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新型家用空调热水器设计思路探讨

发布时间:2019-11-19 16:44所属平台:学报论文发表浏览:

摘要:空气能热水器利用热泵技术,通过制冷压缩机和进行逆卡诺循环,其可以从自然界的空气中捕获低品位热能,经过压缩机做功提升温度后输出冷凝端,产生可被人们所需用的较高品位的热能以及热水,本文将详细介绍新型家用空调热水器设计思路。 关键词:新型;

  摘要:空气能热水器利用热泵技术,通过制冷压缩机和进行逆卡诺循环,其可以从自然界的空气中捕获低品位热能,经过压缩机做功提升温度后输出冷凝端,产生可被人们所需用的较高品位的热能以及热水,本文将详细介绍新型家用空调热水器设计思路。

  关键词:新型;空调热水器;卡诺循环;设计思路

空调

  引言

  现在空调已经普及广泛应用在需要进行空气调节的各种领域。它工作原理是利用制冷压缩机在进行卡诺循环中通过制冷剂从周围环境吸收汽化热,并在循环中使制冷压缩机压缩后的制冷剂气体将压缩能变成热能,使制冷剂气体温度升高,并通过散热器传至室外,达到调节室内空气温度的目的。而利用热泵技术的空气能热水器也是利用制冷压缩机和进行逆卡诺循环。它可以从自然界的空气中捕获低品位热能,经过压缩机做功提升温度后输出冷凝端,产生可被人们所需用的较高品位的热能以及热水,这是新开发具有节能环保功能的一种新型家电器产品。

  空气能热水器的最大特点是节能。随着大气环境温度的不同,空气能热水器的运行费用约为电热水器的1/4至1/3。空调和空气能热水器在中国已是成熟的家电产品,并且已经普及。但是由于产品结构控制方法的限制,空调只能进行空气调节的功能;空气能热水器也由于设计结构的限制,局限于热水器的功能。

  因此在分析空调和空气能热水器产品设计结构的限制后,武汉鑫美龙新能源汽车服务有限公司技术人员,在改变空调热水器传统的设计思路后,通过设计及实验认证后,设计生产出具有空调和空气能热水器双功能的家电节能环保产品。

  1空气能热泵系统

  1.1空气能热泵系统的特征

  逆卡诺循环系统中的冷凝盘管缠绕在保温水箱上,被制冷压缩机压缩后的高温制冷剂气体向水箱中的水放热,水箱中的水于是便被加热升温。而在水箱中运行中升至一定设定的温度后,在压缩机的循环制冷剂温度升高到保护值时,压缩机的保护电路便会自动控制停止压缩机工作。空调和空气能热水器均是利用电机驱动。

  压缩机进行卡诺循环或者逆卡诺循环实现空调制冷或从空气中吸热实现制热水的目的。压缩机在运转中将制冷剂压缩成高温高压液体,高温高压制冷剂经过节流,在蒸发器内汽化吸热制冷,汽化的制冷剂在循环中反复经过制冷压缩机压缩形成高温高压液体在冷凝器中放出热量。

  如此周而复始达到空气温度调节的目的。而热泵空气能系统,它具有能从大气中大量吸收空气中的热能的功能,经过制冷压缩机把冷凝剂转换成高温高压状态,并在转换过程中,在系统冷凝器中释放出大量的热量传递至水箱,达到制热水的目的。

  1.2具有冷凝功能的可控散热储水箱和热泵空气能系统及控制方法

  用于热泵空气能系统具有冷凝器功能的可控散热储水箱,储水箱包括内水箱和外保温箱,内水箱底部设有”水冷式制冷压缩机”[1]出水进口和循环水出口,循环水出口和循环水泵连接,内水箱支撑固定于外保温箱内;外保温箱包括侧围和装有带保温层的活动盖,活动盖开启关闭分别通过可控驱动机构驱动。

