相变储热预热式热泵热水器系统性能研究

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1、第29卷第l0期太阳能学报Vo1．29，No．102008年1O月ACTAENERGIAESOI．ARISSINICAOct．．2008文章编号：o254-oo96(2oo8)10-1230．05相变储热预热式热泵热水器系统性能研究李建新，王永川，陈光明2(1．浙江大学宁波理工学院，宁波315100；2．浙江大学，杭州310027)摘要：对集储热、预热与放热于一体的相变储热预热式热泵热水器系统的工作性能进行了研究，并对储、放热过程中相变材料、制冷介质的温度变化及压缩机的功耗情况进行了分析，该储热式热泵热水器系统采用分段加热，利用储能材料对水的

2、预热作用，减小水与系统工作介质之间的换热温差，降低压缩机的功率消耗，使系统COP提高，若储热阶段结合谷电的应用，系统节能效果将更加显著，该试验研究为此类热泵热水器的理论模拟及性能优化奠定了基础。关键词：储热材料；热泵；预热中图分类号：TK512．4文献标识码：A热泵／制冷循环一样，系统中压缩机3起压缩和输送制0引言冷剂及造成蒸发器中低压的作用，是整个系统的心由于热泵可高效地将低品位能源(如空气、土脏；节流元件4对制冷剂起节流降压作用，并调节进壤、水中的热能)转化为高位能，节能效果较好，因此入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器2是输出冷量的设近年来热泵

3、技术的研究及应用得到了人们的普遍关备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物质的热量；储热注引。换热器6和加热换热器11(类似于常规热泵的冷凝常规热泵热水器将热量储存在水中，为增大储器)是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同热能力需要一个体积较大的储水罐。本文所研究的压缩机消耗的功所转化的热量在储热换热器6中用新型相变储热预热式热泵热水器与常规热泵热水器于相变储热材料储热或用于加热换热器Il中继续加相比，其创新之处主要体现在以下几方面：热经过预热的水。根据热力学第二定律，压缩机所消1)将高效的相变材料与热泵技术相结合，利用耗的功起补偿作用，使制冷剂

4、不断从低温物体中吸相变储热换热器的预热作用实现热水的分段加热，热，并向高温物体放热，从而完成整个循环。’并采用逆流换热；2)平均冷凝压力低于常规热泵系统，减小压缩机的功率与尺寸，提高了系统的能效比；3)与常规储水热泵热水器相比，由于石蜡储热潜力较水大，在相同的储热量下，所需换热器的体积较水储热时体积减小；4)在储热阶段结合谷电的使用可进一步提高热泵热水器的节能效果。1．风机2．蒸发器3．压缩机4．节流元件5．冷水阀6．储热换热器7．取热换热器8．相变储热材料1试验装置与工作原理9．储热装置10．保温材料11．加热换热器12．热水阀13．视液镜

5、14．干燥过滤器图1为相变储热预热式热泵热水器试验系统，其图1相变储热预热式热泵热水器实验系统示意图Fig．1Schematicoftheexperimentalwaterheater中工质采用R-22，相变储热材料采用石蜡。与常规的收稿日期：2007—03．21通讯作者：王永川(1968一)，男，博士、副教授，主要从事余热回收与节能方面的研究。wwyycc@zju．edu．cn10期李建新等：相变储热预热式热泵热水器系统性能研究在相变储热预热式热泵热水器中，储热换热器显的温升，即以显热换热为主；6与取热换热器7共同组成了储热装置9，储热过程

6、2)制冷剂温度变化：储热阶段系统各测点处工与取热过程在同一个储热装置9中完成，在相变储质的温度变化测试结果表明，储热过程蕾，压缩机排热材料8中同时交错布置有储热换热器(制冷剂冷气口工质的温度在整个储热过程中不断升高，升温凝管路)和取热换热器(水管)，且制冷剂管与水管呈速度逐渐缓慢，这区别于常规热泵工作特性。叉排布置，即在同一个换热器中实现储热和取热两图6示意出模拟不同环境温度时系统耗功情个过程，从设计上减小了系统结构尺寸。况，测试结果表明，在储热阶段压缩机所消耗的功率该储热式热泵热水器工作由储热阶段和放热阶逐渐增加，在整个储热过程中，功率的消

7、耗始终是变段组成：化的，且与石蜡的升温过程有一定的对应关系，其原1)储热阶段，压缩机出口高温、高压的制冷剂在因主要是因为储热装置内石蜡在储热阶段的换热不储热换热器内通过管壁与管外翅片将热量传递给储能达到稳定状态，随石蜡温度的升高，工质R一22的热材料，将热量以潜热和少部分显热的形式储存于冷凝温度也不断提高，压缩机的功率消耗随之不断相变材料中，在此阶段，自来水管路关闭，管内没有增大。针对不同环境温度下储热阶段压缩机功耗情水流动，管内水主要以导热方式吸收热量，此部分热况进行比较，结果表明，在相同的排气温度下，蒸发量最终也是由热水带出并利用，所以对

8、于热水器的器进风温度较高时，所消耗的功率越少，这是因为环供热性能没有影响；境温度越低，石蜡相应的初始温度也越低，加热过程2)放热阶段，冷水通过冷水阀5流经取热换热中