空气源热泵热水器系统结构的研究

空气源热泵热水器系统结构的研究

黄如

广东万和电气有限公司 广东佛山 528513

摘要：热泵热水器具有良好的节能性，且加热效率较高，能够全天候使用，在人们的日常生活中具有良好的应用效果，已经在家庭使用中得以普及。空气源热泵热水器在应用过程中，其加热效率、节能性以及使用安全性会受到系统结构的影响，所以为了提高空气源热泵热水器性能，需要做好结构优化设计工作，确保系统结构设计更加科学。因此，本文将对空气源热泵热水器系统结构方面进行深入地研究与分析，并提出一些合理的意见和措施，旨在进一步提高热水器结构合理性。

关键词：空气源；热泵热水器；系统结构；优势分析；结构优化

在我国资源紧张以及能源枯竭问题逐渐加剧的形势下，为了能够有效节能资源使用、落实节能减排战略，节能技术以及节能产品已经成为市场主流。空气源热泵热水器因其出众的节能性、高效化以及安装维护便利等优势，逐渐成为家用以及商用热水器的主要发展趋势。为了能够进一步提升空气源热泵热水器实际使用效能，需要明确其结构特征，并对具体结构优化进行设计，从而能够促进空气源热泵热水器各项技术优势效果最大化发挥。

1空气源热泵热水器简要介绍

1.1空气源热泵热水器原理分析

热泵热水器是一种节能、高效的供热水产品，主体为热泵系统，利用电能作为驱动力，通过制冷工质吸收环境中的热量，并利用热泵循环将部分热量传递到水中实现加热。热泵技术的原理为逆卡诺循环，本质为一种热量提升设备，从周围环境中吸收热量，将其传递到被加热介质中，主要设备构成包括蒸发器、压缩机、冷凝器以及膨胀阀等。

表1 某空气源热泵参数

1.2空气源热泵热水器优势分析

空气源热泵热水器具有节能、高效等多项优势，节能效果能够超过常规电热水器四倍以上，超过燃气热水器三倍以上；在运行成本方面，空气源热泵热水器虽然初期投资较高，在燃气、电热水器的投资三倍左右，但是后期的运行成本以及维护成本，根据相关数据显示，120L水从15摄氏度提高到55摄氏度，燃气热水器需要花费成本为1.74元，电热水器为3.60元，而空气源热泵热水器仅需要0.95元左右^[1]。

2空气源热泵热水器系统结构分析

空气源热泵热水器在运行过程中，会受到环境温度、进水温度以及构件性能等多种因素的影响，根据当前的研究现状来看，针对空气源热泵热水器的结构研究主要集中在节流机构、压缩机机构、换热器以及管路设计方面。

2.1换热器结构分析

首先，在空气源热水器中，利用空气源热泵产生的能量将冷水进行加热，在这个过程中热交换技术发挥着主要作用，是决定热交换效率的基础因素。热交换效率最为主要的影响因素包括热交换器材料、内部结构以及水管结构和位置等，当前热交换器中使用最为广泛的材料为金属铜材料，主要是由于铜导热系数较高，能够提高导热性，在相同的条件下铜能够传导更多热量，从而能够提升热交换器效率。其次，在换热器结构中，热交换是指热能从热流体通过直接或间接的方式向冷流体流动的过程；换热器的盘管结构对于换热器的换热性能会产生直接影响，当前盘管大多采用铜材料，盘管结构包括铜管的内径、形状以及盘管形状等，当前空气源热泵热水器的铜管一般采用内肋铜管比如内螺纹功铜管等，室外换热器的盘管形状一般为U型管；当前针对盘管的研究主要集中在铜管的内径和冷凝管形状、减少材料使用、降低成本方面

