新型太陽能熱泵熱水器技術研究與開發(fā)

謝彤 李正良 馬昭鍵

【摘 要】在國內資源緊張、國際油價高漲的情況下，發(fā)展新能源有著現(xiàn)實的意義。能源問題，以及由此而引起的環(huán)境問題，已成為中國和世界都必須嚴肅面對并必須解決的重要問題之一，要解決該問題的根本出路是大力發(fā)展不會污染環(huán)境的新能源。文章論述將太陽能熱利用技術與熱泵技術有機地結合起來具有技術上的必要性。

【關鍵詞】新型；太陽能熱泵；熱水器

【中圖分類號】TK515 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）11-0049-03

0 前言

目前，發(fā)展不會污染環(huán)境的新能源，加速太陽能熱利用技術的研發(fā)和利用，已十分迫切。隨著經濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國正面臨著越來越大的能源壓力。能源消耗中，空調建筑能耗的增加已成為我國和不少城市缺電的主要原因。能源是人類社會生存和發(fā)展的必需品，高速發(fā)展的經濟使得能源危機和環(huán)境污染，已經成為21世紀人類的國際關鍵詞。如何緩解經濟發(fā)展與能源及環(huán)境之間的矛盾，新能源給我們提供了一種新的選擇，它將成為破解中國乃至世界難題的利劍，引領世界跨入新能源經濟時代。

太陽能和空氣源熱能作為可再生能源，對其的提取和利用無需太多成本，它們在建筑節(jié)能領域的應用將發(fā)揮越來越重要的作用。從大的方面來講，它是解決我國能源和環(huán)境問題的重要措施之一；從小的方面來講，它是解決居民在采暖、制冷、制備生活熱水問題的最節(jié)能、最環(huán)保、最經濟的選擇。

1 新型熱水器的市場發(fā)展及關鍵技術研究

1.1 國內熱水器市場發(fā)展情況

現(xiàn)在國家實行的“十二五”計劃中，節(jié)能減排環(huán)保成為目前的主流，熱水器以其眾多優(yōu)點在熱水器行業(yè)迅速發(fā)展?，F(xiàn)在人們的生活水平逐步提高，對生活的品質要求也隨之提高，安全舒適節(jié)能熱泵熱水器自然受到人們的喜歡。我國石油和煤等能源越來越貴，而且是不可再生的。太陽能熱泵熱水器節(jié)能，而且也更加符合人們的需求。

由于太陽能熱泵熱水器有著眾多優(yōu)勢，加上現(xiàn)在國家“十二五”計劃的推廣，以及廣大消費者的認同，很多大型的家電企業(yè)都加入太陽能熱泵熱水器這個行業(yè)的開發(fā)。隨著“格力”“美的”“志高”等大型企業(yè)，還有其他中小型企業(yè)的加入，預計在未來5年內，熱泵熱水器的產業(yè)規(guī)模將達到280億元。但目前我國太陽能熱泵熱水器行業(yè)的發(fā)展過程中還存在一些制約因素。例如，我國的熱泵熱水器比起西方發(fā)達國家起步較晚，技術不是很成熟。進入熱泵熱水器行業(yè)的企業(yè)由于技術水平不一樣、專業(yè)水平參差不一，導致我國熱泵熱水器在市場方面顯得不規(guī)范。國家也計劃出臺相關政策用以規(guī)范熱泵熱水器市場?？傮w而言，我國的太陽能熱泵熱水器市場的前景可觀。

1.2 新型太陽能熱泵熱水器的總體研究

利用太陽能熱水單元、熱泵熱水單元組合進行供熱水系統(tǒng)的集成化，開發(fā)多能源方式互補技術、能源梯級利用技術、低溫高效供熱技術。利用智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)太陽能熱水單元、熱泵熱水單元的協(xié)同優(yōu)化控制，可單獨或同時啟動太陽能熱水單元、熱泵熱水單元。優(yōu)先利用太陽能實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、健康及可持續(xù)供應熱水，提高產品的性價比。新型太陽能熱泵熱水器如圖1所示。

