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余熱回收裝置運(yùn)作機(jī)理和特點(diǎn)

余熱回收裝置運(yùn)作機(jī)理和特點(diǎn)



  熱泵熱水器的應(yīng)用目前存在的問題:(1)空氣源熱泵在冬季某些氣象條件下會在蒸發(fā)器上產(chǎn)生結(jié)霜現(xiàn)象,霜層不僅增加了換熱導(dǎo)熱熱阻,還堵塞肋片通道引起風(fēng)機(jī)流量下降,導(dǎo)致熱泵性能(property)下降,嚴(yán)重時(shí)甚至不能正常工作;(2)空氣源熱泵要在一年四季不同的環(huán)境(environment)條件下工作,工況變化大,特別是在冬季環(huán)境溫度較低或熱水器出水溫(Water temperature)度比較高時(shí)壓縮機(jī)壓比較大,甚至超出其允許工作范圍。
  季杰等人提出了一種可以有效利用冷凝熱兼做熱水器使用的空調(diào)/熱水器一體機(jī),并對其進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果(result)表明,空調(diào)/熱水器一體機(jī)可較大提高能源利用效率。Kim M等人對熱泵熱水器系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了數(shù)值模擬,對水箱體積進(jìn)行了優(yōu)化。這些研究并沒有解決熱泵應(yīng)用中存在的問題。
  為了解決熱泵換熱器結(jié)霜(frost)及壓縮機(jī)安全工作問題,美國,澳大利亞等國的一些開發(fā)了戶內(nèi)熱泵熱水器,將壓縮機(jī)、蒸發(fā)器等均放置在室內(nèi)。
  Morrison G L等人、余樂淵等人對這種機(jī)型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究(research),結(jié)果表明,熱泵換熱器不存在結(jié)霜問題且系統(tǒng)工作穩(wěn)定,但由于熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器吸收室內(nèi)空氣熱量,使得室內(nèi)溫度降低,特別在冬季戶內(nèi)熱泵熱水器對室內(nèi)環(huán)境溫度的影響可能給用戶(user)帶來不便。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行,如果保養(yǎng)好的可以延后,保養(yǎng)差的則需要提前。 Sakellari D等人數(shù)值模擬了利用建筑物集中排風(fēng)余熱通過熱泵循環(huán)(continue)進(jìn)行地板采暖的可行性,結(jié)果表明這種方法是可行的,但未進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
  2排風(fēng)余熱回收型熱泵熱水器基本原理和特點(diǎn)為了解(Find out)決室外換熱器結(jié)霜及壓縮機(jī)(compressor)壓比過大帶來的熱泵熱水器的使用受地域限制的問題(Emerson)以及室內(nèi)熱泵熱水器給浴室環(huán)境帶來的影響,本文提出了一種利用室內(nèi)排風(fēng)余熱的熱回收型熱泵熱水器,其系統(tǒng)如所示,機(jī)組(unit)主要由水箱、壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、毛細(xì)管及干燥過濾器、氣液分離器等附件組成;機(jī)組設(shè)計(jì)成分體式,蒸發(fā)器安裝于浴室排風(fēng)口,其風(fēng)機(jī)兼做排風(fēng)機(jī)和蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)之用,蒸發(fā)器吸收浴室排風(fēng)的熱量,經(jīng)熱泵循環(huán)加熱(heating)水箱中的熱水,降溫后的浴室廢氣排出室外,熱泵熱水器不工作時(shí)蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)可單獨(dú)作為排風(fēng)機(jī)使用。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行,如果保養(yǎng)好的可以延后,保養(yǎng)差的則需要提前。 
