空气源二氧化碳热泵热水器的优化设计
数据驱动的跨临界CO2热泵多目标优化设计
现水箱保温层厚度的影响主要集中在一个较优区域，水箱直径与高度的影响较大，而气冷器换热温差的影响
较小。
关键词：CO2 热泵；跨临界；多目标；空间占用；优化
中图分类号：TB61
文献标志码：A
文章编号：1000-6613 （2020） 05-1657-10
Data-driven multi-objective optimization design of transcritical CO 2
跨临界 CO2 热泵热水器的热水在水箱中长期储存，
由于热传导的影响会使中温水区域扩大导致系统性
能下降。为了解决该问题，Ohkura 等[11]采用了从跨
临界 CO2 热泵水箱侧面提取温水的方法来克服系统
性能下降的缺点，同时使用数值模拟分析了这种跨
临界 CO2 热泵改进水箱的加热系统性能，并通过实
验验证其有效性。以上研究的重点主要集中在优化
李恩腾，徐英杰，谢小东，范伟
（浙江工业大学机械工程学院，浙江 杭州 310023）
摘要：针对跨临界 CO2 热泵成本过高与占用空间大等问题，提出了一种基于经济性与实用性的数据驱动跨临界
CO2 热泵多目标优化设计方法。本文通过对跨临界 CO2 热泵进行性能模拟获得大量的驱动数据，然后经由 BP 神经
网络构建跨临界 CO2 热泵的热力学预测模型，并且从投资、运营、环境以及空间占用等多角度建立跨临界 CO2 热
储存在保温水箱中，供给于用户使用，在气冷器中
被冷却了的 CO2 经由膨胀阀节流降压再进入蒸发器
中吸收空气热量蒸发，从而构成了跨临界 CO2 热泵
循环。CO2 跨临界压缩循环的温熵图如图 2 所示。
其热力循环数学模型见式(1)～式(6)。
干货丨空气源热泵换热器及系统优化设计技术研究
干货丨空气源热泵换热器及系统优化设计技术研究
本文以全新的技术角度，分别从热泵换热器的实际析湿作用、实际结霜工况以及如何保持热泵换热器长效性能、热泵整机的计算机仿真与优化设计技术来全面分析探讨空气源热泵的技术设计优化。
不多说，直接上干货。
一背景介绍
二空考虑实际析湿作用的热泵换热器优化设计
三考虑实际结霜工况的热泵换热器优化设计
四考虑长效性能的热泵换热器优化设计
五热泵整机的计算机仿真与优化设计技术
一总结
一：提出了基于析湿过程、结霜过程和积灰过程的物理机理的热交换器性能仿真方法。
二：基于仿真手段开发析湿工况下性能较好的波纹片、条缝片和百叶窗片结构；通过改善波纹角度、条缝数目和高度、开窗数目和角度等参数，可使析湿工况下翅片换热量提高约14.4%~17.7%。
三：基于仿真手段提出结霜工况下波纹翅片结构优化设计方法；采用在邻近波纹转角处开四条缝的方法，可保证优化后的翅片性能在非结霜工况下与条缝片相当、结霜工况下与波纹片相当。
四：构建了空气源热泵系统的仿真设计平台，可以用于部件的优化匹配与热泵系统整体的优化设计。
空气源热泵热水系统优化设计实例分析
空气源热泵热水系统优化设计实例分析摘要：结合某学校Ⅲ类学生宿舍的空气源热泵热水系统的设计，介绍了该系统中热泵机组和储热水箱选型的方法和步骤，同时通过采用双水箱的优化设计提高了空气源热泵热水系统的效率。
关键词：空气源热泵；集中热水供应系统；双水箱；优化设计引言伴随我国对新能源研究的不断深入，太阳能、空气能等技术在建筑给排水设计中的使用率也越来越高，用太阳能、空气能制备热水，能达到缓解煤、天然气等不可再生能源的消耗的目的，且具有节能、安全、环保的特点。
