热泵热水器的低温环境运行解决方案

量转子式压缩机，该产品的两个气缸可以 实现串并联切换（图７）。可以设想，当将 该产品用在热泵热水器上时，夏季采用并 联运行或单缸运行以实现较小的压力比、 冬季采用串联运行获得较大的压力比。因 此，较好地适应了热泵热水器压力比变化 的要求。其关键在于两个气缸容积的匹配。
④变频技术 由于制冷系统的制热量与压缩机的转 速成正比，而压缩机的转速又与电源的频 率成正比，因此采用变频技术将是解决空 气源热泵热水器低温环境运行时制热量不 足的有效手段，其问题在于压缩机不能长 期高速运转。考虑到一般情况下冬季气候 的极限温度往往时间不长，并且变频技术 在空调器中已有长期的应用经验，技术相 对比较成熟，配套能力也较强，采用变频 技术将是一个很好的选择。 ⑤其他技术 采用水作为低温热源的水源热泵不受 环境温度的限制，而且由于水源温度一般 均高于环境温度，热泵的效率相应也较 高，但用户处必须有相应的水源。水源热 泵在空调行业近年来已得到大量的应用， 产品的技术已比较成熟，相对欠缺的是工
程问题，如设计规
范、标准等。
需要特别一提
的是，在土壤源热泵
中近年来出现了一
种直接蒸发式的产
品和技术，它不是在
地下埋水管，利用与 土壤换热的水作为
图７双缸变容压缩机
低温热源，而是将蒸发器盘管直接埋入地
下与土壤换热。由于省却了水作为中间换
热介质，可望获得更高的效率。
４结束语 为了良好地解决热泵热水器的低温环
万方数据
目前人们最关注的是空气源热泵热水 器，它因以环境空气为低温热源从中吸收 热量而得名。由于空气源热泵热水器不受 低温热源的限制、安装灵活、使用方便，有 可能实现冷热联供、且易于小型化而有可 能进入居民家庭，从而具有更大的市场潜 力。但正由于使用空气作为低温热源，空 气源热泵热水器也存在着在北方冬季气温 较低时使用的一系列问题，目前中国的市 场范围主要在长江以南地区，这无疑大大 限制了空气源热泵热水器的应用与发展。
图ｌ所示为压缩机的吸气比容和制冷 剂的流量随蒸发温度变化的计算结果。考 虑到用户所需要的热水温度不因环境温度 的变化而变化，计算中冷凝温度保持不 变。并且假设压缩机的吸气过热度不变、 行程容积为５０ｃｍ３。从图中可以清楚地看 到，随着蒸发温度的下降，压缩机运转中
热泵热水器专题＞＞＞研究．探讨ＩＲｅｓｅ删Ｄｉｓｃ啪ｊｏｎｌ３８／３９
通过改进他们公司的两级转子式压缩机， 热水器所面临的问题主要在于继续提高效
使他的产品（ｓＨＰ—Ｔｃ３７Ｆ）实现了ＣＯＰ 率和不断降低成本。压缩机和换热器的改
４．９。大金克服了摩擦力和叶片尖端气体 泄漏等问题，采用了回转式压缩机，其扩
进是主要措施，寻求新的循环机制（特别
是ｅｊｅｃｔｏｒ）也值得关注。≯ｒ
参考文献
１ Ｐｅｎｅｒ Ｎｅｋｓ何ｔ．Ｈ丽ｖａｎｄ Ｒｅｋｓｔａｄ．Ｇ，Ｒｅｚａ Ｚａｋｅ ｒＩ ａｎｄ Ｐｅｒ Ａｍｅ Ｓｃｈｉｅ羽ｏｅ．ＣＯ，一ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ：ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ“ｃｓ，ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒＩｍｅｎｔａＩ ｒｅｓｕＩｌＳ．Ｉｎｔ Ｊ．Ｒｅ们ｇ．ＶＯｌ，２１，ＮＯ． ３，ｐｐ．１７２—１７９，１９９８
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
李红旗 北京工业大学
家电科技 CHINA APPLIANCE TECHNOLOGY 2008(3)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jydqkj200803017.aspx
２空气源热泵热水器在寒冷地区运行的问题 由于空气源热泵热水器需要从空气中
