基本信息
- 項目名稱：
- 家用太陽能熱泵熱水器熱水空調(diào)系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 太陽能熱泵熱水器是將太陽能技術和變頻技術運用于空氣能熱泵熱水器的一種新型節(jié)能熱水器，充分利用了太陽能和熱泵各自優(yōu)點，保證全年全天候熱水供應。在低溫環(huán)境下仍能正常工作，攻克了熱水器化霜除霜的難題；應用轉(zhuǎn)子壓縮機在中低負荷下的高效率特性，使得熱泵熱水器能夠做到小型化；將熱水器與空調(diào)相結(jié)合，實現(xiàn)一體多用?？朔四壳笆袌錾系臒崴髂芎拇?、存在安全隱患等缺陷，很好地迎合了安全、健康、節(jié)能的市場需求。
- 詳細介紹：
- 隨著人們生活水平的日益提高，人們對家庭生活中的舒適要求也越來越高。越來越多的多功能熱水器進入了人們的生活，熱水器也同樣經(jīng)歷了多年的發(fā)展，性能得到不斷完善，但目前市場上的各類熱水器還是存在著諸多缺陷，如能耗大、存在安全隱患、不能持續(xù)供熱等等。將太陽能技術和變頻技術運用于空氣能熱泵熱水器而開發(fā)出來的新型太陽能熱泵熱水器，在低溫環(huán)境下仍然能正常工作，并攻克了熱水器化霜除霜的難題；采用微電腦模糊控制技術，自動識別陽光的有無強弱并選擇系統(tǒng)運行模式；應用轉(zhuǎn)子壓縮機在中低負荷下的高效率特性，使得熱泵熱水器能夠做到小型化；利用了風冷熱泵機組的優(yōu)點，不但冬季可以給水箱提供熱能補充，為地面輻射采暖提供熱水，還可以獨立完成夏季制冷的需求，太陽能集熱器可為用戶提供熱水，而由熱泵機組生產(chǎn)的低溫水則通過風機盤管吸收室內(nèi)熱量，為室內(nèi)降溫，達到制冷目的。相對于其它一般熱水器而言，不僅節(jié)約能源，供熱系數(shù)COP可達3.1到4.3，而且使用壽命長，兩到三年即可收回初投入成本。所有這些都為太陽能熱泵熱水器的大范圍推廣，走進尋常百姓家庭提供了可靠的技術和經(jīng)濟保障。本作品融合了當前行業(yè)領域內(nèi)的先進技術，并將熱水器與空調(diào)系統(tǒng)有機結(jié)合，克服了絕大多數(shù)熱水器的缺點，實用性明顯，具有可觀的經(jīng)濟效益和應用前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本發(fā)明主要針對家庭生活熱水系統(tǒng)設計，在常規(guī)條件下，太陽能集熱器采集太陽能將水加熱；當日照不足，太陽能不能滿足系統(tǒng)需求熱量時，不足的熱能由空氣源熱泵機組作為輔助能源提供。 創(chuàng)新點： 1.充分利用太陽能和熱泵各自的優(yōu)點，實現(xiàn)快速、穩(wěn)定、連續(xù)的熱水供應，保證全年全天候供應熱水。 2.利用風冷熱泵機組的優(yōu)點，不但冬季可以給水箱提供熱能補充，還可獨立完成夏季制冷的需求，太陽能集熱器可為用戶提供熱水，而由熱泵機組生產(chǎn)的低溫水則通過風機盤管吸收室內(nèi)熱量，為室內(nèi)降溫，達到制冷目的。 3.熱泵機組采用變頻驅(qū)動與熱量分導技術，實現(xiàn)一機雙系統(tǒng)控制，保證機組的產(chǎn)水量及機組的使用效率，并能通過程序控制實現(xiàn)自動化選擇加熱功率及加熱時間。 4.智能化控制冷媒的輸出量，并能保證熱泵在零下25℃環(huán)境中正常工作，機組在室外溫度0℃時運行的能效比可達到3.0。 5.采用雙溫度傳感器智能化除霜控制，利用自動環(huán)境跟蹤除霜技術和超低溫熱泵技術真正做到“有霜化霜，多霜多化，少霜少化，無霜不化”的動態(tài)除霜控制。 主要技術指標：制熱能力：1400～5400W；制冷能力：1000～4600W；冷 媒：R410A；輸入功率（制熱）：500～1400W；輸入功率（制冷）：495～1650W；制熱能效比：3.1～4.3；制冷能效比：7.0～12.0；最高水溫：75℃；最低使用環(huán)境溫度：-25℃
科學性、先進性
- 太陽能熱泵熱水器系統(tǒng)使用轉(zhuǎn)子壓縮機，采用了先進的節(jié)能技術—變頻，可以在不同的轉(zhuǎn)速下保證高效率運行。轉(zhuǎn)子壓縮機采用模糊控制技術, 壓縮機由于不停機而減少頻繁啟停造成的損失，還可以達到低噪聲運行的效果。在剛啟動時,采用低頻啟動，從而降低了啟動電流, 減少了功率消耗, 然后很快轉(zhuǎn)入高頻狀態(tài)，很短的時間里達到設定溫度，壓縮機此后長時間處于低頻工作范圍內(nèi)，機組的功率降到最小。由于轉(zhuǎn)子壓縮機在中低負荷下的高效率，使得應用小匹數(shù)（1匹）的熱泵機組成為必然。太陽能熱泵還擁有“一機多用”的優(yōu)點，即冬供暖，夏制冷，并為地面輻射采暖供熱，全年提供生活熱水。又因為太陽能熱泵系統(tǒng)設有蓄熱裝置，因此夏季還可利用夜間電力進行蓄冷運行，以供白天供冷之用，有助于電力錯峰。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年11月，作品“家用太陽能熱泵熱水器熱水空調(diào)系統(tǒng)”參加學?！扒髮嵄贝髮W生課外科技作品競賽，榮獲一等獎 2011年6月，本作品參加湖北省第八屆“挑戰(zhàn)杯?青春在沃”大學生課外學術科技作品競賽，榮獲一等獎
