毕业论文课题相关文献综述
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一、研究背景
节能和环保是当今世界两大主题,对人类可持续发展具有重要的战略意义。研究资料分析表明，在各种能量消耗的最后物理形态中，以热消耗最大，且以小于1000C的热消耗最大。通过热力学分析可知，在小于1000C的热消耗领域内，热泵节能技术有很好的应用前景。如果用锅炉产生蒸汽来取暖供热，其效率约为70%左右，采用直接加热，则还要考虑发电机组效率。采用热泵，无论是从低温地热源吸取热量，还是消耗机械功，都能转转化为有用能量，因此采暖供热的效率大大提高。空气源热泵(ASHP)热水机组通过输入一小部分电力做功,即可从周围环境空气中获取热量来制取热水,与直接使用电、煤炭、燃气或燃油来制取热水的锅炉设备相比,是利用可再生能源的高效节能无污染的新兴技术。而且热泵热水器安装还不受建筑物或楼层限制，使用不受气候条件限制，既可用作家庭热水供应中心，也能为单位集体集中供热水。该产品不仅安全舒适，而且环保节能，实际使用费仅分别相当于电热水器的25%，燃气热水器的30%[1].
表1各种热水系统比较
供热方式 | 电热水 | 太阳能集热 | 空气源热泵 |
使用能源 | 电能 | 太阳能 | 太阳能、小部分电能 |
安全性能 | 有漏电隐患 | 无 | 无 |
系统结垢 | 有 | 有 | 无 |
使用性能 | 间断供水，需预热 | 受天气影响较大,需电加热补偿 | 受天气影响较小,适量电加热补偿 |
安装操作性 | 安装方便 | 安装空间受限制 | 安装较方便 |
应用范围 | 住宅 | 住宅及公用 建筑的局部补充 | 住宅及中小 型公用建筑 |
使用年限 | 5～8年 | 8～10年 | 10年以上 |
二、国内研究现状和发展
1国内发展状况
空气源热泵技术在我国的研究已有很长的历史,但是真正得到快速发展、普遍应用则是最近十几年到二十年的事情,主要是用在制冷空调系统上,如家用空调器、商用多联机组及工业工艺用的制冷制热设备等。而空气源热泵热水器在我国刚刚起步,还有许多问题需要解决。
2、问题
目前,空气源热泵热水器主要应用在长江以南的地区,这主要是因为在低温条件下,普通空气源热泵系统的运行性能会受到很大影响,主要表现在以下几个方面:
（1）随着环境温度的降低,普通空气源热泵系统蒸发温度降低,在冷凝温度(或冷凝压力)不变的情况下,压缩机压缩比增大,超出了普通单级压缩系统正常运行的临界值(根据资料,容积式压缩机压缩比临界值一般为8～10),压缩效率降低。
（2）普通空气源热泵在低温环境下工作时,系统蒸发温度降低,压缩机压比增大,输气系数减小,制热量减少,经济性降低。
（3）当环境温度降至0℃以下,蒸发温度过低时,压缩机压缩比增大引起排气温度过高,超过压缩机允许的工作范围,致使压缩机频繁启停,系统无法正常工作,严重时会导致压缩机烧毁。针对以上情况,提出双级压缩热泵热水器系统,通过双级压缩中间冷却方式来解决压缩机压缩比过大排气温度过高的问题,提高热泵热水器系统性能。文章在系统的热力学分析基础上,给出了系统性能评价系数和各部件火用损失的计算式,通过对设定运行工况的计算,得出:系统在冷凝温度60℃和蒸发温度-30℃工况下,性能系数大于2,系统有用能损失主要集中在冷凝器端,高、低压两压缩机火用损失之和不到系统总损失的1/3。
3、发展方向
大家知道,氟里昂破坏大气臭氧层,且有些氟里昂GWP(温室效应指数)值比较高,这就迫使人们寻找新的绿色制冷剂,欧洲人很推崇天然制冷剂,由此,天然制冷剂CO2重新获得重视。它无毒、不可燃、不破坏臭氧层、GWP为1,除此之外,CO2的单位容积制冷量是R22的5倍,流动性和传热性都很好。
近年来,无论是国内还是国外都在研究CO2在制冷空调的应用,这其中有很大一部分是应用在空气源热泵热水器上。美国、欧洲和日本等国家和地区研制出了CO2热泵系统样机,并且与之相配套的压缩机已经批量生产,因此,我们有理由相信CO2制冷系统将成为发展趋势。
三、空气源热泵热水器分类工作过程
1、空气源热泵热水器按照加热形式的分类
空气源热泵热水器按照加热形式可以分为两类，水循环热泵热水器和氟循环热泵热水器。水循环热泵热水器的水路换热器放置于主机，通过水泵将水吸进水路换热器进行换热，水路换热器一般采用壳管式换热器套管式换热器或板式换热器。氟循环热泵热水器的水路换热器放置于水箱，通过压缩机将制冷剂压入水箱中的水路换热器进行热交换，水路换热器外盘管或内盘管的方式置于水箱。
2、空气源热泵系统主要原理
众所周知,太阳能热水系统的优越性已越来越明显,并成为新能源发展的潮流,而作为太阳能热水系统的一种,空气源热泵是继电热水器和太阳能热水器之后的新一代热水装置使用系统。空气源热泵热水器一般由压缩机，冷凝器，蒸发器，节流装置，过滤器，储液罐储水箱及辅助热源等部分组成。运用逆卡诺循环原理，以空气作为低温热源获取热量，经过压缩机的压缩变为高温热能，并传递到水箱中把冷水加热其工作流程如下:工质(过热液体媒体)在蒸发器内吸收低温热源的热量，蒸发成气体媒体，经过压缩机的压缩，变为高温高压的气体媒体;高温高压的气体媒体流经冷凝器将热能传递给冷水，同时自身变为高压液体媒体;高压液体媒体在膨胀阀中减压，再变成过热液体媒体，进入蒸发器，完成一个循环;通过冷凝器向冷水中不断放热，使水逐渐升温，达到制热水的目的。