^[2]。

针对冷凝盘管来说，冷凝盘管形状会对水箱的热交换能力产生很大影响，在容量为90L的立式水箱中，冷凝盘管分别采用等径螺旋盘管和非等径螺旋盘管，根据测试结果发现，非等径螺旋盘管的热交换性能优于等径盘管，100L以下的空气源热泵热水器更适合采用非等径螺旋盘管，提高综合换热能力；外盘管结构也是影响热交换性能的重要因素，当前空气源热泵热水器主要采用外盘管为两管制形式，不同盘管结构对于热交换性能也会产生不同的影响。

2.2节流机构分析

节流机构是空气源热泵热水器系统中的重要组成部分，当前较为常见的节流机构包括毛细管、热力膨胀阀以及电子膨胀阀等。当采用毛细管作为空气源热泵热水器的节流机构时，能够降低工艺成本，但是毛细管节流机构的适用性较差；热力膨胀阀主要包括单项和双向两种不同类型，空气源热泵热水器中更多地采用双向热力膨胀阀，膨胀阀的开度和制冷剂填充量能够影响空气源热泵热水器运行效果，且热力膨胀阀对于热水器的长时间运行流量调节存在一定局限性；电子膨胀阀具有精度较高、调节范围加到以及快速制冷或制热等多项特点，通过与变频技术的结合，在空气源热泵热水器中应用日益广泛^[3]。

表2 热水机组的节能实现

2.3压缩机结构分析

压缩机是空气源热泵热水器系统中的重要构件，常见的压缩机包括往复活塞式、滚动转子式以及涡旋式等。压缩机的应用需要按照不同工质进行选择，当前家用空气源热泵热水器中，一般采用滚动转子压缩机，在环境温度为-8~43摄氏度温度范围内，滚动转子压缩机在空气源热泵热水器中具有良好的可靠性；涡旋式压缩机在部分家用空气源热泵热水器中也有所应用，同样也具有良好的可靠性。

3空气源热泵热水器系统结构优化发展方向分析

随着人们生活质量不断提高，以及科学技术的不断发展，清洁能源在我国社会生产中占比有所增加，空气源热泵热水器的使用日益广泛，对于人们的生活起到了良好的改善作用。热水器是人们日常生活必不可缺的重要设备，人们通过热水器能够获取相应的热水资源，以供日常生活使用。当前群众所采用的热水器主要以电力能源为主，但是大部分电力热水器在换热效率方面都存在着一定的问题，所以空气源热泵热水器得到较好的发展，具有广阔的市场前景，但是因为系统结构尚未完全成熟，在实际使用中还存在着一定的结构问题，所以需要对空气源热泵热水器的结构进行进一步优化，从而提高空气源热泵热水器节能性、环保性、高效性以及经济性。在针对空气源热泵热水器的优化设计中，热交换器结构设计是影响其空气源热泵热水器性能最为主要的因素之一，如果热交换器结构设计不够科学，就会增加出现能耗过大、能源浪费问题的概率。在空气源热泵热水器的热交换器结构设计时，热交换器部分需要采用特殊的处理措施，可以采用镀保护膜的方式，从而能够有效避免结构变形等问题出现，从而能够提高空气源热泵热水器运行效率和环保性，是未来空气源热泵热水器结构优化设计的主要方向。

结束语

综上所述，本文全面阐述了空气源热泵热水器的运行原理及技术优势，并对空气源热泵热水器的系统结构进行分析，最后提出系统结构未来的主要优化方向，希望能够对空气源热泵热水器设计领域起到一定的借鉴和帮助作用，不断提高热水器综合性能。

参考文献

[1]彭斌, 王永强. 混合制冷剂在空气源热泵热水器系统中替代R22的可行性研究[J]. 可再生能源, 2021, 39(7):6-6.

[2]郝鹏飞, 王沣浩. 适用于低温工况的空气源热泵热水器研究现状[J]. 制冷与空调, 2022.11(008)2-2.

[3]赵春雨、刘国强、应雨铮、晏刚. 空气源热泵热水器换热器的研究进展[J]. 制冷与空调, 2020, 20(10):6-6.