(哈爾濱工業(yè)大學(xué)熱泵空調(diào)技術(shù)研究所 哈爾濱 150090)

空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)形式及研究進展

倪 龍 周超輝 姚 楊 姜益強

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)熱泵空調(diào)技術(shù)研究所哈爾濱150090)

蓄熱技術(shù)與空氣源熱泵的結(jié)合可以提供空氣源熱泵除霜的熱量來源，彌補空氣源熱泵制熱量隨著室外空氣參數(shù)變化的波動，解決供需矛盾，并起到電力的移峰填谷作用。本文綜述了蓄熱技術(shù)在空氣源熱泵中的應(yīng)用范圍，介紹了空氣源熱泵的蓄熱除霜系統(tǒng)，空氣源熱泵在供熱調(diào)節(jié)和電力調(diào)峰方面的作用，以及作為熱泵熱水器在供熱水方面的應(yīng)用，認為未來空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)將在除霜、供熱、熱水器以及電力調(diào)峰方面發(fā)揮更大的作用，指出對于蓄熱材料的選擇和用量、蓄熱罐的選型和容積等問題是未來的研究方向。

空氣源熱泵；蓄熱技術(shù)；除霜；熱水器；電力調(diào)峰

近年來，空氣源熱泵已經(jīng)占據(jù)了我國較大的市場份額，除了用于冷暖制備的產(chǎn)品，空氣源熱泵烘干機和熱水器等新型產(chǎn)品也逐漸出現(xiàn)在人們的生活中。隨著空氣源熱泵低溫運行性能的不斷提升[1-3]，在南方供暖和寒冷地區(qū)煤改電技術(shù)路線選擇上，空氣源熱泵也是許多學(xué)者認為值得普遍推廣的一種系統(tǒng)[4-5]?？諝庠礋岜霉ぷ鲿r，為保證系統(tǒng)低溫運行效率、擴大系統(tǒng)使用范圍等，也常采用蓄熱技術(shù)，組成多樣化的空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)?？諝庠礋岜眯顭嵯到y(tǒng)可以實現(xiàn)熱量在時間上的轉(zhuǎn)移，相關(guān)的研究主要是為解決以下四個問題。

1)空氣源熱泵的結(jié)霜問題[6]?？諝庠礋岜贸ぷ鲿r，通常是停室內(nèi)換熱器風(fēng)機，室內(nèi)換熱器變?yōu)樽匀粚α鞯恼舭l(fā)器，吸熱量很小。因此，目前除霜的熱量主要來自壓縮功，供除霜用的熱量不足。造成除霜過程的穩(wěn)定性和可靠性差，甚至出現(xiàn)吸氣壓力過低而停機，采用蓄熱裝置可為空氣源熱泵除霜提供相應(yīng)熱量。

2)通過蓄熱延緩多變的室外空氣造成的空氣源熱泵制熱量的變化[7]。

3)熱泵的供熱量與熱用戶用熱需求之間供需不平衡[8]。在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置蓄熱器，可平衡調(diào)節(jié)熱泵供熱和用戶用熱需求。

4)空氣源熱泵蓄熱還有調(diào)節(jié)電力負荷的作用[9]。大型空氣源熱泵熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置蓄熱水罐，夜間蓄熱水，白天供應(yīng)熱水以平衡電力高峰負荷與低峰負荷。

1 蓄熱方式及應(yīng)用

蓄熱技術(shù)作為可再生能源解決方案，已經(jīng)在建筑供熱和制冷，航空航天動力等一些實際場合做出了突出貢獻[10]。蓄熱技術(shù)將不連續(xù)的熱量儲存起來，在需要的時候再釋放出去。目前蓄熱主要有三種形式：顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學(xué)反應(yīng)蓄熱三種[11]。顯熱蓄熱是利用物質(zhì)的溫度升高來儲存熱量，是應(yīng)用最普遍的一種蓄熱方式；潛熱蓄熱是利用相變材料發(fā)生相變時吸收或放出熱量來實現(xiàn)能量的儲存，又分為低溫蓄熱和高溫蓄熱。低溫蓄熱主要應(yīng)用在冰蓄冷實現(xiàn)電力的“移峰填谷”和太陽能存儲等方面，高溫蓄熱曾應(yīng)用在太陽能發(fā)電和人造衛(wèi)星等方面。化學(xué)反應(yīng)蓄熱是指利用可逆化學(xué)反應(yīng)的結(jié)合熱儲存熱能。