作品所處階段
- 本作品處于中試階段
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 技術許可
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品；現(xiàn)場演示；圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本作品采用微電腦模糊控制技術，自動識別陽光的有無、強弱并選擇運行模式；自動監(jiān)測水溫、水位和室溫，并根據(jù)情況進行補水和開停操作。廣泛適用于家庭住宅、別墅、旅館、桑拿浴室等場所。 技術特點及優(yōu)勢：1.太陽能與熱泵有效結(jié)合，同時提高了太陽能集熱器效率和熱泵系統(tǒng)性能，在保證節(jié)能環(huán)保的前提下，基本上消除了傳統(tǒng)熱水器的環(huán)境依賴度,全天候供應熱水。 2.結(jié)合模糊變頻技術，系統(tǒng)根據(jù)不同冷熱量需求控制冷媒流量，實現(xiàn)快速、節(jié)能和舒適的控溫效果。在低溫低壓情況下也能良好運行。 3.加熱過程中沒有電加熱元件與水接觸，無廢氣廢渣排放。安全、環(huán)保。 4.熱泵與空調(diào)有效結(jié)合實現(xiàn)熱水器和空調(diào)的多功能應用，既能制熱又可制冷。 據(jù)測算，200L水用電從20℃加熱到55℃耗電約為9度，用空氣能熱泵加熱耗電只需1.93度。目前我國太陽能熱水器約6300萬臺，每年耗電約1010億度。只要有10%的傳統(tǒng)太陽能熱水器被本作品替代，一年就可以節(jié)約出34億度電，折合約130萬噸標準煤。由此可見，本作品具有明顯經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 熱水器產(chǎn)品經(jīng)歷了從燃氣熱水器到電熱水器、太陽能熱水器、空氣能熱泵熱水器的變革。如今的空氣能熱水器雖然克服了前三代熱水器的諸多缺點，但長期的理論和實踐均表明，在環(huán)境溫度很低的地區(qū)（如我國華北、西北等地區(qū)），空氣能熱水器的使用存在以下問題:⑴低溫工況下啟動困難,制熱量明顯減少；⑵除霜準確性差、效率低, 在除霜結(jié)束后不能快速恢復制熱。 針對上述問題，國內(nèi)外已有不少科技工作者做了大量研究，其中具有代表性的研究如下：哈爾濱建筑科技大學馬最良提出采用空氣能熱泵與水-水熱泵或者水-空氣熱泵組成藕合的雙級熱泵供暖系統(tǒng)來解決在寒冷地區(qū)低溫制熱時熱泵性能惡化問題?？梢杂梅胖迷谑彝獾目諝饽軣岜美錈崴畽C組制備10 ~ 20 ℃ 的溫水，通過水環(huán)路送至室內(nèi)的水-空氣或者水-水熱泵系統(tǒng)，最后達到供暖目的。清華大學的馬國遠等人經(jīng)過研究，成功利用帶輔助進汽口的渦旋壓縮機實現(xiàn)帶經(jīng)濟器的準二級壓縮空氣能熱泵系統(tǒng)來提高空氣能熱泵在低溫工況下的制熱性能。實際測試表明這個系統(tǒng)不僅能夠解決低溫環(huán)境下制熱量衰減的問題，還可兼顧因壓比過高所導致的壓縮過程惡化，排氣溫度過高的問題，能使得機組在各個工況下的經(jīng)濟性均得到較好的照顧。 對于低溫環(huán)境下空氣能熱泵除霜問題，目前一般采用的逆卡諾循環(huán)除霜方法存在諸多不足，如除霜效率低、影響室溫穩(wěn)定等。日本有學者研發(fā)了一種蓄熱式變頻熱泵空調(diào)器，實際測試表明該機組相對于常規(guī)機組而言，平均制熱量提高了10 % ，效率提高了5%，但遺憾的是此空調(diào)在冬季的優(yōu)點到了夏季就會成為其缺點。當機組除霜結(jié)束恢復制熱時，現(xiàn)有的除霜模式均不可避免會對系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，出現(xiàn)膨脹閥無法正常開啟，壓縮機連續(xù)低壓保護的狀況。研究表明：對于目前的各種除霜方法而言，在熱力膨脹閥上加裝一個旁通電磁閥是一個最為經(jīng)濟、合理的方法。旁通電磁閥可使系統(tǒng)由除霜模式恢復到制熱模式時，壓縮機吸氣帶液量急劇降低，帶入汽液分離器中的液體制冷劑大大減少，極大提高除霜效率，除霜結(jié)束后能快速恢復制熱，系統(tǒng)的平均制熱效果大大增強。目前市場上的空氣能熱泵熱水器都還存在著一些尚未很好解決的技術問題，國內(nèi)外的研究者們都在為之不斷努力。本項目在這兩個方面都進行了深入研究，主要在變頻模糊控制與轉(zhuǎn)子壓縮機結(jié)合方面取得了一些突破，較好地解決了空氣能熱泵低溫適應性和除霜問題，并采用微電腦自動控制，自動識別陽光的有無強弱并選擇系統(tǒng)運行模式。