  包括储水箱,储水箱内水箱上顶部设置水温水位传感器;还包括水冷式制冷压缩机、汽液分离器、蒸发器、过滤器和储液罐依次连接;其中,水冷式制冷压缩机的自来水冷却出口与内水箱的水冷式制冷压缩机出水进口连通,自来水冷却出口与水冷式制冷压缩机出水进口之间的管道上设有制冷压缩机出水电磁阀,水冷式制冷压缩机的冷凝剂出口与冷凝器盘管进口连通,冷凝器盘管出口与储液罐连通,水冷式制冷压缩机的冷凝剂进口与汽液分离器连通。

  循环水泵连通至二位三通电磁阀的第一出口,二位三通电磁阀的第二出口与水冷式制冷压缩机的自来水冷却进口连通,二位三通电磁阀进口连通至自来水。这种热泵空气能系统的控制方法,包括以下步骤:

  1)内水箱中水温水位传感器感知水位和水温到设定

  值后便启动继电嚣接通,内水箱水位未到设定水位时,电路系统将自来水进水二位三通电磁阀电路接通,自来水经电磁阀注入“水冷式制冷压缩机”使系统内工作的制冷剂形成高温高压液体,高温高压制冷剂便造成“水冷式制冷压缩机”的温度升高,当外壳充水的“水冷式制冷压缩机”温度升高到一定设定数值时。

  “水冷式制冷压缩机”上温度传感器便使“水冷式制冷压缩机”外壳的制冷压缩机出水电磁阀打开,经加温的自来水便经管道连接的内水箱上的“水冷式制冷压缩机”出水进口进入到内水箱中;而同时内水箱下边的冷凝器盘管也将高温高压冷媒液的热量传导给内水箱中的自来水,当内水箱的自来水冲满后,内水箱上部的水位传感器便使系统自来水进水二位三通电磁阀继电器断开,进水关断,自来水便不在补充至内水箱中。

  2)当内水箱充满水时,并且水温也达到水箱水温的设定值后,水温传感器便使控制继电器,接通循环水泵及外保温箱盖上电动推杆的电路,在电动推杆的推动下,上盖、下盖便开启,接通外保温箱侧边冷却风幕电扇,空气从外保温箱底部进入,经过外保温箱的内水箱的散热翅片,代走需散去的热量,循环水泵也同时工作。

  将内水箱底部冷却的自来水经过“水冷式制冷压缩机”出水进口的制冷压缩机出水电磁阀进水关断,从而保证整个系统能正常制冷进行空气调节及冬季取暖的功能。因此这种即能保温又能可控散热的(具有冷凝器功能)热泵空气能储水箱可以在一套装置上实现空气能热水器及同时进行空气调节的功能。

  这套控制装置在部件设计认证实施中,储水箱容量75L,水箱散热表面积0.42m2,在室温20℃的大气环境下,将空调蒸发器散热器从空气冷却散热变成水冷循环散热,在这种状况下空调冷凝出风口和进风口的温差可维持在10℃左右。而在实验捡证中若运用“水冷式制压缩机”加强散热,空调蒸发、冷凝装置都不改变,空调冷凝散热器进风和出风的温差会明显加大。

  证明了“水冷制冷压缩机”的运用明显提高了空调的制冷效率。在设计认证实施中制作的储水箱水容量75L,水箱高度1m,在输入热水后在自然散热状况下,水箱顶部和底部温度差为10多度,因此将储水箱外壳表面积作为散热面积将储水箱底部低的冷却水通过水泵进行水循环,只要储水箱散热面积足够大,空调热水器装置的蒸发器从风冷变为水冷是完全可行的。而且将水箱外壳表面积作为系统的散热面积,增强了散热效果,降低了产品成本。

  2不需要空气调节时,实现空调热水器制热水的方法

  本装置在“具有冷凝功能的可控散热储水箱和热泵空气能系统及控制方法”[2]的技术中,空调在使用中将制冷系统中冷凝器对外释放的热能回收利用制热水,并且能使热泵系统一直能正常工作实现制冷空气调节。但是在春、秋、冬季大气环境温度较低时,人们不需要空调制冷时,前述的技术装置的缺陷就不能实现热泵吸收空气能制热水的目的。

