【摘 要】本文提出了一種新型陽臺式—空氣源家用熱水器系統(tǒng)的設(shè)計，分別從熱水器系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計、空氣源制熱水設(shè)計模塊、太陽能制熱水設(shè)計模塊以及廢熱水余熱回收模塊設(shè)計介紹了該系統(tǒng)，并通過以上分析得出該新型家用熱水器具有廣闊的應(yīng)用前景和較大的應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】熱水器 太陽能 空氣源 設(shè)計

一、前言：

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與人們生活水平的提高，生活熱水已成為人們生活的必需品。目前我國熱水器市場上，使用較多的產(chǎn)品主要是電熱水器和燃?xì)鉄崴鞯?，它們都有一定的?yōu)勢，但也存在著很多缺點。燃?xì)鉄崴鞯膬?yōu)點是設(shè)備簡單、體積小、運行費用較低，缺點是系統(tǒng)的效率較低，而且燃燒不充分時會產(chǎn)生CO等有害氣體；電熱水器的優(yōu)點是初期投入小、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，缺點主要是能耗大，設(shè)備必須采取一定的安全措施。以上供熱方式消耗的均為不可再生能源，更加劇了能源危機(jī)。因此，探索一些新型可再生、無污染的清潔替代能源成為必然趨勢。

太陽能作為一種可再生綠色能源，被世界公認(rèn)為 21 世紀(jì)的主要能源，也將成為若干年后我國主要能源之一。目前太陽能熱水器也因此備受關(guān)注。空氣作為又一種可再生能源，可謂真正的“取之不盡，用之不竭”。本文將設(shè)計一種新型的空氣源熱水器。

二、空氣源家用熱水器系統(tǒng)設(shè)計

（一）工作原理：新型陽臺式太陽能-空氣源家用熱水器是一種集實用、節(jié)能、美觀于一體的熱水系統(tǒng)。本熱水器充分利用太陽能和空氣源制熱水實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，同時引入能源二次回收模塊，在一年四季均能高效率利用可再生能源，向用戶提供家居生活熱水。新型陽臺式太陽能-空氣源家用熱水器主要由三大模塊組成：空氣源熱泵制熱水模塊、太陽能制熱水模塊、廢熱水余熱回收模塊。陽臺式太陽能-空氣源家用熱水器能夠充分利用低品位的空氣中的熱能、太陽能以及使用過的熱水中的殘余熱量，依據(jù)一年四季的氣候狀況，確保無論陰雨天氣還是寒冷天氣均能為用戶全天候提供生活熱水，能夠有效規(guī)避空氣源系統(tǒng)低溫下的結(jié)霜問題，減少雨雪天氣對熱水器制熱性能的影響，在氣溫較高的時節(jié)對室內(nèi)空氣還起到一定的制冷作用，充分節(jié)約能源。無論在寒季還是暖季，廢熱水余熱回收模塊均啟動。一般家庭使用后的熱水溫度仍在30℃左右，如果能將這部分熱量回收利用起來，不但可以使熱水器擺脫對環(huán)境的依賴，還可以大大提高其制熱效率。因此便可將生活使用后的廢熱水集中回流，預(yù)熱進(jìn)入水箱的冷水，降低費用消耗，極大提高熱水器的熱效率。

儲水箱設(shè)有溫度控制裝置，當(dāng)水箱中的水預(yù)熱到設(shè)定溫度時，水箱上的溫度控制裝置切斷電源，加熱系統(tǒng)停止對水箱中的水加熱；當(dāng)水箱中的水溫低于設(shè)定溫度時，熱水箱上的溫度控制裝置接通電源，加熱系統(tǒng)對熱水箱中的水加熱。

（二）熱水器設(shè)計參數(shù)：以三口之家為例，考慮冬季使用情況，冷水溫度進(jìn)水溫度按15℃計算，熱水計算溫度按60℃計算，洗浴用水平均40L/人，生活其它用水平均15L/（人.天）。（1）熱量計算：Q = C M（T2-T1）

式中：Q—加熱量，kJ；

C—水的比熱容，4.19kJ/kg℃；

M—熱水量，L （kg）；

T1—冷水進(jìn)口溫度，℃，按15℃計算；

T2—熱水出口溫度，℃，按60℃計算；

則Q=4.19×200×（60-15） =37710kJ，此熱量為熱水系統(tǒng)所需總熱量。

（2）儲熱水箱選擇：以三口之家為例，洗浴用水達(dá)平均每人40L，再加上其它生活用水約50L，總用水量=40×3+50=170L，故而選用200L容積的儲熱水箱。

（三）空氣源熱泵制熱水模塊設(shè)計：組成：空氣源熱泵制熱水模塊主要由主機(jī)及儲水箱組成。主機(jī)包括壓縮機(jī)、膨脹閥、蒸發(fā)器及溫度控制裝置，儲水箱內(nèi)設(shè)置冷凝器盤管。本新型陽臺式太陽能-空氣源家用熱水器，采用戶內(nèi)一體化設(shè)計（如圖1所示），主機(jī)部分位于儲水箱下部，冷凝器盤管位于儲水箱內(nèi)偏下部位。

空氣源加熱系統(tǒng)是按照“逆卡諾”原理工作的。由壓縮機(jī)—冷凝器—膨脹閥—蒸發(fā)機(jī)等組成一個循環(huán)，冷媒在壓縮機(jī)的作用下，在系統(tǒng)內(nèi)不斷循環(huán)，當(dāng)其運行到蒸發(fā)器后，利用風(fēng)扇的強(qiáng)制換熱，從空氣中吸取熱量后轉(zhuǎn)變成氣態(tài)（周圍空氣溫度降低），進(jìn)入冷凝器后釋放出高溫?zé)崃考訜釓膬λ湎虏窟M(jìn)入的水，同時自己冷卻并轉(zhuǎn)化為液態(tài)，如此往復(fù)循環(huán)，達(dá)到加熱目的。生活用水自水箱下部流入，由水箱上部流出。

（四）太陽能制熱水模塊設(shè)計：組成：太陽能制熱水模塊由太陽能集熱器、熱水儲水箱和循環(huán)水泵3個部分組成。其中，冷水自儲水箱流入太陽能集熱器，利用太陽輻射能將太陽能真空熱管中的水加熱，經(jīng)循環(huán)水泵往復(fù)循環(huán)，直到達(dá)到設(shè)定溫度，電源切斷，停止加熱。

（五）廢熱水余熱回收模塊設(shè)計。組成：廢熱水余熱回收模塊主要由廢水集中箱和水流管路組成。生活實用的廢熱水集中流入廢水集中箱，與經(jīng)接管進(jìn)入水預(yù)熱器的冷水進(jìn)行逆流換熱，充分利用廢熱水的余熱對冷水進(jìn)行預(yù)熱處理，最后冷水進(jìn)入儲水箱進(jìn)一步加熱，生活廢熱水由排水口排入下水道。

三、結(jié)論

本文分析了熱水器的原理結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，該熱水器集節(jié)能、環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀于一體，是為高層住宅用戶提供生活熱水熱水器的不二之選。希望本文提出的新型熱水器能夠為未來的熱水器市場在能源節(jié)約型、環(huán)境保護(hù)型的發(fā)展道路上貢獻(xiàn)綿薄之力，為高層住宅用戶的生活熱水的放心使用帶來福音。

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