近年来，空气能热泵因其安装位置灵活、占地面积小、不受昼夜影响而在我国南部地区广泛应用。
本文基于安徽宿州某学校学生宿舍的空气源热泵热水系统设计，系统地介绍了该系统中热泵机组和储热水箱选型的方法和步骤，同时通过采用双水箱、辅助加热的优化设计提高了空气源热泵热水系统的效率，以实现该系统在淮北地区稳定、高效的运行。
1 工程概况本工程为宿州市某学校学生宿舍区热水系统设计，共5栋宿舍，为减少热水配水过程中热量的损耗，因此每栋宿舍为一个独立的热水系统。
本文以其中一栋宿舍进行分析。
该宿舍楼六层，共403间宿舍，每间宿舍设有独立卫生间，内设一个淋浴器，每间宿舍入住学生6人。
根据学生作息和生活规律，宿舍的热水采用分段定时供水，每天的供水时段为：6:00~9:00；11:00~14:00和18:00~24:00。
宿州市年平均气温为14.5℃，最冷月平均气温最1.0℃，小于-10℃的极端最低气温平均每年0.8至5.8天，小于或等于-20℃的极端最低气温约十年一遇。
2 热水系统的组成及设计参数的选择2.1热水系统的组成本工程空气源热泵热水系统由7台空气源超低温热泵机组、加热水箱、保温水箱、辅助电加热系统、水泵及管道阀门等组成。
空气源热泵热水系统原理图见图1所示（图中仅示意了两台热泵机组）。
热泵机组采用全自动控制方式，根据水箱内热水的温度变化，自动启停；同时机组内还设有各种保护装置，可避免出现漏电、干烧、超高温等危险事故。
空气源热泵辅助热水系统的优化
摘 要 ：以空气源热泵辅助热水系统为研究对象，对热水系统控制糢式进行了优化。设计控制系统时要考虑天气、辅助热水源形 式以及供热水糢式等因素， 为最大程度地利用空压机余热回收的热水，需要控制供热水箱最低水位，让系统随时正常运转， 该控制模式具有适用性强、效率高的优点。
3. 3 控制模式的设计
1.4571;电力折标准煤系数2.88 (等 价值）。
3. 3. 1 水位控制
根 据 2019年热水产量，项目改造后预计年节约能耗为：
(1) H1 贮热水箱水位下降到低位时，在控制器的作用
(0.00959-0.00613) X 118615=410.4t 标煤。
下 B2 自动关闭，并启动补水工作，补 水 主要依靠 B3 进行；
热 水 产 量 能 耗 为 ：229361X 0.86+1000X 1.4571+29 974=0.00959t 标 煤 /t; 改 造 后 单 位 热 水 产 量 能 耗 为 ：
贮热水箱设置全程水位传感器H1 ; 供热水箱设置全程
632734+ 10000X 2.88+29741=0.00613t 标煤 /t。
2019 年
1—12 月
10—12 月
118615
29974
708937
229361
0
0
0
0
2020 年
1—9 月
10—12 月
66747
0
488600
0
0
29741
0
632734
B7 : 空气源热泵冷水补水泵。
注 ： 柴 油 密 度 以 0.86kg/L 计 ； 柴 油 折 标 准 煤 系 数 是
关于空气源热泵热水器设计的研究
关于空气源热泵热水器设计的研究摘要：空气源热泵热水器作为一种新型的热水器，具备非常多的优点，例如环保节能和使用安全维护方便等，并且在室内和室外均可以进行安装，适应性也非常的高。
这对于人们在针对公共环境的热水器安装和使用的问题上起到了积极的作用。
本文主要探究了空气源热泵热水器的工作原理、技术优势、缺点以及优化设计。
关键词：空气源热泵；热水器；优化设计引言：目前，随着能耗的快速增大，节能问题已经引起了广泛的关注。