在近幾年蓄熱技術(shù)的研究中，除了對蓄熱原理和蓄熱材料的分析[12]，國內(nèi)外開始將蓄熱技術(shù)應(yīng)用于不同場合并組成新的蓄熱系統(tǒng)，這些新系統(tǒng)被認為是降低能源成本、實現(xiàn)能量再分配、提高能源效率和減少對環(huán)境排放的有效途徑[13]。

2 空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)形式

根據(jù)蓄熱裝置或蓄熱方法的不同，空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)的應(yīng)用場所有所不同，通過將蓄熱技術(shù)運用到空氣源熱泵，系統(tǒng)在制熱性能、運行效率等方面都有了較大的提升。

2.1蓄熱除霜系統(tǒng)

目前，空氣源熱泵常規(guī)的除霜方式主要有逆循環(huán)除霜和熱氣旁通除霜兩種，這兩種除霜在實際過程中難以做到按需除霜，同時出現(xiàn)除霜時間長和除霜能耗大的問題[14]。陳超等[15]研制了新型蓄熱裝置用于空氣源熱泵的除霜，如圖1所示，以DX40相變材料板作為蓄熱裝置。正常制熱時，供熱的同時完成相變材料蓄熱；除霜時，蓄熱裝置提供機組除霜所需熱量的同時向房間放熱。提高了除霜時房間的熱舒適性，縮短了機組除霜時間。

韓志濤等[16]將相變蓄能裝置引入空氣源熱泵系統(tǒng)中，提出空氣源熱泵蓄能熱氣除霜新系統(tǒng)，如圖2所示。通過電磁閥的切換可以實現(xiàn)系統(tǒng)制熱、制熱兼蓄熱、余熱蓄能、釋能除霜等工況，蓄熱模式主要包括串聯(lián)蓄熱(F1、F3開，F(xiàn)2、F4關(guān))、并聯(lián)蓄熱(F1、F2、F4開，F(xiàn)3關(guān))和余熱蓄熱(室內(nèi)機關(guān)閉，F(xiàn)1、F4開，F(xiàn)2、F3關(guān))。實驗研究表明：蓄熱除霜系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的熱氣除霜時間更短，節(jié)省除霜能耗；蓄熱除霜時，壓縮機吸氣壓力比傳統(tǒng)方式提高1倍，避免了傳統(tǒng)除霜方式因吸氣壓力過低而出現(xiàn)低壓保護停機問題。而排氣壓力的提高，又使冷凝溫度提高，加大融霜過程的傳熱溫差；蓄熱除霜系統(tǒng)室內(nèi)送風(fēng)溫度明顯高于傳統(tǒng)除霜系統(tǒng)，解決除霜時機組吹冷風(fēng)問題。

1風(fēng)冷熱泵冷熱水機組；2相變蓄熱裝置；3風(fēng)機盤管。圖1 帶有相變蓄熱裝置的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)原理Fig.1 Schematic of ASHP with PCM storage

1室外換熱器；2氣液分離器；3毛細管；4壓縮機；5四通換向閥；6蓄熱換熱器；7室內(nèi)換熱器；F1～F4電磁閥。圖2 空氣源熱泵蓄能熱氣除霜系統(tǒng)Fig.2 Schematic of PCM based thermal energy storage and defrosting for ASHP

胡文舉等[17]針對蓄熱除霜系統(tǒng)，進一步提出了串聯(lián)供熱、非連通供熱和連通供熱3種供熱模式，并發(fā)現(xiàn)串聯(lián)供熱模式的性能系數(shù)最高，連通模式吸排氣都比串聯(lián)模式高，而非連通模式相比于串聯(lián)模式除排氣溫度有所升高，其他基本無變化；J. K. Dong等[18-19]繼續(xù)研究了蓄熱除霜系統(tǒng)3種模式下的蓄熱特性，并聯(lián)模式和余熱蓄熱模式相對于串聯(lián)蓄熱模式，吸排氣壓力均降低，而排氣溫度高達122.5 ℃，串聯(lián)蓄熱模式下系統(tǒng)壓力和溫度等特性最穩(wěn)定，且蓄熱過程時間較短，對室內(nèi)供熱影響最小，具有較強的可行性。董建鍇等[20-21]提出一種過冷式蓄能除霜系統(tǒng)，該系統(tǒng)在傳統(tǒng)的空氣源熱泵的室內(nèi)機出口與毛細管之間增加了一個相變蓄熱器，并與常規(guī)的逆循環(huán)除霜進行了對比，壓縮機的吸排氣均提高，除霜時間、恢復(fù)供熱的時間和系統(tǒng)耗功都有較明顯的降低，很好地提高了系統(tǒng)性能。