  利用排風(fēng)余熱的熱泵熱水器具有以下特點(diǎn):(1)避免了熱泵室外換熱器表面的結(jié)霜問題(Emerson)由于熱泵蒸發(fā)(evaporation)器置于室內(nèi),且一般情況下浴室溫度在18℃以上,因此蒸發(fā)器翅片表面不會產(chǎn)生結(jié)霜問題,克服了結(jié)霜/除霜帶來的制冷系統(tǒng)性能下降和不穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒有變動(dòng))工作問題,熱泵熱水器可在任何外界氣候條件(tiáo jiàn)下高效穩(wěn)定工作。因此,余熱回收至熱水器可以不受地域限制,廣泛應(yīng)用于南、北方各種氣候條件下,擴(kuò)大了熱泵熱水器的使用(use)地域范圍,對推廣(Promotion)熱泵熱水器的使用具有重要意義。
 ?。?)避免(avoid)了熱泵在冬季工況下工作或出水溫度較高時(shí)壓縮機(jī)(compressor)壓比過大的問題用戶要求的熱水器出水溫度一般為45~50℃,對于使用R22工質(zhì)的熱泵系統(tǒng),其冷凝壓力一般在
  2. 4MPa左右,當(dāng)熱泵熱水器在冬季使用時(shí),室外環(huán)境溫度較低,相應(yīng)的系統(tǒng)蒸發(fā)壓力也較低,則造成壓縮機(jī)的壓比較大增加,一方面增加了壓縮機(jī)耗功,降低了系統(tǒng)的COP,另外對于壓縮機(jī)的安全工作極其不利,而利用室內(nèi)排風(fēng)余熱的熱泵熱水器則避免了這個(gè)問題,室內(nèi)排風(fēng)常年穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒有變動(dòng))在18~28℃范圍內(nèi)不受季節(jié)的影響,且熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)溫度較高,使得熱泵系統(tǒng)壓縮機(jī)在比較適宜的壓比范圍內(nèi)工作,使其工作可靠性提高。
  3熱泵熱水器的動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)研究
  3. 1實(shí)驗(yàn)樣機(jī)為了驗(yàn)證(Experimental)利用室內(nèi)排風(fēng)余熱的熱泵熱水器動(dòng)態(tài)性能,加工制造了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)并進(jìn)行了測試。實(shí)驗(yàn)熱泵熱水器樣機(jī)蒸發(fā)器采用雙向條縫翅片管式換熱器,其幾何參數(shù)如所示;排風(fēng)扇為前向多翼離心式風(fēng)機(jī),風(fēng)量為650m 3 /h.壓縮機(jī)選用轉(zhuǎn)子式,其標(biāo)準(zhǔn)工況下的額定制冷量為
  2. 2 kW;節(jié)流元件采用內(nèi)徑為0. 5 mm的毛細(xì)管水箱(組成部分:高水箱、存水箱、低水箱)容積為0. 1m 3,實(shí)驗(yàn)(experiment)中實(shí)際注水量為8
  5. 3 kg;水箱中冷凝盤管由紫銅管盤繞而成,長度約為36 m.
