节能型太阳能空气源热泵多功能机研究

王天舒

摘要：随着科技的进步和经济的发展，节能和环保问题使得人们越来越重视清洁能源的利用，太阳能有其独特的优越性但是受限于太阳因素。而热泵技术作为节能型制冷供热热水技术与太阳能结合具有良好的性能。本文主要介绍了节能型太阳能空气源热泵多功能机的工作原理、应用领域。

Abstract： With the progress of science and technology and development of economy， people pay more and more attention to the utilization of clean energy due to the problems of energy saving and environmental protection. Heat pump technology， as an energy saving refrigeration and heating hot water technology combined with solar energy， has good performance. This paper introduces the working principle and application field of energy-saving solar air-source heat pump multifunctional machine.

关键词：太阳能空气源热泵;多功能机;节能

Key words： solar air-source heat pump;multifunctional machine;energy-saving

中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）07-0131-03

1 研究开发目的和意义

当前空气源热泵热水机作为一种节能环保产品，在各类热源的热水加热产品中具有运行费用较低的优势，仅次于太阳能热水器，太阳能热水器受到太阳因素的限制，无法保证长期不间断的供热水，但太阳能的优越性人们还是普遍认可的。因而如果能把太阳能与空气能结合起来加热水，制热水时的运行成本将比常规空气源热泵热水机更低，更节能。

针对上述设想并了解了国内国外太阳能产品应用情况，结合公司现有的空气源热泵热水机及空调热泵热水多用机技术，本人研究设计了节能型太阳能空气源热泵多功能机，这些功能包括单独制冷、单独制热水、单独采暖、既制热水又制冷、既制热水又采暖等。

针对不同功能不同结构的要求，可作针对性设计，如整体式冷热水型太阳能空气源热泵空调热水多功能机、整体式冷水型太阳能空气源热泵空调热水多功能机、分体式冷热风型太阳能空气源热泵空调热水多功能机、分体式冷（热）风型太阳能空气源热泵空调热水多功能机、节能型太阳能空气源热泵热水机，下面将对这些机组作详细介绍。

2 不同功能不同结构的节能型太阳能空气源热泵介绍

2.1 节能型太阳能空气源热泵热水机

这种类型机组功能简单，只具有制热水功能。其与典型的空气源热泵热水机相比，节能型太阳能空气源热泵热水机是在典型的空气源热泵热水机基础上增加太阳能集热板（板内布置铜管）。

机组运行时，若阳光充足或比较充足，根据系统探测温度（主要有环境温度、压缩机吸气温度、集热板表面温度等）情况控制翅片蒸发器和太阳能集热板的工作与否，当集热板所收集的热量满足系统要求时，翅片蒸发器一侧的电磁阀1关闭，此时集热板作热泵的蒸发器使用，使得太阳能的集热过程与制冷剂的蒸发过程在一个系统中同时发生，使集热板从太阳中吸收的热量被制冷剂吸收，通过压缩循环做功再把热量用于加热水（机组的能效比COP值一般可达到3.0以上）。

若运行之后，尤其是在冬季运行时，集热板表面温度低于控制值，翅片蒸发器一侧的电磁阀1开启，系统从空气中补充吸收热量。

若阳光不充足或没有阳光时，系统关闭集热板侧电磁阀2，机组作为典型的空气源热泵热水机正常使用。见图1。

为了既能够保证机组在夏季正常運行，同时在冬季能够收集到更多的太阳能，在设计过程中应适当将集热板的面积设计的大一些，但系统需要稍作特殊设计。使集热板面积可控制，具体方案见图2。

设计时，使设计工况点在有正常阳光运行时基本不需要使用翅片蒸发器和风机，而夏季运行时，可切断太阳能集热板一半使用面积，即关闭电磁阀3来保证热泵系统正常工作。冬季电磁阀2和3均开启。各个季节如果没有阳光可利用，就关闭电磁阀2和3而开启电磁阀1，使翅片蒸发器和风机工作，从而使整个机组更节能。

2.2 整体式冷热水型太阳能空气源热泵空调热水多功能机

这种类型机组具有单独制冷（提供冷冻水）、单独制热水、单独采暖、既制热水又制冷（提供冷冻水）、既制热水又采暖多种功能。机组夏季需要单独制冷时，太阳能集热板侧电磁阀关闭，制热水或采暖有阳光可利用时，太阳能集热板电磁阀优先开启。具体功能如下：

①制冷制热水循环：压缩机-四通阀-水冷冷凝器-电磁阀6-干燥过滤器-贮液灌-电磁阀1-膨胀阀1-制冷采暖水换热器-电磁阀5-四通阀-气液分离器-压缩机;

②单独制热水循环：压缩机-四通阀-水冷冷凝器-电磁阀6-干燥过滤器-膨胀阀2-电磁阀7（优先选择）/电磁阀2-太阳能集热板/翅片换热器-四通阀-气液分离器-压缩机;endprint

③单独制冷循环：压缩机-四通阀-翅片换热器-单向阀1-贮液灌-电磁阀1-膨胀阀1-制冷采暖水换热器-單向阀3-四通阀-气液分离器-压缩机;

④冬季除霜循环：压缩机-四通阀-翅片换热器-单向阀1-干燥过滤器-毛细管-电磁阀3-水冷冷凝器-四通阀-气液分离器-压缩机;

