新型太阳能热泵热水器技术研究与开发

谢彤 李正良 马昭键

【摘 要】在国内资源紧张、国际油价高涨的情况下，发展新能源有着现实的意义。能源问题，以及由此而引起的环境问题，已成为中国和世界都必须严肃面对并必须解决的重要问题之一，要解决该问题的根本出路是大力发展不会污染环境的新能源。文章论述将太阳能热利用技术与热泵技术有机地结合起来具有技术上的必要性。

【关键词】新型；太阳能热泵；热水器

【中图分类号】TK515 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）11-0049-03

0 前言

目前，发展不会污染环境的新能源，加速太阳能热利用技术的研发和利用，已十分迫切。随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，我国正面临着越来越大的能源压力。能源消耗中，空调建筑能耗的增加已成为我国和不少城市缺电的主要原因。能源是人类社会生存和发展的必需品，高速发展的经济使得能源危机和环境污染，已经成为21世纪人类的国际关键词。如何缓解经济发展与能源及环境之间的矛盾，新能源给我们提供了一种新的选择，它将成为破解中国乃至世界难题的利剑，引领世界跨入新能源经济时代。

太阳能和空气源热能作为可再生能源，对其的提取和利用无需太多成本，它们在建筑节能领域的应用将发挥越来越重要的作用。从大的方面来讲，它是解决我国能源和环境问题的重要措施之一；从小的方面来讲，它是解决居民在采暖、制冷、制备生活热水问题的最节能、最环保、最经济的选择。

1 新型热水器的市场发展及关键技术研究

1.1 国内热水器市场发展情况

现在国家实行的“十二五”计划中，节能减排环保成为目前的主流，热水器以其众多优点在热水器行业迅速发展。现在人们的生活水平逐步提高，对生活的品质要求也随之提高，安全舒适节能热泵热水器自然受到人们的喜欢。我国石油和煤等能源越来越贵，而且是不可再生的。太阳能热泵热水器节能，而且也更加符合人们的需求。

由于太阳能热泵热水器有着众多优势，加上现在国家“十二五”计划的推广，以及广大消费者的认同，很多大型的家电企业都加入太阳能热泵热水器这个行业的开发。随着“格力”“美的”“志高”等大型企业，还有其他中小型企业的加入，预计在未来5年内，热泵热水器的产业规模将达到280亿元。但目前我国太阳能热泵热水器行业的发展过程中还存在一些制约因素。例如，我国的热泵热水器比起西方发达国家起步较晚，技术不是很成熟。进入热泵热水器行业的企业由于技术水平不一样、专业水平参差不一，导致我国热泵热水器在市场方面显得不规范。国家也计划出台相关政策用以规范热泵热水器市场。总体而言，我国的太阳能热泵热水器市场的前景可观。

1.2 新型太阳能热泵热水器的总体研究

利用太阳能热水单元、热泵热水单元组合进行供热水系统的集成化，开发多能源方式互补技术、能源梯级利用技术、低温高效供热技术。利用智能控制系统，实现太阳能热水单元、热泵热水单元的协同优化控制，可单独或同时启动太阳能热水单元、热泵热水单元。优先利用太阳能实现节能、环保、健康及可持续供应热水，提高产品的性价比。新型太阳能热泵热水器如图1所示。

1.3 高效聚氨酯保温技术

采用自有的国家专利“太阳能热水器水箱聚氨酯硬泡沫保温材料”，集成现有的太阳能热水器技术、空气源热泵热水器技术，克服普通聚氨酯保温材料保温效果不明显的缺点。本发明的聚氨酯硬泡沫保温材料除了具备普通聚氨酯泡沫材料的高保温性能外，还减少了因本身特性、生产工艺及生产工人操作技能等各方面原因造成的泡沫收缩问题。没有足够的阳光时，选择热泵与太阳能热水组合式补充加热，避免了水箱變形、起鼓起楞甚至开裂的现象。

1.4 高效供热技术

引进先进技术（如升温快、保温性能好的“力诺”真空管），结合自有专利和技术，集成最新型高效真空管、高效保温水箱、铝合金支架、全自动上水仪，反光板、防雷设备等，设计高效、低成本的技术集成方案，在达到国家标准的前提下，实现性价比大、功能价值高的目的。

1.5 能源梯级利用技术、智能控制系统技术

在热水管路结构布局上，优先通过太阳能照射吸热，利用太阳能直接辐射供能，将热量提供给热水器。当直接辐射供能达不到热水温度要求时，梯级利用热泵；研究相应的智能控制系统，根据热水温度，进行这两部分供热的梯级联动，实现自动进出水、漏电保护快关、高低压下控制水箱水量、水箱自动停补水等功能。

1.6 高效热泵的研制攻关

（1）采用先进技术，集成改进压缩机、储液罐、蒸发器、冷凝器、节流装置、四通阀、风扇、链接铜管等，研制热泵热源转移技术，从低温热源的热能转移到高温热源的新技术，尤其是传热介质技术。

（2）实现压缩机、储液罐、蒸发器、冷凝器、节流装置的高效率转换和运行稳定。

（3）在防振方面，采取热泵脚底弹簧减振隔振技术，管道泵加装橡胶隔振装置，外形轻巧坚固，容易安装，能有效消除机械结构振动，具有隔振效率高的特点。

（4）在防噪音方面，热泵外罩采取镀铝锌钢板和填充吸声绵隔声屏障技术，具有结构强度高、重量轻、造型美观、造价低廉、吸声隔声性能良好的特点。

1.7 支架和其他部分技术研究

（1）优化支架仰角（吸热板或真空管与地面的夹角）和材质（铝合金），我们根据仰角与所在地区纬度的关系，按照平均日晒率指标，设计为35°仰角的支架。

（2）反光板部分筛选铝合金抛光反光板，安装在真空管的下面，起到光反射、增加有效集热面积的作用。最大限度地提高热效率，使升温更迅速。

（3）防雷装置部分筛选具有专利技术的防雷设备，防止雷电流通过热水器的管道、电源线和信号线直接进入用户室内，从而带来了雷击隐患。

2 新型热水器与同类产品对比

新型热水器与一些品牌产品的技术性能参数对比见表1。

3 结论

本课题联动利用太阳能和空气能两者的优势、取长补短，进行新型高效太阳能热泵热水器的技术研究与开发。将太阳能利用技术与热泵技术有机结合，可同时提高太阳能集热器效率和热泵系统性能。传统能源的日益枯竭，人类生存环境的恶化，发展清洁可再生的新能源是人类可持续发展过程中必须走的道路。

参 考 文 献

[1]张月红，徐国英，张小松.太阳能与空气复合源热泵热水系统多模式运行实验特性[J].化工学报，2010（2）.

[2]王勤，梁国峰，黎佳荣，等.一种新型太阳能辅助多功能热泵的实验研究[J].工程热物理学报，2010（5）.

[3]徐国英，李舒宏，张小松，等.多功能热泵空调热水器的模拟与实验分析[J].哈尔滨工业大学学报，2009（2）.

[4]杨家兴.太阳能热泵热水系统优化设计与经济性分析[D].南昌：南昌大学，2007.

[5]楼静.并联式太阳能热泵热水机组智能控制系统研究[D].长沙：中南大学，2009.

[6]于易平.严寒地区太阳能热泵供热系统设计及优化分析[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012.

[责任编辑：钟声贤]