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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 家用太陽(yáng)能熱泵熱水器熱水空調(diào)系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 太陽(yáng)能熱泵熱水器是將太陽(yáng)能技術(shù)和變頻技術(shù)運(yùn)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(yáng)能和熱泵各自優(yōu)點(diǎn)，保證全年全天候熱水供應(yīng)。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(yīng)用轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在中低負(fù)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(shí)現(xiàn)一體多用?？朔四壳笆袌?chǎng)上的熱水器能耗大、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(chǎng)需求。
- 詳細(xì)介紹：
- 隨著人們生活水平的日益提高，人們對(duì)家庭生活中的舒適要求也越來(lái)越高。越來(lái)越多的多功能熱水器進(jìn)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(chǎng)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(yáng)能技術(shù)和變頻技術(shù)運(yùn)用于空氣能熱泵熱水器而開(kāi)發(fā)出來(lái)的新型太陽(yáng)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(shù)，自動(dòng)識(shí)別陽(yáng)光的有無(wú)強(qiáng)弱并選擇系統(tǒng)運(yùn)行模式；應(yīng)用轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在中低負(fù)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(fēng)冷熱泵機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)，不但冬季可以給水箱提供熱能補(bǔ)充，為地面輻射采暖提供熱水，還可以獨(dú)立完成夏季制冷的需求，太陽(yáng)能集熱器可為用戶提供熱水，而由熱泵機(jī)組生產(chǎn)的低溫水則通過(guò)風(fēng)機(jī)盤(pán)管吸收室內(nèi)熱量，為室內(nèi)降溫，達(dá)到制冷目的。相對(duì)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(dá)3.1到4.3，而且使用壽命長(zhǎng)，兩到三年即可收回初投入成本。所有這些都為太陽(yáng)能熱泵熱水器的大范圍推廣，走進(jìn)尋常百姓家庭提供了可靠的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)保障。本作品融合了當(dāng)前行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)，并將熱水器與空調(diào)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，克服了絕大多數(shù)熱水器的缺點(diǎn)，實(shí)用性明顯，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本發(fā)明主要針對(duì)家庭生活熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在常規(guī)條件下，太陽(yáng)能集熱器采集太陽(yáng)能將水加熱；當(dāng)日照不足，太陽(yáng)能不能滿足系統(tǒng)需求熱量時(shí)，不足的熱能由空氣源熱泵機(jī)組作為輔助能源提供。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1.充分利用太陽(yáng)能和熱泵各自的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定、連續(xù)的熱水供應(yīng)，保證全年全天候供應(yīng)熱水。 2.利用風(fēng)冷熱泵機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)，不但冬季可以給水箱提供熱能補(bǔ)充，還可獨(dú)立完成夏季制冷的需求，太陽(yáng)能集熱器可為用戶提供熱水，而由熱泵機(jī)組生產(chǎn)的低溫水則通過(guò)風(fēng)機(jī)盤(pán)管吸收室內(nèi)熱量，為室內(nèi)降溫，達(dá)到制冷目的。 3.熱泵機(jī)組采用變頻驅(qū)動(dòng)與熱量分導(dǎo)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一機(jī)雙系統(tǒng)控制，保證機(jī)組的產(chǎn)水量及機(jī)組的使用效率，并能通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化選擇加熱功率及加熱時(shí)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(jī)組在室外溫度0℃時(shí)運(yùn)行的能效比可達(dá)到3.0。 5.采用雙溫度傳感器智能化除霜控制，利用自動(dòng)環(huán)境跟蹤除霜技術(shù)和超低溫?zé)岜眉夹g(shù)真正做到“有霜化霜，多霜多化，少霜少化，無(wú)霜不化”的動(dòng)態(tài)除霜控制。 主要技術(shù)指標(biāo)：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(xué)性、先進(jìn)性
- 太陽(yáng)能熱泵熱水器系統(tǒng)使用轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)，采用了先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)—變頻，可以在不同的轉(zhuǎn)速下保證高效率運(yùn)行。轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)采用模糊控制技術(shù), 壓縮機(jī)由于不停機(jī)而減少頻繁啟停造成的損失，還可以達(dá)到低噪聲運(yùn)行的效果。在剛啟動(dòng)時(shí),采用低頻啟動(dòng)，從而降低了啟動(dòng)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(shí)間里達(dá)到設(shè)定溫度，壓縮機(jī)此后長(zhǎng)時(shí)間處于低頻工作范圍內(nèi)，機(jī)組的功率降到最小。由于轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)在中低負(fù)荷下的高效率，使得應(yīng)用小匹數(shù)（1匹）的熱泵機(jī)組成為必然。