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文獻(xiàn)綜述
題 目：空氣源熱泵熱水器的技術(shù)現(xiàn)狀
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空氣源熱泵熱水器的技術(shù)現(xiàn)狀
摘要：熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，熱泵的作用是從周圍環(huán)境中吸取熱情，并把它傳遞給被加熱的對(duì)象(溫度較高的物體)，其工作原理與制冷機(jī)相同，都是按照逆卡諾循環(huán)工作的，所不同的只是工作溫度范周不一樣。臺(tái)壓縮式熱泵裝置，主要由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥四部分組成，通過讓工質(zhì)不斷完成蒸發(fā)一壓縮一冷凝一節(jié)流一再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，從而將環(huán)境里的熱量轉(zhuǎn)移到水中，所謂空氣源熱泵熱水器是把空氣熱源，蒸發(fā)器從空氣中吸收熱量然后轉(zhuǎn)移到水中。目前國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀為國(guó)外起步早技術(shù)較為成熟，國(guó)內(nèi)仍處于初步階段，很多技術(shù)難題和技術(shù)障礙急需解決和突破。
關(guān)鍵詞：空氣源熱泵熱水器 研究進(jìn)展 技術(shù)現(xiàn)狀
前 言
在自然界中，水總由高處流向低處，熱雖也總是從高溫傳向低溫。但人們可以用水泵把水從低處提升到高處，從而實(shí)現(xiàn)水由低處向高處流動(dòng)，熱泵同樣可以把熱量從低溫傳遞到高溫。所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，熱泵的作用是從周圍環(huán)境中吸取熱情，并把它傳遞給被加熱的對(duì)象(溫度較高的物體)，其工作
原理與制冷機(jī)相同，都是按照逆卡諾循環(huán)工作的，所不同的只是工作溫度范周不一樣。臺(tái)壓縮式熱泵裝置，主要由蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥四部分組成，通過讓工質(zhì)不斷完成蒸發(fā)一壓縮一冷凝一節(jié)流一再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，從而將環(huán)境里的熱量轉(zhuǎn)移到水中，所謂空氣源熱泵熱水器是把空氣熱源，蒸發(fā)器從空氣中吸收熱量然后轉(zhuǎn)移到水中[1]。
工作原理：制冷劑在蒸發(fā)器（空氣交換器）中吸收熱量后以氣態(tài)形式進(jìn)入壓縮機(jī)，被壓縮后變成高溫高壓的氣體（此時(shí)制冷劑中蘊(yùn)含兩部分熱量，一部分是從空氣中吸收過來的Q1，另一部分是輸入到壓縮機(jī)中的電能轉(zhuǎn)化成的熱量Q2），被壓縮過的高溫高壓的氣體進(jìn)入冷凝器（水熱交換器）將其所含的熱量（Q1+Q2）釋放到水中，被加熱的水（最高可達(dá)65度）直接進(jìn)入保溫水箱儲(chǔ)存起來供用戶使用。其工作原理簡(jiǎn)圖如下圖1[2]：
圖1原理簡(jiǎn)圖
國(guó)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望
空氣源熱泵熱水器在國(guó)外已有20多年的歷史，特別在我國(guó)的近鄰日本、澳大利亞等國(guó)的家庭、賓館、企事業(yè)單位，60℃以下的熱水供給70%以上采用空氣源熱泵熱水器。其傳入我國(guó)，雖只有短短幾年，但發(fā)展迅猛尤其在酒店、賓館、醫(yī)院、學(xué)校、集體宿舍、美容美發(fā)、恒溫泳池等場(chǎng)所，得到了大量的應(yīng)用，特別是近幾年，空氣源熱泵熱水器在一些城市的新樓盤配套工程中得到了廣泛的應(yīng)用[3]。
熱泵產(chǎn)品技術(shù)的應(yīng)用升級(jí)發(fā)展迅猛，從2000年初的直熱式分體空氣源熱水器（一個(gè)主機(jī)加一個(gè)保溫水箱）到目前空調(diào)、熱水器同時(shí)享用，已在國(guó)內(nèi)上市的冷氣熱水器可一機(jī)多用，它繼承了空氣源熱泵熱水器的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，并獨(dú)創(chuàng)性的具有廚房制冷的功能，完全可以滿足消費(fèi)者安全舒適、節(jié)能環(huán)保、廚房制冷等需求[4]。
能源的緊張和電力裝機(jī)容量的改善、技術(shù)進(jìn)步、國(guó)家的政策傾斜以及全社會(huì)大力節(jié)能降耗等外部環(huán)境因素，為空氣源熱泵熱水器品牌的切入帶來了發(fā)展的契機(jī)，冷氣熱水器必將成為繼太陽能熱水器后的又一個(gè)熱水器朝陽產(chǎn)業(yè)。