吸收热量来加热水，空气温度越低吸收热 量就越难，从用户的角度主要表现在制热 量的减少和制热效率的降低。此外，还存
在着低温时室外换热器的结霜问题等。 对于一台蒸发器结构形式、结构参数
确定的空气源热泵热水器，制冷剂需要从 环境空气中吸收热量的温度就必须低于环 境温度。因此，环境温度越低，其蒸发温 度也就越低，相应的蒸发压力就越低。·压 缩机在运转中所能吸进的制冷剂蒸汽的容 积尽管不变，但因为制冷剂蒸汽的压力较 低，该容积中所包含的制冷剂的质量却减 少，即压缩机的质量流量减低。
境运行问题，上述的技术路线往往需要结 合使用，并且由于各自的特点和适用性不 同，很难有一种技术路线可以解决所有问 题或适用于各种不同的用户，这就要求用 于低温环境的热泵热水器产品的多样化和 系列化。但从技术上讲，解决热泵热水器 的低温环境运行问题是完全可行的，大力 发展低温制热技术也是热泵热水器产品得 到发展和广泛应用的必行之路。簋ｒ
以增加效率。
●高效率
以上特点和趋势一定程度上解释了日
高效率是Ｅｃｏ ｃｕｔｅ技术成功地一个 本Ｅｃｏ ｃｕｔｅ市场的快速增长。经预测，到
很主要的因素。每个制造商都在发展自 ２０１０年，日本的热泵热水器市场用量将达
己独有的技术，使用不同设计的压缩机 到５１０万台。这一数字不一定准确，但预
或换热器，来改进自己产品的效率。三洋 示着Ｅｃｏ Ｃｕｔｅ的巨大市场潜力。ｃｑ热泵
吸入的制冷剂质量近似呈线性降低。 由于制冷系统的制热量与制冷剂的
流量成正比，所以，空气源热泵的制热量 随着蒸发温度的降低也随之降低，图２所 示为相应的制热量计算结果（以蒸发温度 ２０℃为计算基准）。如图所示，随着环境 温度的下降制热量也随之减小，当蒸发 温度降到一２０℃时，制热量只有原来的 ２１．７％。假设蒸发器的传热温差为１０℃， 这就意味着环境温度从２０℃降到一１０℃ 时，制热量将衰减近８０％。尽管这只是 一个粗略的估算，但也说明了在环境温 度较低时，热泵热水器的制热量即加热 水的能力将无法满足用户的需要。
『编辑，李鹏ｌ
空气源热泵热水器浅析
杭州锦江百浪新能源有限公司诸吉良
目
前，我国各地相继出台了对 热泵支持政策，而从可再生 的空气中吸取热源的新型高
效的节能产品一家用空气源热泵热水器也
在悄然兴起，但有相当数量的消费者对空
气源热泵热水器的认识还很模糊，有人说
就是空调的制热，只是内机改为水箱，以
制取热水代替空气制热，只要买个外机，
２ Ｋａｔｓｕｍｉ ＨａｓｈｉｍＯｔＯ ＴｅｃｈｎＯｌｏｇＶ ａｎｄ Ｍａｒｋｅｔ ＤｅｖｅＩｏｐｍｅｎｔ ｏｆＣ０，ＨｅａｔＰｕｍｐＷａｔｅｒＨｅａｌｅｒｓ （ＥＣＯ ＣＵＴＥ）ｉｎ Ｊａｐａｎ．１ＥＡ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｃｅｎｌｒｅ
Ｎｅｗｓ｝ｅ始ｒ、／ＯＪｕｍｅ ２４一Ｎ０，引２００６ ３ ＣＯ，Ｈ、Ｐ Ｗａｔｅｒ Ｈｅａｔｅｒ ＳｈＩｐｍｅｎｔｓ Ｊｕｍｐ ｂｙ
目前也有使用用户房间中空气作为 低温热源的产品，由于北方地区冬季都 有供暖，房间中空气温度比较高，使用室 内空气作为低温热源无疑可以解决空气 源热泵热水器的低温环境运行问题。但 这种方式除了增加了房间的热负荷，影 响了用户舒适性外，还存在着安装空间 和噪音等问题。
③采用特殊的压缩机 目前国内空气源热泵热水器均使用空 调压缩机。这种并不是为热泵热水器专门 设计、制造的压缩机，实际上存在着包含 可靠性在内的诸多问题，由于本文不涉及 可靠性问题，对此不予赘述。但空气源热 泵热水器运行的特点是在冬、夏季压缩机 的压力比差别很大，夏季运行时压力比只 有２左右，而冬季运行的压力比往往超过 １０，空调压缩机不可能满足如此大的压力 比变化要求。 目前有压缩机企业开发了双缸可变容
动保持水温、水位，并且根据使用者习惯 大了气缸体积增加了效率。同时，大金的
选择最优的水量。东芝热泵热水器有一种 凹凸水侧热交换器，使水流在经过凹凸