太陽(yáng)能熱泵還擁有“一機(jī)多用”的優(yōu)點(diǎn)，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?yàn)樘?yáng)能熱泵系統(tǒng)設(shè)有蓄熱裝置，因此夏季還可利用夜間電力進(jìn)行蓄冷運(yùn)行，以供白天供冷之用，有助于電力錯(cuò)峰。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年11月，作品“家用太陽(yáng)能熱泵熱水器熱水空調(diào)系統(tǒng)”參加學(xué)校“求實(shí)杯”大學(xué)生課外科技作品競(jìng)賽，榮獲一等獎(jiǎng) 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(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽，榮獲一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 本作品處于中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)許可
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；現(xiàn)場(chǎng)演示；圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品采用微電腦模糊控制技術(shù)，自動(dòng)識(shí)別陽(yáng)光的有無(wú)、強(qiáng)弱并選擇運(yùn)行模式；自動(dòng)監(jiān)測(cè)水溫、水位和室溫，并根據(jù)情況進(jìn)行補(bǔ)水和開(kāi)停操作。廣泛適用于家庭住宅、別墅、旅館、桑拿浴室等場(chǎng)所。 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)：1.太陽(yáng)能與熱泵有效結(jié)合，同時(shí)提高了太陽(yáng)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(yīng)熱水。 2.結(jié)合模糊變頻技術(shù)，系統(tǒng)根據(jù)不同冷熱量需求控制冷媒流量，實(shí)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(yùn)行。 3.加熱過(guò)程中沒(méi)有電加熱元件與水接觸，無(wú)廢氣廢渣排放。安全、環(huán)保。 4.熱泵與空調(diào)有效結(jié)合實(shí)現(xiàn)熱水器和空調(diào)的多功能應(yīng)用，既能制熱又可制冷。 據(jù)測(cè)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(guó)太陽(yáng)能熱水器約6300萬(wàn)臺(tái)，每年耗電約1010億度。只要有10%的傳統(tǒng)太陽(yáng)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(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。由此可見(jiàn)，本作品具有明顯經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 熱水器產(chǎn)品經(jīng)歷了從燃?xì)鉄崴鞯诫姛崴?、太?yáng)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(diǎn)，但長(zhǎng)期的理論和實(shí)踐均表明，在環(huán)境溫度很低的地區(qū)（如我國(guó)華北、西北等地區(qū)），空氣能熱水器的使用存在以下問(wèn)題:⑴低溫工況下啟動(dòng)困難,制熱量明顯減少；⑵除霜準(zhǔn)確性差、效率低, 在除霜結(jié)束后不能快速恢復(fù)制熱。 針對(duì)上述問(wèn)題，國(guó)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(xué)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(jí)熱泵供暖系統(tǒng)來(lái)解決在寒冷地區(qū)低溫制熱時(shí)熱泵性能惡化問(wèn)題?？梢杂梅胖迷谑彝獾目諝饽軣岜美錈崴畽C(jī)組制備10 ~ 20 ℃ 的溫水，通過(guò)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(dá)到供暖目的。清華大學(xué)的馬國(guó)遠(yuǎn)等人經(jīng)過(guò)研究，成功利用帶輔助進(jìn)汽口的渦旋壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)帶經(jīng)濟(jì)器的準(zhǔn)二級(jí)壓縮空氣能熱泵系統(tǒng)來(lái)提高空氣能熱泵在低溫工況下的制熱性能。實(shí)際測(cè)試表明這個(gè)系統(tǒng)不僅能夠解決低溫環(huán)境下制熱量衰減的問(wèn)題，還可兼顧因壓比過(guò)高所導(dǎo)致的壓縮過(guò)程惡化，排氣溫度過(guò)高的問(wèn)題，能使得機(jī)組在各個(gè)工況下的經(jīng)濟(jì)性均得到較好的照顧。 對(duì)于低溫環(huán)境下空氣能熱泵除霜問(wèn)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(xué)者研發(fā)了一種蓄熱式變頻熱泵空調(diào)器，實(shí)際測(cè)試表明該機(jī)組相對(duì)于常規(guī)機(jī)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(diǎn)到了夏季就會(huì)成為其缺點(diǎn)。當(dāng)機(jī)組除霜結(jié)束恢復(fù)制熱時(shí)，現(xiàn)有的除霜模式均不可避免會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，出現(xiàn)膨脹閥無(wú)法正常開(kāi)啟，壓縮機(jī)連續(xù)低壓保護(hù)的狀況。研究表明：對(duì)于目前的各種除霜方法而言，在熱力膨脹閥上加裝一個(gè)旁通電磁閥是一個(gè)最為經(jīng)濟(jì)、合理的方法。旁通電磁閥可使系統(tǒng)由除霜模式恢復(fù)到制熱模式時(shí)，壓縮機(jī)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(fù)制熱，系統(tǒng)的平均制熱效果大大增強(qiáng)。目前市場(chǎng)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(shù)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外的研究者們都在為之不斷努力。本項(xiàng)目在這兩個(gè)方面都進(jìn)行了深入研究，主要在變頻模糊控制與轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)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(yīng)性和除霜問(wèn)題，并采用微電腦自動(dòng)控制，自動(dòng)識(shí)別陽(yáng)光的有無(wú)強(qiáng)弱并選擇系統(tǒng)運(yùn)行模式。