  3. 2實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)在焓差法空調(diào)器性能試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行,熱泵系統(tǒng)及測點(diǎn)布置示意如所示。試驗(yàn)室分為室內(nèi)、室外側(cè)環(huán)境室,每個(gè)環(huán)境室內(nèi)安裝了一臺空氣(Basin air)處理機(jī)組,由計(jì)算機(jī)通過PID控制環(huán)境室溫度、濕度穩(wěn)定在設(shè)定值,達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需要的溫濕度條件。熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)(Draught Fan)(排風(fēng)機(jī))流量由室內(nèi)側(cè)環(huán)境室變頻風(fēng)機(jī)控制,風(fēng)量用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴測量,系統(tǒng)制冷量可通過測量蒸發(fā)器進(jìn)出風(fēng)焓差來確定;熱泵系統(tǒng)消耗功率及各測點(diǎn)制冷劑壓力、過冷度、過熱度等參數(shù)由實(shí)驗(yàn)臺測控系統(tǒng)采集。
  洗浴水進(jìn)出口及水箱中的水溫用熱電偶測量,由于自然對流作用,水箱中存在水溫分層現(xiàn)象,因此在水箱上、中、下層各布置了一對熱電偶,位置分別在水箱上、中、下三層中點(diǎn)。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行,如果保養(yǎng)好的可以延后,保養(yǎng)差的則需要提前。 熱電偶均在恒溫浴槽中經(jīng)過標(biāo)定,所有參數(shù)采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理,測量儀器和傳感器精度如所示。
  實(shí)驗(yàn)中首先將室內(nèi)外環(huán)境調(diào)控到要求的工況,其中室內(nèi)側(cè)環(huán)境控制(control)在干球溫度θa為18℃、相對濕度為60%,排風(fēng)機(jī)(Draught Fan)風(fēng)量控制在650m 3 /h,室外側(cè)環(huán)境控制在干球溫度18℃。待室內(nèi)外環(huán)境穩(wěn)定后開啟被試熱泵樣機(jī),每隔6s采集各測點(diǎn)數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如~8所示。
  4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析所示為水箱中水的溫升曲線,被試樣機(jī)在開機(jī)約45min后上部水溫達(dá)到50℃,可以滿足洗浴用水要求另外從圖中可以看到,水箱中水溫存在嚴(yán)重的分層現(xiàn)象,水箱底部水溫隨時(shí)間(time)升高速度非常緩慢,在整個(gè)加熱過程中僅升高約3℃。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于冷凝盤管外水的自然對流換熱作用使熱水集于上層,同時(shí),熱泵機(jī)組冷凝盤管為工質(zhì)上進(jìn)下出型式,在水箱底部盤管內(nèi)的R22工質(zhì)處于過冷狀態(tài),因此工質(zhì)與盤管外水的熱交換量較小,造成水箱底部水溫升高很小。
  給出了冷凝盤管出口處制冷劑溫度及相應(yīng)的過冷度,從圖中可以看出,由于冷凝盤管外水溫較低,冷凝器出口制冷劑具有較大的過冷度;隨著上部水溫的升高引起冷凝溫度升高,而水箱底部水溫變化不大,造成冷凝盤管出口處制冷劑溫度隨上部水溫的升高緩慢增長(increase),而制冷劑過冷度快速增加,加熱過程結(jié)束時(shí)過冷度達(dá)到了約28℃,這對增大機(jī)組制熱量及提高其性能系數(shù)是有益的。
  所示為熱泵(Heat Pump) 系統(tǒng)冷凝壓力、蒸發(fā)(evaporation)壓力及高低壓差隨時(shí)間的變化,從圖中可以看出熱泵樣機(jī)開機(jī)后迅速達(dá)到平衡狀態(tài);隨著水箱中水溫的升高,蒸發(fā)壓力近似線性增加,而冷凝壓力的增長速度則越來越快;當(dāng)水箱出水溫度達(dá)到50℃時(shí),對應(yīng)的冷凝溫度約為56℃,系統(tǒng)高低壓差約為
  1. 6MPa.