而在这种背景下，作为一种节能设备，空气源热泵热水器的应用范围也变得越来越广泛，具有十分广阔的应用前景，潜在市场巨大。
近年来，虽然空气源热泵热水机组的发展已经初步形成了一定的行业规模，其市场占有率也在逐渐提高。
但是，市场上相关产品的品质与性能却参差不齐，在短期内，难以获得产品认知度，树立良好的行业形象，进而影响市场的深入。
究其原因发现，其主要原因在于整体设计水平不能令用户满意，大部分厂家不具备基本的设计与研发能力，只是简单地进行克隆与模仿。
所以，应分析空气源热泵热水器机组的设计要点，进行合理的设计，进而最大化产品的产能和利益。
一、空气源热泵热水器的工作原理空气源热泵热水器，主要应用的加热设备便是“热泵”了。
而热泵的工作原理很简单，它与自然界的存在形式有着异曲同工之妙，通常水可以从高处向低处流去，人们发明的水泵还可以将水从低处向高处进行提升。
而热量也同样如此，一般热量会从高温处向低温处散去，而热泵则利用大自然的这一特点，采用压缩机系统，将周围低温的热量进行收集重新传递给需要加热的高温对象。
这样便完成了热量从低温处走向高温处的这样一个过程。
而空气源热泵热水器的具体工作原理与传统的热水器工作原理有所不同，通常传统的热水器主要是通过水龙头来改变热水管的管内压力，压力降低，使得水气联动阀将燃气阀顶起，从而在脉冲的电火花的作用下点燃燃气，进行加热。
而空气源热泵热水器则是利用一种特殊的吸热介质，通过环境的温差来进行汽化和液化的相互转化，从而在变化的过程中释放出热量，将水箱中的水进行加热。
空气能热水器的优化配置方案
小循环的优势与注意事项小循环是在大循环的基础上变化而来的，在实际应用中能够解决多方问题，所谓小循环就是在整套系统之中增加一个小型的加热水箱。
将原来的大水箱作为完全的储热水箱，通过控制补水来实现水箱中的水不会混水。
实现小循环加热方式，可以提高热水系统的能效，假如原来5吨的空气能热水系统，可以加一个500L的小水箱，其实在增加了这个小水箱之后，需要增加的成本2000～3000元之间，对于整套系统的成本来说只不过是九牛一毛。
而整套空气能热水系统的配置中，减少了空气能系统在中高温环境中的工作时间，有利于提高机组的工作效率。
在整个制热系统中，进水系统的水温多数状态下都比较低，空气能热水系统的冷凝温度和冷凝压力也相应降低，空气能热水器的能效比就相应提高了，同时还延长了压缩机的使用寿命。
系统在加热水箱和储热水箱之间增加一个三通阀，小水箱进行循环制热，大水箱专门储热，当管道中的水温达到预定温度时，通向大水箱端口的阀门便打开，而通向小水箱的阀门关闭，热水便流向大水箱并加以储存。
补水始终在小水箱，也就是只在加热水箱中进行，待到既定温度之后，通过三通阀的定向闭合流向储热水箱中进行储存，在实际使用中能够完全使用。
用数字来举例也许看得更为直观。
譬如，原来是制造5吨热水的机组，在用水高峰的时，机组制造的热水在使用到2.5吨的时候，水箱开始补水，水箱中原有的热量虽然还在，但是通过混合的热水可能只达到30摄氏度左右，这样的水温在冬季是很难正常使用的，尽管原来水箱中的热水加上后来补充进去的2.5吨补充水源，加起来总热水量有7.5吨，但是能够使用的50摄氏度以上的热水只有2.5吨，另外5吨是30摄氏度左右的热水，不能正常使用；而通过小循环，能够制造5吨热水的空气能系统，它所产生的热水可以一次性全部用完，不会有混水的问题，并且在这5吨热水用完的时候，另外500L的加热水箱中的热水也可以使用了，尽管这套系统的总水量只有5.5吨，但是这5.5吨热水全部都是50摄氏度以上的热水，能够满足客户充分的热水使用。
