毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1. 课题背景

近年来，我国城乡建筑发展迅速，人们生活水平迅速提高，公共建筑和住宅卫生热水的需求量也越来越大，从20世纪80年代中期开始，各种家用热水器应运而生，其中有电热水器、燃气热水器、太阳能热水器等，各种热水器在家庭中的使用正日益普遍，但是这些热水器价格高，噪音大，寿命短，能源浪费严重^[1-2]。相比传统的热水器，空气源热泵热水器是新一代热水装置，具有高效节能、安全可靠、环保等特点，在我国得到高速发展^[3]。随着空气源热泵热水器市场认知度不断提升，政策环境越来越好，整个行业开始进入黄金发展期^[4]。2014年3月21日，博世热力技术有限公司在中国推出首款一体式空气源热泵热水器博雅系列^[5]。空气源热泵热水器是继电热水器、燃气热水器及太阳能热水器之后的国内第四种热器^[6]。据美国制冷空调与供暖协会报告显示，2012美国空气源热泵的出货量在12月上升了19%^[7]。同时，国内市场的注册的空气源热泵生产厂家达300 余家，具有热泵功能的房间空气调节器生产总量达1 亿3 千万台^[8]。空气源热泵热水器将拥有广阔的市场，研究它具有重要的意义。

二、 空气源热泵热水器工作原理

空气源热泵热水器主要由翅片式蒸发器、制冷压缩机、水冷冷凝器和热力膨胀阀四大部分组成，通过让工质不断完成蒸发(吸取空气中的热量)→压缩→冷凝(放出热量到水中)→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将空气中的热量转移到水中(如图1所示) ^[9]。

图1 空气源热泵热水器原理图

空气源热泵热水器在工作时，首先把空气中贮存的能量QA在蒸发器中加以吸收，使空气温度降低它本身消耗一部分电能，即压缩机耗电QB；同时通过工质循环系统在水冷板式换热器(即冷凝器)中进行放热Qc，根据能量守恒定律有：Qc=QA QB，即热泵输出的能量为压缩机做的功QB和热泵从环境中吸收的热量QA之和；通常QA为QB的3倍以上，即能源利用效率达300％ 以上，而通常的电热水器能源利用效率仅为95％左右^[10-11]。

三、 制冷剂的选用

传统生产中制冷工质多为R22，属于HCFC 类制冷剂，GWP 值( GWP = 1810) 非常高，对大气臭氧层具有破坏作用^[12]。同时，当热泵系统在高温环境中运行时，压缩机排气压力急剧增大，严重影响系统的安全性^[13]。因此，尽管R22具有良好的性质，仍需予以代替。目前在热泵热水器领域内，R22的替代物主要有两种: 一是自然工质，比如R600a，CO2，因R600a 的可燃性和CO2的系统压力过高，制约着其发展。另一种是合成工质，如R410A，R417A，R407C，R134a、R32 等^[14]，其中R134a 具有较好的热力学性能，用于热泵热水器时，其排气温度比R22 系统低25℃左右，冷凝压力低30%^[15]。贾荣林对R417A 在空气源热泵热水器中的性能与R22 进行了对比实验，测试了不同环境温度下的COP、功率、冷凝压力和压缩机排气温度等参数的变化。证明空气源热泵热水器在上海地区应用时R417A 比R22 更合适^[16]。良好的特性使其有利于热泵热水器的安全可靠运行，并且随着环保要求的不断提高，热泵热水器面临着制冷剂的替代问题^[17]。相信随着科技的不断发展，研究者会开发出更多优良的制冷剂。