在性能上，相對于傳統(tǒng)除霜方法，利用蓄熱器或者蓄熱器和室內(nèi)機串聯(lián)作為低位側(cè)熱能進行逆循環(huán)除霜和除霜時間雖然都有很大改善，但尚未解決除霜需要停室內(nèi)機的問題。針對此問題，L. Zhang等[22]提出了一種新型節(jié)能空氣源熱泵除霜系統(tǒng)，如圖3所示。該系統(tǒng)設(shè)計了一種包裹在壓縮機的蓄熱換熱器，在正常供熱時，可以儲存壓縮機工作時所釋放的熱量；除霜工況時，不需要停室內(nèi)機，此時蓄熱換熱器作為低位側(cè)的熱源，同時向室外機和室內(nèi)機供熱，室外機進行除霜，室內(nèi)機繼續(xù)向室內(nèi)供熱，完全滿足除霜時人們用熱的需求。通過與傳統(tǒng)逆循環(huán)除霜實驗對比，發(fā)現(xiàn)新型的除霜系統(tǒng)節(jié)省65%的除霜時間，由于除霜的同時保證了室內(nèi)供熱，不存在恢復(fù)供熱時間的問題；吸排氣壓力也得到了提高，證明了新系統(tǒng)的穩(wěn)定性，空氣源熱泵的能效比提高了1.4%。

1室外換熱器；2氣液分離器；3電子膨脹閥；4四通閥；5室內(nèi)換熱器；6蓄熱換熱器；7壓縮機；8毛細管。圖3 新型空氣源熱除霜系統(tǒng)Fig.3 Schematic showing the operation of the experimental AHSP unit

近幾年蓄熱技術(shù)在空氣源熱泵除霜方面的研究取得了很大的進展，并且采用相變裝置是學(xué)者普遍的選擇，但關(guān)于可用于空氣源熱泵的相變材料種類和用量等方面的研究甚少。另一方面，空氣源熱泵蓄熱除霜仍存在結(jié)霜運行時期和除霜造成室內(nèi)制熱量降低的問題，如何減少除霜后恢復(fù)供熱和實現(xiàn)機組無霜運行需要進一步研究。由于相變蓄熱除霜技術(shù)目前還主要停留在實驗室研究階段，沒有大量用于實際產(chǎn)品中，關(guān)于蓄熱除霜在真正應(yīng)用時是否穩(wěn)定可靠或者可能出現(xiàn)的問題，尚無法得知。

2.2應(yīng)用于供熱調(diào)節(jié)的空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)

室外空氣環(huán)境多變，常規(guī)的空氣源熱泵容量普遍按某一平衡點溫度確定。在室外溫度出現(xiàn)低于平衡溫度時，熱泵的供熱量無法滿足室內(nèi)用熱需求。圖4所示為一種儲存冷凝熱量的空氣源熱泵系統(tǒng)[23]。當室外溫度高于平衡點溫度時，蓄熱器相當于過冷裝置，制冷劑在冷凝器釋放完熱量后，多余熱量儲存在蓄熱器當中。而當室外溫度低于平衡點溫度時，蓄熱器又起到蒸發(fā)器的作用，蓄熱器和蒸發(fā)器并聯(lián)運行，蒸發(fā)溫度大幅度提高，熱泵的制熱量也增加，提高了機組在低溫工況的能效。在瑞士瓦登斯維爾地區(qū)斯托雷廠生產(chǎn)了一臺蓄熱型空氣源熱泵[24]，在匯端設(shè)置了一臺蓄熱器，原理與圖4類似，區(qū)別在于增設(shè)了一臺蒸發(fā)器，用于供熱不足時取出蓄熱器的熱量。馬素霞等[25-26]在蓄熱除霜系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一套可以取出蓄熱器熱量的循環(huán)管路，如圖5所示，該系統(tǒng)保證在超低環(huán)境-25 ℃和-30 ℃下運行時，制熱性能系數(shù)也能達到2.00和1.94，在蓄熱除霜功能上，解決供熱量不足的問題，同時該系統(tǒng)能縮短除霜時間的50%左右[27]。