空气源热泵热水器的优化设计选择
Ａ 由
：
Ａ ｒｓ ｕ ｅ ｈ ａ ｕ ｔｒ ｈ ｔｒｉ ｅ ｅｇ ｉ ｏ ｌ ｅ ｔｐ ｍｐ ｗａｅ ｅ ｅ ｓ ｎ ｒｙ— ｃ ￣ ｒ ａ ｏ ｎ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔｌｐ ｔｃｉｎ．ｈ ｐｉ ｍ ｔ ￣ ａ ｏ ｖ ｔ ｎ ａ ｄ ｅ ｖｒ ｍ ｎａ ｒ ｅ ｔ ｉ ｏ ｏ ｏ ｔｅ ｏ ｔ ｍｕ ｄ
摘
要 ： 空气源热泵热水器具有节能 、 环保 的特点 ， 本文分析 了其名 义制热量优 化设计 的选择 方法 ， 以实例加 以说 并
明。
关键词 ： 空气源热泵热水器 ； 制热量 ； 优化设计
中图 分 类 号 ： Ｔ ０ １５ Ｑ５ ． 文献标识码 ： Ａ
Ｏｐａ ｕ Ｄｅ ｉｎ ｎ Ａｉ ｏ ｒ ｅＨｅ ｔＰｕ ｍ ｍ ｓｇ ｏ ｒ Ｓ ｕ ｃ ａ ｍｐ ａ ｅ ａ ｔ ｒ Ｗ ｔｒ Ｈｅ ｅ
Ｖｏ ． ４， １ ３ Ｎｏ． ０， ０ ６ １ ２０
０ 蕞 系， 其拟 合 曲线 为 ： （ ） ｄ ０ ０６ ＋ ０ ７ １。 ＝ ０ ０８ Ｔ ． ．８９
实际耗 电量 ：
６ （ ＝ Ｐ＝ ） （ ） ｋ ｗ （） ２
选 取 ２ ℃为百 分 比的基 准 点 ， ５ 因为进 行 计 算 时所 选 择 的热 泵 型热 水 器 的 额定 工 况 条 件是 ： 空气 干
维普资
２０ 年第 ３ 卷第 １ 期 ０６ ４ ０
文 章 编 号 － １０－－ ２ （０６ １＿０ｒ ０５ －３９ ２０ ）ｏ －０ －０ ７
流 体
机
械
７ ９
空气源热泵热水 器的优化设计选择
苏 生， 寿青 云 ， 小飞 ， 李 陈汝 东
（ 同济大学 ， 上海 ，００２ ２０ ９ ）
试论空气源热泵热水器优化分析
试论空气源热泵热水器优化分析摘要：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。
为优化空气源热泵热水器系统性能，通过建立系统仿真模型的方式，对影响空气源热泵热水的因素进行探讨。
关键词：空气源热水器；概述；实验；优化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。
江明旒等在不同工况下采用不同节流元件，实验得出: 采用电子膨胀阀作为节流元件时，蒸发器过热度对电子膨胀阀的动态响应具有十分强烈的非线性特性; 在各个工况下，电子膨胀阀机组的Ccop均比相同机组热力膨胀阀的Ccop 高。
由于影响系统性能的因素诸多，电子膨胀阀开度的优化研究将对热泵热水器系统性能的改善起到重要的作用。
制冷剂Ｒ134a 具有良好的热力学性能，用于热泵热水器时，其冷凝压力比制冷剂Ｒ22 降低约30%，排气温度低25 ℃左右，并且由于环保问题，Ｒ22 将被替代。
2.实验装置本次实验主要通过建立系统模型的方式，选取150升一体式空气源热泵热水器样机作为实验对象，采用R134 ａ制冷剂；采用转速为2860r/min~3400r/min、型号为RB174GHAC 的压缩机；采用风冷式平直翅片管换热器作为蒸发器，布置三排管四个支路；采用冷凝盘管环绕型冷凝器，将其布置在水箱内胆外壁，长度为45 米；采用热力膨胀阀作为节流机构构成系统模型。
[20100908]CO2热泵热水器实验步骤及控制方案
CO2热泵热水器实验步骤及控制方案一、实验目的针对CO2热泵热水器系统进行性能分析，梳理各影响因子对系统性能制热系统COP的关系。