  为了解决上述背景技术存在的不足,提供一种“具有室内外空气转换调节功能的风机盘管装置和热泵空气能系统及控制方法”[3],使居住室内的空气温度保持使人舒适状态。在春、秋、冬季任何大气环境温度下都能从室外环境大气中吸收空气的热能达到热泵空气能制热水的目的,从而使空调热水器产品功能更加完备。而在春、秋、冬季无需使用空调时,通过具有室内外空气转换调节的风机盘管装置,将室外空气经过该装置风机盘管吸热后降低的温度的空气排至室外,因此并不影响室内空气温度下降。

  3风机盘管装置和热泵空气能系统及控制方法

  包含具有室内外空气转换调节功能的风机盘管装置,包括室体,室体内设蒸安器盘管,蒸发器盘管下发设有轴流风机,蒸发器盘管两端设用于与制冷剂循环回路连通的第一蒸发器盘管接头和第二蒸发器盘管接头,室体顶部开设格栅进风口,下部侧面开设格栅出风口中,室体后侧面上部开有进风口,后侧面下部开有排风口,室体内设有开启格栅进风口同时关闭进风口或关闭格栅进风口时开启进风口的第一风口调节装置,和开启格栅出风口同时关闭排风口或关闭格栅出风口员时开启排风口的第二风口调节装置。

  该装置安装在室内建筑的隔断墙上,隔断墙上下对应开有与进风口和排风口相连通的第一通风孔、第二通风孔。第一风口调节装置包括设置于上室的第一挡风板,第一挡风板倾斜布置,一端通过转轴铰接于上室顶边上,第一挡风板通过第一电机驱动开启格栅进风口同时关闭进风口或关闭格栅进风口同时开启进风口。第二风口调节装置包括设置于下室的第二挡风板,第二挡风板倾斜布置,一端通过转轴铰接于下室底边上,第二挡风板通过第二电机驱动开启格栅出风口同时关闭排风口或关闭格栅出风口同时开启排风口。

  它的控制方法,包括以下步骤:在夏季时,调节第一风口调节装置,开启格栅进风口关闭进风口,从格栅进风口顶部吸进室内高温空气,在通过风机蒸发器盘管时被吸收热量降温,调节第二风口调节装置,开启格栅出风口关闭排风口,经轴流风机扇动的经过蒸发器盘管的低温空气从下室上的出风口排至室内,达到空调降温的目的。

  在春、秋、冬季时,室内大气环境较低不需利用空调进行降温时,调节第一风口调节装置,关闭格栅进风口开启进风口,及隔断墙上第一通风口,室内空气便无法进入室体内,在轴流风机的扇动下,便将室外空气经隔断墙上开的第一通风孔在经过上室的进风口时在蒸发器盘管便可吸收通过的室外空气的热量,调节第二风口调节装置,关闭格栅出风口开启排风口及隔断墙上第二通风口,经过蒸发器盘管吸收热量的低温空气便从下室中后面的排风口经隔断墙上第二通风孔排至室外。

  因此这套装置具有室内空气调节的功能外,还能在春、秋、冬季气候条件下不需在居住环境使用制冷空调时,实现居住室内空气转换调节,从室外大气环境中通过逆卡诺循环吸收室外大气中的热量达到空气能制热的目的。

  4结语

  经过设计论证实验,“具有冷凝功能的可控散热储水箱和热泵空气能系统及控制方法”在热泵储水箱表面有足够的散热面积,并在热泵系统中运用可控散热的控制方法,完全可以在一套装置上实现空气热水器并同时进行空气调节的功能。而“具有室内外空气转换调节功能的风机盘管装置和热泵控制空气能系统及控制方法”能够实现在春、秋、冬季无需使用空调时,通过室内外空气转换,从而保证了本技术装置达到热泵空气能制热水的目的,从而使“空调热水器”产品功能更加完善。

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  如今人们对于建筑住宅工程有了很高的要求,这和人们生活水平的提高也是离不开的。因此建筑行业在管理工作和施工技术上都存在着一定的挑战,对于通风和空调相应的施工技术也是一种挑战,这些技术的应用就会直接决定整个建筑的使用效果。在施工中,如果不根据工程施工的具体情况,采取相应的通风技术和空调技术,那么房屋的实际应用价值就会受到影响。

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《新型家用空调热水器设计思路探讨》

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