热水器样机性能测试样机经过设计、加工、组装,参照普通电热水器的相关标准< 16>,建立了性能测试系统。分别针对3,4, 5, 6 L/ min的热水流量在不同气候条件下进行性能测试,实验数据按照热水温升值整理后如所示。
样机性能随进、出水温差变化Fig. 6 The EER variation w ith temperature difference between inlet and exit w ater能效系数( EER)定义为EER = G w, h c( t w, h2 - t w, h1)60P TE( 3)式中G w, h为热水流量( L/ min);为水密度(kg/ m 3) ; c为水比热( J/ kg) ; t w, h1, t w, h2分别为热水进、出水温度( ); P T E为热电热泵消耗的功率(W)。
表明:热水流量为5 L/ min时,系统能效高, 3 L/ min流量时,系统能效低;在水温升高40的情形下,系统能效系数仍然达到1. 45左右。
我国电热水器标准要求< 16>:快热式电热水器的热效率不得低于80 (相当于EER为0. 8) ,即使考虑到技术的发展,按热效率90 ( EER为0. 9)计算,样机在满足一般卫生热水温度要求的前提下,可节省电耗38以上。另外,该样机综合能效与双循环型热电热泵热水器基本持平< 10>。
与双循环型热电热泵热水器的比较优势对于双循环型热电热泵热水器,回收废热的制冷侧热媒循环需要机械水泵提供循环动力,水泵运行消耗电能,并产生噪声,水泵为易坏部件,成为延长系统整体寿命的瓶颈,另外,双循环型系统的连接管路也略嫌复杂< 10>。通过一种新型分体式热虹吸装置与热电热泵的组合,热虹吸部件回收废热,使系统大大简化,省去了机械水泵。热虹吸装置的蒸汽上升管、冷凝液回流管都采用柔性波纹不锈钢管,整个系统安装、布局灵活。因此,这种组合型热水器比双循环型热电热泵热水器更具备技术上的优越性,和实际应用的便利性。
样机的进一步完善样机设计标准流量为6 L/ min,但测试表明,样机实际佳流量为5 L/ min.双循环型热电热泵热水器的设计标准流量也为6 L/ min,但实际测试得到的佳流量为4 L/ min.在两种类型的样机中,热侧热交换器的结构完全一致,说明佳流量值受多种因素影响< 10>。1)样机设计时,缺少必要的实验基础数据,设计计算与热虹吸管、热交换器、热电制冷模块等各部件的实际性能有一定偏差,实际系统各部件之间未能佳匹配。2)热虹吸管内残存微量的不可凝结性气体,导致热虹吸启动温度上移,并阻碍工质蒸汽传热和凝结,削弱了热虹吸管的热传递性能,进而降低了系统能效。3)样机的加工、组装工作大部分靠手工完成,工艺上不可避免有粗糙之处,进而影响了系统性能。因此,在实验数据的基础上,经过系统设计和制作工艺的进一步优化,可进一步提高系统性能。
应用前景调查统计表明,几类典型商业建筑能耗中,卫生热水能耗比重为10. 7 41. 8,而民用建筑为20,节能是热水器发展的永恒主题< 17>。热电热泵与热虹吸组合的热水器不仅能效高,而且系统简单,安全环保,运行可靠,使用寿命长,特别是车辆、舰船等移动独立空间往往本身具备直流电源,同时电能节约比普通建筑物更为重要,因此,样机的研制为建筑、移动空间等需要的分散性热水能耗的节约、低品位废热利用提供了新思路。
热电装置性能的提高从根本上决定于热电材料优值的提高,目前可利用的商业热电材料的高无量纲优值ZT 0. 9,实验研究取得了重要进展,室温条件下, P -型Bi2Te3/ Sb2Te3超晶格材料ZT = 2. 4,N -型超晶格材料ZT = 1. 2 < 18>;而室温条件下,N -型PbSeTe/ PbTe量子点阵超晶格材料ZT 39第5期罗清海等:热电热泵与热虹吸管组合的新型热水器的研究>;因此热电热泵热水器的应用前景是令人乐观的。
结束语1)热电热泵与热虹吸装置组合,通过热虹吸回收排水废热,省去了双循环型热电热泵热水器的机械循环水泵,使系统大大简化,解除了延长系统整体运行寿命的瓶颈。组合型系统在保持双循环型系统的节能、环保、安全等优势的基础上,安装、布局更灵活,更具备技术上的优越性,和实际应用的便利性。2)性能测试表明,与普通电热水器比较,热电热泵与热虹吸管组合的热水器样机可以节省电耗38以上;在实验数据的基础上,经过系统设计和制作工艺的进一步优化,可进一步提高系统性能。样机为分散性热水能耗的节约、低品位废热利用提供了新思路,应用前景是令人乐观的。