日本是最早普及熱泵應(yīng)用的國(guó)家，第一次石油危機(jī)后，從能源安全的基本目標(biāo)出發(fā)，日本將節(jié)能作為基本國(guó)策。由于熱泵技術(shù)具有顯著的節(jié)能效益，家用熱泵型空調(diào)技術(shù)取得較大發(fā)展，到20世紀(jì)80年代中期，日本已基本普及家用熱泵型空調(diào)。而利用熱泵技術(shù)制取生活用熱水，則是在熱泵型空調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，加裝熱能回收裝置和熱水儲(chǔ)存裝置演變而成，這類與家用空調(diào)裝置組合的熱泵熱水器，直到今天仍然是日本市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。據(jù)日本制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會(huì)（JRAIA）統(tǒng)計(jì)，2009年，日本熱泵熱水器的產(chǎn)銷量約為110萬臺(tái)，其中約60萬臺(tái)是用于空調(diào)或采暖的多功能組合型產(chǎn)品，僅具有制取生活熱水功能的產(chǎn)品為50萬臺(tái)左右。在統(tǒng)計(jì)中，前者的數(shù)據(jù)一般作為空調(diào)統(tǒng)計(jì)。受居住條件限制，在日本，地源熱泵和水源熱泵的應(yīng)用空間有限，家用熱泵幾乎全部為空氣源熱泵[5]。
美國(guó)早在第二次世界大戰(zhàn)期間已經(jīng)開始將熱泵用于采暖，以緩解戰(zhàn)爭(zhēng)造成的電力供應(yīng)不足。但是，受技術(shù)水平的制約，熱泵裝置相對(duì)于燃油采暖器具而言，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且故障率高，當(dāng)戰(zhàn)后能源供應(yīng)恢復(fù)正常時(shí)，充足而廉價(jià)的石油供應(yīng)使熱泵的市場(chǎng)空間迅速消失，以至于20世紀(jì)60年代，美國(guó)軍方甚至明文規(guī)定不允許將熱泵列入采購清單[7]。然而，兩次石油危機(jī)以及日本熱泵普及應(yīng)用取得空前成功，促使美國(guó)政府重新評(píng)估熱泵的節(jié)能潛力，熱泵裝置在家用空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用逐步擴(kuò)大。美國(guó)住宅采暖方式以全空氣集中處理方式為主，即整套住宅的室內(nèi)空氣在熱泵機(jī)組進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)后，通過風(fēng)道運(yùn)送到各房間，這種方式與歐盟利用水作為傳熱介質(zhì)與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換的方式不同[8]。因此，用于空調(diào)的熱泵，無論制冷或制熱運(yùn)行，室內(nèi)側(cè)換熱器均直接與空氣換熱，美國(guó)的熱泵熱水器通常只用于供應(yīng)生活用熱水，不承擔(dān)采暖負(fù)荷。
國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀和前景分析
空氣源熱泵熱水器作為一個(gè)新興產(chǎn)品，目前還處于成長(zhǎng)初期，對(duì)于整個(gè)行業(yè)來說，前景無限廣闊，但是同樣也受到很多因素的制約，怎樣尋找方法突破這些制約，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展是當(dāng)務(wù)之急[9]?？諝庠礋岜脽崴飨胍M快被大多數(shù)消費(fèi)者接受，還需要真正有實(shí)力的企業(yè)、政府部門的積極引導(dǎo)和長(zhǎng)期的推廣宣傳。其次，行業(yè)內(nèi)缺乏產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)突破，技術(shù)門派的多樣性及不規(guī)范性是我國(guó)空氣源熱泵熱水器行業(yè)存在的一大問題不同的生產(chǎn)商對(duì)于額定制冷能力下的溫度要求說法不一，從而出現(xiàn)一種錯(cuò)誤說法：空氣源熱泵熱水器只適用于我國(guó)南方，不適用于北方[22]。
空氣源熱泵熱水器行業(yè)逐漸成為備受關(guān)注的行業(yè)，這種高效節(jié)能的產(chǎn)品必將成為時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)，及時(shí)前景很好，我們也要客觀理性面對(duì)，這樣才能健康長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。
結(jié) 論
目前空氣源熱泵熱水器的研究成果包括應(yīng)用新型工質(zhì)以提高系統(tǒng)性能、優(yōu)化控制系統(tǒng)、優(yōu)化除霜系統(tǒng)、設(shè)置水箱智能控制系統(tǒng)、采用高效換熱器、合理配置節(jié)流裝置以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
雖然取得了不錯(cuò)的進(jìn)展，但我們面臨的問題依舊不少，比如，現(xiàn)在大多數(shù)采用的制冷劑R22，價(jià)格便宜，熱力性能穩(wěn)定、安全等級(jí)高，但是其屬于含氟類制冷劑，對(duì)地球臭氧層會(huì)造成破壞。追求綠色環(huán)保的制冷劑是我們當(dāng)前急需解決的問題。此外，傳統(tǒng)儲(chǔ)水箱采用內(nèi)置盤管換熱，制冷劑通過管道直接與水換熱，目前大多盤管采用傳熱性能好的銅管，這種結(jié)構(gòu)有許多缺點(diǎn)，例如：固定方式簡(jiǎn)單容易脫落，時(shí)間長(zhǎng)容易生銹。同時(shí)，由于該技術(shù)也能很好地與其他技術(shù)相融合，如與太陽能技術(shù)、相變儲(chǔ)熱技術(shù)結(jié)合，發(fā)展?jié)摿薮蟆?
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