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2022-10-22
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探究提高空气源热泵热水器性能的途径
摘要：热水器在人们日常生活中运用得较广泛，随着技术的变革与发展而不断
出现更新换代。空气源热泵热水器属于继燃气热水器、电热水器、太阳能热水器
之后的第四代热水器，更加环保节能。基于此，本文就从本文从优化控制系统、
采用高效换热器、提高系统部件匹配性能等方面分析了提高空气源热泵热水器性
能实现高效节能的有效途径。
关键词：空气源；热泵热水器；性能；途径
1、空气源热泵热水器概述
目前燃气热水器、电热水器、太阳能热水器是市场上主要的热水器产品，空气源热泵热
水器被称为第 4 代热水器，以其环保、高效、运行安全等优点正被人们所重视。相同的水箱
设定温度条件下，环境温度对系统能效比的影响可以分为3 个区，即：-5~5℃低温区 Ccop 值
小，变动小；5~30℃中温区 Ccop 值变化幅度大，其中 30℃为最佳运行环境温度；30℃以上
高温区 Ccop 值下降明显。与传统的节流元件相比，电子膨胀阀具有响应速度快、控制灵活、
调节范围宽等特点，目前已成功应用于家用房间空调器、热泵热水器、多联机、超市冷柜和
冷水机组等系统中。
2、空气源热泵热水器性能及原理
热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象，其工作原理与制冷
机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。空气源热泵热水
器主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀四部分组成。通过让工质不断完成蒸发（吸取空
气中的热量）→压缩→冷凝（放出热量加热水）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环
境里的热量转移到水中。空气源热泵热水器工作时，把空气中贮存的能量QA 在蒸发器中加
以吸收；它本身消耗一部分能量，即压缩机耗电QB；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热
QC。据能量守恒定律：QC=QA+QB。
由此可以看出，热泵热水器输出的能量为压缩机做的功QB 和热泵从环境中吸收的热量
QA；通常 QA 为 QB 的 3 倍以上，因此，空气源热泵热水器可以节约大量的电能。反映热泵
热水器节能性能的主要参数为性能系数 COP（coefficientofperformance），是热泵热水器的主
要性能指标之一。
3、提高空气源热泵热水器性能途径
3.1 优化空气源热泵热水器控制系统
3.1.1 设计多模式流程控制，提高系统全年运行性能
空气源热泵热水器产品标示的性能系数是名义工况时的性能系数，研究表明环境温度对
空气源热泵热水器的性能系数影响显著，环境温度30℃附近时系统运行性能最佳，因此对同
样的空气源热泵热水器产品使用时间及环境不同，运行时性能系数也不同。若采用单一控制
模式，由于环境的变化，空气源热泵热水器大部分时间运行性能系数不高。为了充分发挥空
气源热泵热水器的节能优势，在空气源热泵热水器控制系统设计时，可根据用户需求不同、
典型的季节变化特点及每天的温度变化规律设计多模式流程控制系统。午间模式在冬季及过
渡季节，由于全天环境温度的峰值出现在午间，此时系统运行性能系数通常比夜间高0.5 以
上，控制系统设计午间模式，即热泵热水器只在这个时段加热，其余时段采取保温措施，有
利于提高系统运行性能系数。冬季节能模式研究表明，对于空气侧的进风温度为15℃的应用
条件而言，在水箱输出热水温度为 45℃时的单位制热量消耗的电力只为水箱输出热水温度为
55℃时的 77%。因此空气源热泵热水器热水出口温度低一些有利于提高系统运行效率，特别
是在冬季工况下，水箱设定温度取较小值时保温时散热损失小，系统运行节能效果显著。故
设计控制方案时，可单独设置一种冬季节能运行模式，即设定低的水箱温度（45℃~48℃）
并在午间时段加热，供不需长时间连续使用热水的家庭选择，可最大程度提高系统运行性能。
谷电模式随着国家对节能减排的重视，实行峰谷电费差价政策的地区越来越多。一方面在夏
季中午的室外环境温度过高导致热水器性能系数降低，另一方面中午电价高，因此控制系统
设置夏季谷电模式，即系统在运行性能系数较高的夜间或傍晚时段加热，其余时段保温，既
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