1.3 高效聚氨酯保溫技術

采用自有的國家專利“太陽能熱水器水箱聚氨酯硬泡沫保溫材料”，集成現(xiàn)有的太陽能熱水器技術、空氣源熱泵熱水器技術，克服普通聚氨酯保溫材料保溫效果不明顯的缺點。本發(fā)明的聚氨酯硬泡沫保溫材料除了具備普通聚氨酯泡沫材料的高保溫性能外，還減少了因本身特性、生產工藝及生產工人操作技能等各方面原因造成的泡沫收縮問題。沒有足夠的陽光時，選擇熱泵與太陽能熱水組合式補充加熱，避免了水箱變形、起鼓起楞甚至開裂的現(xiàn)象。

1.4 高效供熱技術

引進先進技術（如升溫快、保溫性能好的“力諾”真空管），結合自有專利和技術，集成最新型高效真空管、高效保溫水箱、鋁合金支架、全自動上水儀，反光板、防雷設備等，設計高效、低成本的技術集成方案，在達到國家標準的前提下，實現(xiàn)性價比大、功能價值高的目的。

1.5 能源梯級利用技術、智能控制系統(tǒng)技術

在熱水管路結構布局上，優(yōu)先通過太陽能照射吸熱，利用太陽能直接輻射供能，將熱量提供給熱水器。當直接輻射供能達不到熱水溫度要求時，梯級利用熱泵；研究相應的智能控制系統(tǒng)，根據(jù)熱水溫度，進行這兩部分供熱的梯級聯(lián)動，實現(xiàn)自動進出水、漏電保護快關、高低壓下控制水箱水量、水箱自動停補水等功能。

1.6 高效熱泵的研制攻關

（1）采用先進技術，集成改進壓縮機、儲液罐、蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流裝置、四通閥、風扇、鏈接銅管等，研制熱泵熱源轉移技術，從低溫熱源的熱能轉移到高溫熱源的新技術，尤其是傳熱介質技術。

（2）實現(xiàn)壓縮機、儲液罐、蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流裝置的高效率轉換和運行穩(wěn)定。

（3）在防振方面，采取熱泵腳底彈簧減振隔振技術，管道泵加裝橡膠隔振裝置，外形輕巧堅固，容易安裝，能有效消除機械結構振動，具有隔振效率高的特點。

（4）在防噪音方面，熱泵外罩采取鍍鋁鋅鋼板和填充吸聲綿隔聲屏障技術，具有結構強度高、重量輕、造型美觀、造價低廉、吸聲隔聲性能良好的特點。

1.7 支架和其他部分技術研究

（1）優(yōu)化支架仰角（吸熱板或真空管與地面的夾角）和材質（鋁合金），我們根據(jù)仰角與所在地區(qū)緯度的關系，按照平均日曬率指標，設計為35°仰角的支架。

（2）反光板部分篩選鋁合金拋光反光板，安裝在真空管的下面，起到光反射、增加有效集熱面積的作用。最大限度地提高熱效率，使升溫更迅速。

（3）防雷裝置部分篩選具有專利技術的防雷設備，防止雷電流通過熱水器的管道、電源線和信號線直接進入用戶室內，從而帶來了雷擊隱患。

2 新型熱水器與同類產品對比

新型熱水器與一些品牌產品的技術性能參數(shù)對比見表1。

3 結論

本課題聯(lián)動利用太陽能和空氣能兩者的優(yōu)勢、取長補短，進行新型高效太陽能熱泵熱水器的技術研究與開發(fā)。將太陽能利用技術與熱泵技術有機結合，可同時提高太陽能集熱器效率和熱泵系統(tǒng)性能。傳統(tǒng)能源的日益枯竭，人類生存環(huán)境的惡化，發(fā)展清潔可再生的新能源是人類可持續(xù)發(fā)展過程中必須走的道路。

參 考 文 獻

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[3]徐國英，李舒宏，張小松，等.多功能熱泵空調熱水器的模擬與實驗分析[J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2009（2）.

[4]楊家興.太陽能熱泵熱水系統(tǒng)優(yōu)化設計與經濟性分析[D].南昌：南昌大學，2007.

[5]樓靜.并聯(lián)式太陽能熱泵熱水機組智能控制系統(tǒng)研究[D].長沙：中南大學，2009.

[6]于易平.嚴寒地區(qū)太陽能熱泵供熱系統(tǒng)設計及優(yōu)化分析[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2012.

[責任編輯：鐘聲賢]