  給出了壓縮機(jī)吸、排汽溫度隨加熱時(shí)間的變化曲線(Curve),隨著水溫及壓縮機(jī)壓比的增加(increase),壓縮機(jī)排汽溫度逐漸升高;當(dāng)水溫度達(dá)到50℃時(shí),壓縮機(jī)排汽溫度約為107℃。昆山空壓機(jī)維修是更換全部磨損的零件,空壓機(jī)轉(zhuǎn)1000個(gè)小時(shí)或一年后,要更換濾芯,在多灰塵地區(qū),則更換時(shí)間間隔要縮短。濾清器維修時(shí)必須停機(jī),檢查壓縮機(jī)所有部件,排除壓縮機(jī)所有故障。因此,對使用R22工質(zhì)的實(shí)驗(yàn)(experiment)熱泵(Heat Pump) 熱水器樣機(jī),洗浴水出水溫度50℃為其安全工作的極限,進(jìn)一步提高(出水溫度將使壓縮機(jī)壓比和排汽溫度超過安全范圍,對熱泵系統(tǒng)的安全工作不利。從還可以看出,加熱過程前30min壓縮機(jī)吸汽溫度變化不大,加熱過程后期壓縮機(jī)吸汽溫度下降速度加快,其原因是由于蒸發(fā)器內(nèi)R22與空氣的傳熱溫差減小使得過熱面積逐漸減小所致。
  所示為熱泵熱水器制熱量及COP隨運(yùn)行時(shí)間的變化規(guī)律,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)制熱量隨著水箱中水溫的升高而增大,但其增長速度隨加熱時(shí)間的增加(increase)逐漸減??;性能系數(shù)COP隨運(yùn)行時(shí)間先升后降,在水箱出水溫度為33~40℃范圍內(nèi)COP達(dá)到最大,其值約為
  3. 4,整個(gè)加熱過程中平均COP約為
  3. 15.產(chǎn)生COP最大值的原因是在上述水箱(組成部分:高水箱、存水箱、低水箱)出水溫度范圍內(nèi)系統(tǒng)的冷凝溫度、蒸發(fā)(evaporation)溫度等工況條件使得熱泵系統(tǒng)各部件達(dá)到了最佳匹配,因此系統(tǒng)COP較高。昆山空壓機(jī)是一種用以壓縮氣體的設(shè)備。空氣壓縮機(jī)與水泵構(gòu)造類似。大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式,旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。離心式壓縮機(jī)是非常大的應(yīng)用程序。
  隨時(shí)間的變化制熱量的增大得益于兩個(gè)因素:(1)從排風(fēng)中獲取的余熱(即熱泵系統(tǒng)的制冷量)隨著水箱出水溫度的增加不斷增大,其增長速度(speed)呈逐漸放慢的趨勢??梢钥闯?,熱泵系統(tǒng)制冷量的增長是由于系統(tǒng)蒸發(fā)壓力及過冷度增加所致;(2)由于隨著水溫的升高熱泵系統(tǒng)高低壓差不斷增大,導(dǎo)致壓縮機(jī)耗功率(指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少)近似線性增長,導(dǎo)致熱泵系統(tǒng)制熱量隨之增大。
  5結(jié)語提出了一種利用室內(nèi)排風(fēng)余熱的熱泵(Heat Pump) 熱水器機(jī)組,避免了熱泵室外換熱器表面結(jié)霜(frost)及在冬季工況下壓縮機(jī)工作條件惡化問題,且對浴室環(huán)境溫度不產(chǎn)生影響。
  實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:用戶(user)室溫為18℃時(shí)實(shí)驗(yàn)熱泵熱水器樣機(jī)可在45min內(nèi)將85 kg水從18℃加熱至出水溫度50℃;當(dāng)水箱出水溫度在33~40℃范圍內(nèi)時(shí)熱泵系統(tǒng)性能系數(shù)達(dá)到最大值,最大性能系數(shù)約為
  3. 4,整個(gè)加熱過程中的平均性能系數(shù)為
  3. 15,平均耗功率為800 W.當(dāng)水箱出水溫度為50℃時(shí),壓縮機(jī)排汽溫度約為107℃,熱泵系統(tǒng)高低壓差約為1.6,進(jìn)一步提高出水溫度將使壓縮機(jī)壓比和排汽溫度超過安全范圍,對熱泵系統(tǒng)的安全工作是不利的,即對使用R22工質(zhì)的實(shí)驗(yàn)熱泵熱水器樣機(jī),洗浴水出水溫度50℃為其安全工作的極限。
  同時(shí),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對于采用冷凝盤管型水箱(組成部分:高水箱、存水箱、低水箱)的熱泵熱水器系統(tǒng),制冷劑上進(jìn)下出布置方式可使水箱中水溫產(chǎn)生嚴(yán)重(serious)的分層效應(yīng),從而使得制冷劑在冷凝器出口具有較大的過冷度,且隨著水箱出水溫度的升高過冷度線性增長,對于實(shí)驗(yàn)樣機(jī)加熱過程結(jié)束時(shí)過冷度可達(dá)28℃


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