1壓縮機；2冷凝器；3三通閥；4節(jié)流閥；5蓄熱器；6蒸發(fā)器。圖4 蓄冷凝熱的空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)Fig.4 Schematic diagram of air source heat pump condensation heat storage system

1壓縮機；2四通換向閥；3套管式冷凝器；4、5、6熱力膨脹閥；7保溫水箱；8、9氣液分離器；10室外蒸發(fā)器；11相變蓄熱器。圖5 相變蓄熱蒸發(fā)型空氣源熱泵系統(tǒng)Fig.5 The system of a ASHP with phase change heat storage evaporator

將蓄熱技術(shù)和空氣源熱泵結(jié)合應(yīng)用于供熱場合，主要是將用熱需求低的多余熱量轉(zhuǎn)移至供熱不足的時間段，或者作為除霜的熱量來保證低溫時的用熱需求，同時保證了機組的低溫的高效運行，這也是空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)的優(yōu)點。

2.3蓄熱型空氣源熱泵熱水器

根據(jù)中國節(jié)能協(xié)會熱泵專業(yè)委員會《2015中國空氣源熱泵產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》[28]顯示，空氣源熱泵熱水器在國內(nèi)家用熱水器臺數(shù)所占市場份額約為3%，說明空氣源熱泵熱水器在市場上普及度還不夠，除了空氣源熱泵熱水器在北方低溫條件下運行效率低的原因，另一方面也是因為相對于電熱水器和燃氣熱水器，空氣源熱泵熱水器加熱時間較長。蓄熱裝置運用于空氣源熱泵熱水器中，可以實現(xiàn)冷水的預(yù)熱，有助于減少加熱時間。張海峰等[29]提出一種具有相變儲熱功能的熱泵型熱水器，在加熱換熱器側(cè)(冷凝器側(cè))設(shè)置一個相變蓄熱材料，當不需要熱水時，壓縮機不必停機從而加熱融化相變材料以儲存熱量。工作時，使冷水先流經(jīng)蓄熱換熱器進行預(yù)熱，提高熱水器的出水溫度，說明相同的出水溫度要求下，采用蓄熱系統(tǒng)可提高熱水流量，且蓄熱工況的COP相對于無蓄熱工況有顯著提高。朱鈺娟等[30- 31]在上述基礎(chǔ)上提出一種復(fù)疊式蓄熱型空氣源熱泵系統(tǒng)，即將常規(guī)的單級空氣源熱泵改用復(fù)疊式空氣源熱泵，如圖6所示。復(fù)疊循環(huán)的空氣源熱泵的引入，可以降低在寒冷氣候的壓縮比，提高其制熱效率，配合相變材料的蓄熱作用，復(fù)疊循環(huán)模式的COP與單級模式的空氣源熱泵熱水器相比有所提高，而且運行更為穩(wěn)定[32-33]。

1低位側(cè)蒸發(fā)器；2低位側(cè)壓縮機；3四通閥；4復(fù)疊式冷凝器；5、7、8、10、13、15過濾器；6、9、14電子膨脹閥；11止回閥；12高位側(cè)蒸發(fā)器；16、17電磁閥；18高位側(cè)壓縮機；20水冷式冷凝器；21相變材料；22水箱。圖6 復(fù)疊式蓄熱型熱泵熱水器原理Fig.6 The principal of cascade ASHPWH with thermal storage system

另外，傳統(tǒng)的空氣源熱泵熱水器同樣面臨著結(jié)霜帶來系統(tǒng)效率差的問題，而在室外空氣相對濕度較大時，結(jié)霜情況是最嚴重的[34-35]。F. H. Wang等[36-38]提出一種新型無霜空氣源熱泵熱水器，如圖7所示。該系統(tǒng)將除濕器引入空氣源熱泵室外機側(cè)，通過固體干燥劑降除濕來實現(xiàn)無霜運行，利用相變蓄熱裝置對冷凝余熱進行回收，使之作為再生模式下的低溫熱源，對干燥劑進行再生，以保證系統(tǒng)的持續(xù)運行。郝鵬飛等[39-40]通過無霜空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)與傳統(tǒng)熱水器相比，新型系統(tǒng)壓縮比變化較小，運行更為穩(wěn)定，并且有良好的低溫適應(yīng)性。但干燥劑在低溫環(huán)境下的再生率較低，如何提高低溫下的再生率值得重點研究。