二、实验材料CO2实验台（双级变频滚动转子式压缩机）、高低压精密压力表、测温热电偶、功率变送器、风机及调压器、单相自吸泵、温控仪NA8810等。
三、实验原理图1实验原理简图如上图1所示，图中用白色线条所示的为系统设备；黄色线条为铜管，铜管里为制冷剂CO2；粉红色线条为空气，由风机提供；蓝色线条为水。
系统可分为三个部分：黄色制冷剂CO2循环、蓝色水循环、粉红色空气部分。
1、黄色制冷剂CO2循环制冷剂CO2首先经过压缩机处理，变成为高温高压CO2气体；经过气体冷却器时将热量传给流经气体冷却器的17℃冷水，变成低温高压的CO2气体；经过节流阀时，通过节流作用，使CO2气体冷却降压，得到低温低压的CO2气液混合体；经过蒸发器时，通过吸收空气的热量变为高温低压的CO2气体，但仍有部分液体；最后再通过气液分离器保证只让气体CO2进入压缩机再一次循环。
2、蓝色水循环经过恒温水箱处理，使得出水为17℃冷水；利用单相自吸泵将17℃冷水引入气体冷却器与制冷剂CO2进行换热，得到高温热水；再回到恒温水箱进入下一循环。
3、粉红色空气部分主要是利用室外空气，吸收空气中热量。
注：恒温水箱设备已有能环实验室102可提供，室外侧空气状态由能环恒温恒湿实验室101可提供模拟。
四、实验步骤1、开启恒温水箱设备电源，制取所需要的进水水温；保证水进入气冷器处的阀门开启最大，打开系统进水阀门；开启单相自吸泵，使所需水温的冷水流通气体冷却器。
2、开启焓差实验室中室外侧系统电源，模拟所需要的空气状态；开启风机，让所需状态的空气流过蒸发器。
3、打开电脑Excel，开启数据采集仪系统。
4、确认手动节流阀阀门开启最大，启动压缩机电源；5、调节进水阀门开度以改变水流量、调节风机调压器以改变风速、调节压缩机频率以改变压缩机转速，从而改变实验工况。
空气源热泵系统优化方案
空气源热泵系统优化方案背景现代建筑中空气源热泵系统被广泛应用，以提供供暖和制冷的能源。
然而，许多热泵系统存在效率低下和能耗高的问题。
因此，有必要针对该系统提出优化方案，以实现更高的能效和节能效果。
优化方案1. 设定合适的温度根据不同季节和使用需求，合理设定供暖和制冷的温度范围。
避免过高或过低的温度，以提高系统的能效。
同时，通过使用智能控制技术，根据人员活动和室内温度变化调整温度，进一步减少能耗。
2. 加强维护和清洁定期对热泵系统进行维护和清洁工作，保持设备的良好运行状态。
清洁过滤器和换热器，移除积聚的灰尘和污垢，有助于提高系统的效率。
定期检查和维修故障部件，确保系统的正常运行。
3. 优化循环水系统循环水系统在热泵系统中起到重要作用。
优化水流量和水温的控制，可以提高系统的热交换效率。
使用节能泵和阀门，减少能量损失。
另外，保持水质清洁，防止水垢和污染物的堆积。
4. 加强节能措施通过采用节能设备和技术，进一步提高热泵系统的能效。
例如，安装双层窗户和良好的隔热材料，减少能量损失。
使用智能控制系统，根据室内外温度和用能需求自动调整热泵运行模式，降低能耗。
5. 鼓励用户行为节能通过教育和宣传，鼓励用户养成节能惯。
例如，合理使用热泵系统，避免过度制冷或过度供暖。
提供能源使用监测和反馈，让用户了解自己的能耗水平，并采取相应的节能措施。
结论通过实施上述优化方案，可以提高空气源热泵系统的能效和节能效果。
这将有助于减少能源消耗，降低碳排放，实现可持续发展的目标。
建议在实施优化方案时，进行性能监测和评估，以便调整和改进系统的运行效果。