图1空气源热泵热水器系统结构图
3、空气源热泵热水机组能效比
空气源热泵热水机组能效比，又称性能系数（ＣＯＰ）是指热泵的制热量与输入功率之比，比值越大，说明空气源热泵热水机组效率越高，生产同容量同温度的热水消耗的电能越少。机组运行能效比是反映热泵机组加热性能优劣的一个重要参数，主要取决于室外环境温度、初始加热水温和目标水温[2]。目前,我国热泵热水器行业普遍采用系统性能系数(COP)作为能效评价指标,对于空气源热泵热水器的计算式为:
式中 Q0热泵热水器的制热量,kW
W0热泵热水器的总电耗量,kW
Wc压缩机耗功,kW
Wf室外风机耗功,kW
Wp系统中水泵的耗功量,kW,当系统没有水泵时该项为0
空气源热泵热水器是新一代节能型热水器，其制热效率是电热水器的2～3倍，在发达国家使用比例高达80%左右。然而，我国在2009年9月1日起实施的国家标准GB/T23137－2008《家用和类似用途热泵热水器》的引导下，热泵热水器产品开始发展，市场份额在2009年初不足3%，2010年刚超过5%，热泵热水器在国内发展比较缓慢的主要原因是:技术难度大，受影响因素多，产品的可靠性不易保障。虽然热泵热水器系统和热泵空调系统工作原理相同，但是运行工况更恶劣、运行温度范围更宽。热泵空调将室外低温空气中的热量泵到室内空气环境中，室内温度运行的范围一般在18～30℃之间;但热泵热水器室内侧水箱中的热水温度范围为5～55℃，此种运行温度范围对热泵热水器系统提出了更高的要求。
同时这些产品工作环境复杂多变，节能效果受季节影响很大，如果直接借用热泵空调技术，产品的可靠性很难得到保障;例如热泵系统频繁高温高压保护，导致压缩机的频繁停启，会降低压缩机的可靠性;蒸发器结霜时导致热泵系统运行工况变差，频繁化霜会导致系统制热效果变差;冷媒泄漏、高低压保护开关故障等导致售后维修量大;还有北方地区在冬季时段用热泵热水器供热水时，装置运行工况比较恶劣，机组性能系数较低，如果机组冷凝器和蒸发器匹配不当，则机组的可靠性会大大降低，直接影响产品的节能效果。
四、总结
在我国,随着经济发展和城镇化进程的加快,卫生热水能耗在建筑能耗中的比例越来越大,卫生热水节能已成为不容忽视的问题。这就催生了新一代热水器空气源热泵热水器,可以说它符合时代的要求。空气源热泵热水器主要有以下优点:一是节能。热泵工作的原理就是用少量电能把空气中或者水中的废热搬运到要加热的对象中,就像水泵把水从低处送到高处,热泵是把热量从温度低的地方运到温度高的地方,因此,这要比纯粹用电加热或者用气体燃料加热要经济;二是安全。实现水电完全分离,同时也不像燃气热水器有爆炸的隐患,安全问题得到彻底的解决,而且实现自动控制,用户不必与强电接触;三是安装使用方便。阳台、走道、杂屋、庭院、室内、天面、外墙等随意安装,无须直面阳光;四是可以减少温室气体的排放,有利于保护环境。空气源热泵热水器在我国可以算是新兴产品,其市场前景广阔,据最新调查显示,在3～5年内市场占有率可望达到10%～20%,销售总额将达到400亿元。特别是随着经济发展和
城镇化进程的加快,新建住宅几乎全部需要安装热水器,再加之一些存在安全隐患的燃气热水器需要替换,因此,可以预见在未来5年内,空气源热泵热水器将成为我国家庭特别是商品楼房的热水设备首选产品。
五参考文献
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文献综述
一、研究背景
节能和环保是当今世界两大主题,对人类可持续发展具有重要的战略意义。研究资料分析表明，在各种能量消耗的最后物理形态中，以热消耗最大，且以小于1000C的热消耗最大。通过热力学分析可知，在小于1000C的热消耗领域内，热泵节能技术有很好的应用前景。如果用锅炉产生蒸汽来取暖供热，其效率约为70%左右，采用直接加热，则还要考虑发电机组效率。采用热泵，无论是从低温地热源吸取热量，还是消耗机械功，都能转转化为有用能量，因此采暖供热的效率大大提高。空气源热泵(ASHP)热水机组通过输入一小部分电力做功,即可从周围环境空气中获取热量来制取热水,与直接使用电、煤炭、燃气或燃油来制取热水的锅炉设备相比,是利用可再生能源的高效节能无污染的新兴技术。而且热泵热水器安装还不受建筑物或楼层限制，使用不受气候条件限制，既可用作家庭热水供应中心，也能为单位集体集中供热水。该产品不仅安全舒适，而且环保节能，实际使用费仅分别相当于电热水器的25%，燃气热水器的30%[1].
表1各种热水系统比较
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