熱泵系統(tǒng)消耗功率及各測點制冷劑壓力、過冷度、過熱度等參數(shù)由實驗臺測控系統(tǒng)采集。
　　洗浴水進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。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設計不合理造成的。并非所有機頭都按這個時間進行，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過標定，所有參數(shù)采用計算機數(shù)據(jù)采集和處理，測量儀器和傳感器精度如所示。
　　實驗中首先將室內外環(huán)境調控到要求的工況，其中室內側環(huán)境控制（control)在干球溫度θa為18℃、相對濕度為60%，排風機（Draught Fan）風量控制在650m 3 /h，室外側環(huán)境控制在干球溫度18℃。待室內外環(huán)境穩(wěn)定后開啟被試熱泵樣機，每隔6s采集各測點數(shù)據(jù)，實驗結果如～8所示。
　　4實驗結果及分析所示為水箱中水的溫升曲線，被試樣機在開機約45min后上部水溫達到50℃，可以滿足洗浴用水要求另外從圖中可以看到，水箱中水溫存在嚴重的分層現(xiàn)象，水箱底部水溫隨時間(time)升高速度非常緩慢，在整個加熱過程中僅升高約3℃。產生這種現(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，熱泵機組冷凝盤管為工質上進下出型式，在水箱底部盤管內的R22工質處于過冷狀態(tài)，因此工質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，加熱過程結束時過冷度達到了約28℃，這對增大機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間的變化，從圖中可以看出熱泵樣機開機后迅速達到平衡狀態(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；當水箱出水溫度達到50℃時，對應的冷凝溫度約為56℃，系統(tǒng)高低壓差約為
　　1. 6MPa.
　　給出了壓縮機吸、排汽溫度隨加熱時間的變化曲線（Curve），隨著水溫及壓縮機壓比的增加(increase)，壓縮機排汽溫度逐漸升高；當水溫度達到50℃時，壓縮機排汽溫度約為107℃。昆山空壓機維修是更換全部磨損的零件，空壓機轉1000個小時或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區(qū)，則更換時間間隔要縮短。濾清器維修時必須停機，檢查壓縮機所有部件，排除壓縮機所有故障。因此，對使用R22工質的實驗（experiment)熱泵(Heat Pump) 熱水器樣機，洗浴水出水溫度50℃為其安全工作的極限，進一步提高(出水溫度將使壓縮機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壓縮機吸汽溫度變化不大，加熱過程后期壓縮機吸汽溫度下降速度加快，其原因是由于蒸發(fā)器內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隨運行時間的變化規(guī)律，實驗發(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間的增加(increase)逐漸減小；性能系數(shù)COP隨運行時間先升后降，在水箱出水溫度為33～40℃范圍內COP達到最大，其值約為
　　3. 4，整個加熱過程中平均COP約為
　　3. 15.產生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)各部件達到了最佳匹配，因此系統(tǒng)COP較高。昆山空壓機是一種用以壓縮氣體的設備?？諝鈮嚎s機與水泵構造類似。大多數(shù)空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。離心式壓縮機是非常大的應用程序。
　　隨時間的變化制熱量的增大得益于兩個因素：（1）從排風中獲取的余熱（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，導致壓縮機耗功率（指物體在單位時間內所做的功的多少）近似線性增長，導致熱泵系統(tǒng)制熱量隨之增大。
　　5結語提出了一種利用室內排風余熱的熱泵(Heat Pump) 熱水器機組，避免了熱泵室外換熱器表面結霜(frost)及在冬季工況下壓縮機工作條件惡化問題，且對浴室環(huán)境溫度不產生影響。
　　實驗結果表明：用戶(user)室溫為18℃時實驗熱泵熱水器樣機可在45min內將85 kg水從18℃加熱至出水溫度50℃；當水箱出水溫度在33～40℃范圍內時熱泵系統(tǒng)性能系數(shù)達到最大值，最大性能系數(shù)約為
　　3. 4，整個加熱過程中的平均性能系數(shù)為
　　3. 15，平均耗功率為800 W.當水箱出水溫度為50℃時，壓縮機排汽溫度約為107℃，熱泵系統(tǒng)高低壓差約為1.6，進一步提高出水溫度將使壓縮機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工質的實驗熱泵熱水器樣機，洗浴水出水溫度50℃為其安全工作的極限。
　　同時，實驗發(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)，制冷劑上進下出布置方式可使水箱中水溫產生嚴重(serious)的分層效應，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，對于實驗樣機加熱過程結束時過冷度可達28℃