功能，可以在９分钟之内将２００Ｌ的水从 不平的表面时产生紊流，加强换热，增加
３０℃加热到４０℃，达到业界最快。
效率。电装则采用ｅｊｅｃｔｏｒ来恢复膨胀功，
图４所示为一台实际的空气源热泵热 水器效率的测试结果。效率的实测值也表 现出相同的趋势，在环境温度为５℃，进 水ｌＯ℃出水５５℃时，样机的效率仅有１．０ 左右，与电热水器相比已不存在效率优 势，并且可以肯定，随着环境温度的进一 步降低，效率也将更低。
尽管存在着样机的设计与制造质量方， 面的因素，但无论从理论上还是测试上都
ｒ编辑，李鹏ｊ
热泵热水器的低温环境
运行解决方案
北京工业大学李红旗
１概述 热泵热水器利用制冷循环的原理从自
然环境中吸取热量，并消耗少量的电能将 此热量传递给水以生产生活热水。与常规 的电热水器相比，热泵热水器所消耗的电 能只是能量传递的动力而具有很高的效率， 热水得到的热量为热泵热水器从自然环境 中吸收的热量与所消耗的电能转换的热量 之和。这一特点使热泵热水器在当前全球 范围内能源短缺的形势下具有无可比拟的 优势。此外，热泵热水器在运行时没有任 何污染物排放，也符合当前国家对环境保 护日益提高的要求。并且，在能源价格不 断上升的当今社会，热泵热水器的高效率 和低能耗也给用户带来运行费用的大幅降 低。因此，我国热泵热水器正逐渐成为一 个具有巨大发展潜力的新兴产品和产业。
６３％，ＪＡＲＮ Ｊａｎ ２５ ２００７ ４ Ｊａｐａｎｅｓｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｎｅｗｓ：ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｉｎｇ ｍａｒｋｅｔ
ｈｅａｔ ｕＤ．ＪＡＲＮ Ｊｕｎｅ ２５ ２００７ ５ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ’ ｂｒｏｃｈｕｒｅｓ（Ｄｅｎｓｏ、Ｓａｎｙｏ、
ＤａＩｋｉｎ、Ｔｏｓｈ№ａ、Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ（ＮａｌｉｏｎａＩ）、 ＨｉｔａｃｈＩ、Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ ＥＩｅｃｔ—ｃ Ｃｏｒｐ．（Ｍｅｌｃｏ）、 ＳＡＮＤＥＮ、Ｃｏｒｏｎａ、ｌｔｏｍｉｃ、ＣＨＯＦＵ） ６中国节能橼会节电与绿色电能委员会报告
在制热量降低的同时，热泵热水器的 效率也随蒸发温度的降低而降低，因为作 为制冷系统热泵热水器运行时的工作温差 在不断提高。图３所示为相应的效率计算 结果。从图中可以看出，在假设蒸发器的 传热温差为１０℃时，环境温度·１５℃时采 用简单制冷循环的热泵热水器的理论制热 效率仅有１．４，更何况实际产品的效率远达 不到理论值。这就意味着在环境温度较低 时，空气源热泵热水器不但制热量不能满 足用户的需求，还将丧失其高效的优势。
万方数据
再配上带冷凝管的水箱就成空气源了。 难道空气源热泵热水器真的是这样吗？
下面我们以１．５匹空调的外机与我 公司同功率的空气源热水器主机配１５０Ｌ 水箱来作一对比分析（以Ｒ２２为例）。
首先，主机压缩机排气温度对比： （见图１、２）。
由图中可以看出：锦江百浪在水温
热泵热水器的低温环境运行解决方案
一＃
表明较低的环境温度是制约空气源热泵热 水器在北方寒冷地区应用的致命障碍。
３空气源热泵热水器在寒冷地区运行的解 决方案
从上所述，解决低温环境下的运行 效率和制热量问题成为扩大热泵热水器
万方数据
冷 凝 器
冷
蒸
凝
发
器
器
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膨胀阀 囝６过冷器系统
由电能产生，这样水得到的热量实际上均 来自于电能，热泵热水器变成了电热水 器。但考虑到在一些地区环境温度极低使 热泵热水器不能满足用户需要的时间不 长，这种方案也不失为一种有效手段。