摘 要

蓄热式热泵热水器，整合了蓄热和热泵技术，采取这两种技术的全部优势，并有效的降低加热器的结构尺寸。蓄热式热泵热水器可以将环境的废热充分利用起来，更符合社会发展趋势，进而促进了热泵热水器的节能和推广应用。

本文通过对各种热泵热水器的优缺点的比较和总结，了解了蓄热式热泵热水器在不同的工作环境和不同需求的经济性能。并且以空气源热泵热水器为例，进行系统建模，通过模型分析结果了解到热泵系统性能系数与蒸发温度成正比；其热力性能的提高，关键取决于提高低温热源温度和各部件的效率。通过系统分析，提出了提高热泵热水器的热力性能进而增加其性能系数和经济性能的方法。

关键词：蓄热；热泵热水器；热力性能；模型；效率

ABSTRACT

The heat storage type heat pump water heaters integrate the heat storage and heat pump technologies to take full advantages of the both technologies and effectively reduce structure sizes of heaters; moreover, the environmental waste heat may be fully utilized as can as possible for human beings; thus, such type heat pump water heaters are becoming more and more popular.

Based analysis and summary of advantages and disadvantages of various types of heat pump water heaters, their economic performances were improved under various operating environments and demands; and the analysis of the system model was carried out to an air source heat pump water heater. The analysis results indicate that the heat pump COP and its evaporating temperature are directly proportional and the heat pump system may bring about the better energy saving effect. Improvement of the thermal performances is primarily dependent on increasing the temperature and effectively of any low temperature component. The method for improvement of thermal performances of the heat pump system is put forward based on analysis of the system operating characteristics; therefore, the system COP and economical performances may be enhanced.

Keywords： thermal storage; heat pump water heater; thermal performances; model; efficiency

目录

第一章 绪论 1

1.1 背景及意义 1

1.2热泵热水器研究现状 1

1.3相变蓄热技术的研究现状 2

1.4相变蓄热材料研究现状 3

1.5本文主要研究内容 3

第二章 蓄热式热泵热水器介绍 5

2.1热泵的分类 5

2.1.1水源热泵 5

2.1.2 地下水源热泵 6

2.1.3地源热泵 7

2.1.4空气源热泵 7

2.2.1 空气源热泵 8

2.2.2空气源热泵热水器系统分析 8

2.2.3机组的主要部件 9

2.3本章小结 12

第三章 系统建模 13

3.1压缩机模型 14

3.2 16

3.3蒸发器模型 19

3.4系统性能随工况的变化关系 21

3.5系统整体功率模型 23

3.6本章小结 23

第四章 蓄热式热泵热水器热力性能提高 24

4.1选择机组依据； 24

4.2保证性能指标； 24

4.3安全性能指标； 25

4.4最佳平衡点的选择； 25

4.4.1最佳能量平衡点 25

4.4.2最小能耗平衡点 25

4.4.3最佳经济平衡点 26

4.5本章小结 26

第五章 总结 27

参考文献 28

致谢 30

第一章 绪论

1.1 背景及意义

随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，日益恶化的环境状态。同时，化石能源（如天然气、煤、石油）越来越少，燃油锅炉、燃煤锅炉等对能量的高消耗低利用率、排出大量废气污染的设备、石油的严格限制甚至被禁止。所以制造出一种安全性能高、环保、节能的新式产品，将更符合生活的需求。在人们的智慧和研究下，热泵设备诞生啦。热泵设备已经成功在很多领域运行，创造了巨大的社会效益和经济效益。

热水是人们生活不可缺少的东西，其消耗能源占据生活能源很大比例。现在，常规热水器主要成品有燃气、电能和太阳能三种热水器。这三种热水器都有几方面的不足。燃气热水器具有较高的安全隐患，太阳能热水器工作情况受环境影响较大；电能热水器供热系数较低。热泵热水器与前几种热水器相比，具有节能、运行成本低、应用范围广等优点。并且蓄热式热泵热水器因为蓄热系统的工作特性能够将热量很好的分配，另外蓄热式热泵热水器的蓄水箱形状不受压力容器影响而改变机组的体积，所以它可设计成多种形状，能够适合多种环境。热泵的快速发展不仅让资源更充分得到利用、人们的生活水平有所提高和减少了环境污染，还社会进步、经济发展和环境保护很好的结合起来，是节能技术进一步提高的主导方向之一。长久以来，由于热泵装置良好的节能供热特点，很多发达国家在工业、商业、民用等多个方面进行采用，我国也不例外，对热泵技术进行大力研究。

1.2热泵热水器研究现状

从本质上来讲，热泵技术节约能量的方式是从低温热源泵送热量到高温热源，从能量品位上以“损不足以补有余”的方式被人们利用。电热水器，通过消耗电能来进行热循环，进而将介质中存储的能量开发出来生产热水。研究资料表明，在能量消耗的最后物理形态中，以不大于100℃的热消耗量最多。

经过热力学分析可知，在不大于100℃的热消耗范围中，热泵节能具有良好的发展前景。热泵技术在世界上很早就已经出现，1824年N. Carnot奠定了热泵的理论基础，直到1850年L. Kelvin提出了冷冻装置也可用于加热的设想。从那以后的几十年中热泵技术深深的吸引学术研究者，许多科学家和工程师竞相研究，希望这技术能够迅速发展。Vince C Mei^[1]在热泵热水器中分别利用R22和R407进行工况比较，通过比较结果可知R407所在的热泵热水器负荷大，但工作效果好。张太康^[2]等利用了R134a、R147a和R22进行空调器性能测试平台，比较在多种状况下的热泵热水器的工作情况试验，通过对比较结果进行分析，结果显示R22的吸排气压力不如R417a、R134a，这不利于机组运行，R134a在低于7℃的室内环境中，其性能系数低于R417a。杨礼桢^[3]建立了以节流装置为起点的小型热泵热水器模型，比较采用不同长度毛细管的热水器在工况不同的条件下的运行特性，根据分析结果可知，高温热源过高毛细管会使热泵制热效率变低。