文 献 综 述

一、课题背景

随着当前人们生活质量的提高，以及”城镇化”进程和经济发展的加快，居民们对热水的需求量愈来愈大，水加热耗能占民用总耗能的百分之十七，已成为家庭第三大能耗^[1]。除洗澡外，厨房内的热水用量也日渐增大。而目前大部分家庭所使用的热水器主要还是燃气热水器和电热水器。据测试，热泵热水器的制热效率是电热水器的两到三倍，具有非常大的节能潜力，越来越受到人们的欢迎。热泵热水器于1988年在美国问世，问世以来，其发展迅速，当下已占到热水器市场份额约百分之三十八^[2,3] 。在我国，热泵热水器的研究应用刚起步，热泵热水器产品处在热水器市场的边缘。热泵的种类有很多种，主要分为水源热泵、地源热泵、空气源热泵和双源热泵。在家用领域，空气源热泵应用最为广泛，其中空气源热水器是空气源热泵的代表产品，以节能效果显著且无废气废物排放、清洁环保而倍受关注^[4]。在中国，空气源热泵热水器是一个新兴的产品，市场前景十分广阔，据最新调查，空气源热泵热水器在三到五年内的市场份额预计将达到10%至20%，销售总额也将达到400亿元^[5]。特别是随着”城镇化”进程和经济发展的加快，新建的住宅几乎全部都需要安装热水器，另外一些存在安全隐患的燃气热水器需要被替换，因此，我国在未来的5年内，可以预见到大部分家庭尤其是商品楼房将把空气源热泵热水器作为热水设备的首选产品 ^[6]。

二、空气源热泵热水器工作原理

压缩机、蒸发器、冷凝器、节流装置、过滤器、储液罐、储水箱及辅助热源等部分是空气源热泵热水器的组成，如图1^[7]所示。利用逆卡诺循环的原理，将空气作为低温热源，获取热量后经过压缩机的压缩则变成高温热能，并传递到储水箱中，起到将冷水加热的作用^[8]。其工作流程如下：首先，在蒸发器的内部传热工质（过热液体媒体）通过吸收低温热源的热量，蒸发成气体媒体，再经过压缩器压缩，变为高温高压的气体媒体；高温高压的气体媒体在流经冷凝器的时候将热能传递给冷水，同时自身变为高压的液体媒体；高压液体媒体经在膨胀阀中减压作用，再变成过热液体媒体，最后进入蒸发器，完成一个循环；通过冷凝器时向冷水中不断地放热，使水的温度逐渐升高，达到制取热水的目的^[9.10]。

图1 空气源热泵热水器系统示意图

三、制冷剂的选取

制冷剂的特性在一定程度上决定了空气源热泵热水器运行性能的好坏，因此选择适合的制冷剂对于提高空气源热泵热水器的性能来说是非常重要的。目前空气源热泵热水器中使用比较广泛的制冷剂是R22，但它的排放会破坏臭氧层，导致温室效应^[11]。空气源热泵热水器作为一种节能的产品，如果继续使用传统的R22作为制冷剂的话，有悖于”环保”^[12]，目前市场上可以用了替代R22的制冷剂主要有R134A、R410A 、R407C和R417A等。其中R134A的性能最佳，空气源热泵热水器机组使用R134A作为制冷剂时，相比R22而言，压缩机的排气温度有明显的下降，冷凝压力也有所下降，这样不仅提高了系统的安全性，增加系统的使用寿命，而且在相同条件下可以得到温度更高的热水，虽然COP方面R134A比R22稍低，但是在环保方面有一定的优势^[13,14]，因此和R22相比，R134A更适合在空气源热泵热水器中使用，具有广阔的市场前景。