⑤冬季采暖循环：压缩机-四通阀-电磁阀4-单向阀4-制冷采暖水换热器-单向阀2-电磁阀1-贮液灌-膨胀阀2-电磁阀7（优先选择）/电磁阀2-太阳能集热板/翅片换热器-四通阀-气液分离器-压缩机;

⑥既制热水又采暖：使用节能的热泵系统采暖循环，在热水箱内使用电加热管加热水。

对不需要采暖要求的这种机组，可以作如下简化设计为整体式冷水型太阳能空气源热泵空调热水多功能机，可使机组系统结构简单，控制简便。各功能如下：

①制冷制热水循环：压缩机-四通阀-水冷冷凝器-单向阀1-干燥过滤器-贮液灌-电磁阀1-膨胀阀1-蒸发器-单向阀2-四通阀-气液分离器-压缩机;

②单独制热水循环：压缩机-四通阀-水冷冷凝器-单向阀1-干燥过滤器-膨胀阀2-电磁阀4（优先选择）/电磁阀2-太阳能集热板/翅片换热器-四通阀-气液分离器-压缩机;

③单独制冷循环：压缩机-四通阀-翅片换热器-单向阀4-贮液灌-电磁阀1-膨胀阀1-蒸发器-单向阀3-四通阀-气液分离器-压缩机;

④冬季除霜循环：压缩机-四通阀-翅片换热器-单向阀4-干燥过滤器-毛细管-电磁阀3-水冷冷凝器-四通阀-气液分离器-压缩机。

2.3 分体式冷热风型太阳能空气源热泵空调热水多功能机

这种类型机组具有单独制冷、单独制热水、单独采暖、既制热水又制冷、既制热水又采暖多种功能。机组夏季需要单独制冷时，太阳能集热板侧电磁阀关闭，制热水或采暖有阳光可利用时，太阳能集热板电磁阀优先开启。这种类型机组在技术成熟使用后，还可以发展成为多联式机组，室内机还可以设计成带净化、带电加热采暖、带加湿器等多重功能的机组。为了某些用户特殊需要，如有些用户的房间有净化要求、有些用户的房间有恒温恒湿控制要求，我们可根据这些特殊要求设计特殊功能的产品，对有净化要求的产品提供净化过滤器和杀菌器，对有恒温恒湿控制要求的用户提供恒温恒湿控制器和加湿器。具体功能如下：

①制冷制热水循环：压缩机-四通阀-水冷冷凝器-电磁阀6-干燥过滤器-贮液灌-电磁阀1-膨胀阀1-室内换热器-电磁阀5-四通阀-气液分离器-压缩机;

②单独制热水循环：压缩机-四通阀-水冷冷凝器-电磁阀6-干燥过滤器-膨胀阀2-电磁阀7（优先选择）/电磁阀2-太阳能集热板/翅片换热器-四通阀-气液分离器-压缩机;

③单独制冷循环：压缩机-四通阀-翅片换热器-单向阀1-贮液灌-电磁阀1-膨胀阀1-室内换热器-电磁阀4-四通阀-气液分离器-压缩机;

④冬季除霜循环：压缩机-四通阀-翅片换热器-单向阀1-干燥过滤器-毛细管-电磁阀3-水冷冷凝器-四通阀-气液分离器-压缩机;

⑤冬季单独采暖循环：压缩机-四通阀-电磁阀4-室内换热器-单向阀2-电磁阀1-贮液灌-膨胀阀2-电磁阀7（优先选择）/电磁阀2-太阳能集热板/翅片换热器-四通阀-气液分离器-压缩机;

⑥既制热水又采暖：（室外机）压缩机-四通阀-水冷冷凝器-电磁阀6-干燥过滤器-膨胀阀2-电磁阀7（优先选择）/电磁阀2-太阳能集热板/翅片换热器-四通阀-气液分离器-压缩机;（室内机）启动电加热采暖，如果有加湿器，则加湿器也启动。

针对冬季不需要采暖或只用电加热采暖的用户，可以作如下简化设计为分体式冷（热：为电加热）风型太阳能空气源热泵空调热水多功能机，可使机组系统结构简单，控制简便。各功能如下：

①制冷制热水循环：压缩机-四通阀-水冷冷凝器-单向阀1-干燥过滤器-贮液灌-电磁阀1-膨胀阀1-翅片蒸发器-单向阀2-四通阀-气液分离器-压缩机;

②单独制热水循环：压缩机-四通阀-水冷冷凝器-单向阀1-干燥过滤器-膨胀阀2-电磁阀4（优先选择）/电磁阀2-太阳能集热板/翅片换热器-四通阀-气液分离器-压缩机;

③单独制冷循环：压缩机-四通阀-翅片换热器-单向阀4-贮液灌-电磁阀1-膨胀阀1-翅片蒸发器-单向阀3-四通阀-气液分离器-压缩机;

④冬季除霜循环：压缩机-四通阀-翅片换热器-单向阀4-干燥过滤器-毛细管-电磁阀3-水冷冷凝器-四通阀-气液分离器-压缩机;

⑤单独采暖：只有室内机工作，室外机停止运行;此时启动电加热，如果有加湿器，则加湿器也启动。（非热风型机组不具有这种功能）

参考文献：

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