1壓縮機；2、14高、低壓保護裝置；3四通閥；4水箱；5、13、15、18電磁閥；6蓄熱裝置；7、10、16干燥過濾器；8、11、17電子膨脹閥；9除濕換熱器；12室外換熱器。圖7 新型無霜空氣源熱泵熱水器原理Fig.7 The principal of the novel frost-free ASHPWH system

低溫下空氣源熱泵熱水器制熱效率低是阻礙其市場應(yīng)用的主要原因。采用相變材料蓄熱可以提高低溫下的制熱量，但并沒有明顯改善低溫下機組的運行效率，而提出的復(fù)疊式系統(tǒng)和新型無霜空氣源熱泵熱水器從機組形式上進行改進，解決空氣源熱泵低溫運行的問題，從而增強了熱水機組的低溫適用性。

2.4起調(diào)峰作用的空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)

孫平等[41]將空氣源熱泵熱水機組與電力的移峰填谷相結(jié)合、蓄冷蓄熱相結(jié)合，并采用新型蓄能式融霜方式，提出一種大型蓄能式空氣源熱泵熱水機組的新流程。曹琳等[42]搭建了這種多功能式空氣源熱泵熱水機組實驗臺，如圖8所示。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)蓄熱、蓄熱蓄冷、單供熱水以及供熱水同時供冷水等多種功能。通過蓄能達到移峰填谷，并提供系統(tǒng)除霜的外部熱源，改善系統(tǒng)的運行條件，保證了系統(tǒng)全年高效節(jié)能運行，且能在夏季和過渡季提供免費供冷，解決了目前空氣源熱泵熱水供應(yīng)形式。通過實驗測試研究了機組各種模式下的運行性能，發(fā)現(xiàn)在蓄熱模式和蓄熱蓄冷模式下，系統(tǒng)都具有較高的運行能效比。在蓄熱模式下，由于蓄熱罐循環(huán)熱水出口的設(shè)置，位于出口下方會出現(xiàn)溫度較低的“死區(qū)”，而其他區(qū)域溫度層間的最大溫差不超過2 ℃，水溫分布較為均勻，有利于提高機組的蓄熱能力。在初期階段，蓄熱罐內(nèi)水溫較低，冷凝壓力和排氣溫度也較低，機組有較好的運行環(huán)境；而到了蓄熱后期，罐內(nèi)溫度較高，造成冷凝壓力的提高，壓縮機的功耗迅速增加，制熱量也降低，但機組最低能效比可達到3.78。同樣在蓄熱蓄冷運行時，蓄冷罐的水溫也較為均勻，平均能效比可達7.24，增加蓄冷罐的體積以及降低壓縮機啟動控制點的位置，有助于改善機組的節(jié)能效果和提高機組運行的可靠性，但文中并未具體分析各蓄熱罐等設(shè)備容量設(shè)計問題，特別是整個系統(tǒng)各設(shè)備互相依賴運行程度較高。另一方面，通過對某建筑的模擬全年運行分析，相對于常規(guī)的熱水制備方式，機組的總電能比電加熱熱水器節(jié)省64.1%，一次能源利用系數(shù)較燃氣熱水器高49.5%，與燃氣熱水器相比，機組運行1.41年即可回收增加的初投資，且更適用夏熱冬暖地區(qū)[43]。王洋等[44]研究了不同工況下的蓄能空氣源熱泵熱水機組的運行特性，發(fā)現(xiàn)在名義工況下，供水時由于冷水供給的擾動較小，蓄熱罐的冷熱水分界現(xiàn)象較為明顯，分界面隨著供水時間而上升，當經(jīng)過壓縮機啟動的控制點時，壓縮機開始工作，蓄熱罐受循環(huán)水的擾動出現(xiàn)暫時的中斷供水現(xiàn)象，當水溫加熱至55 ℃時，壓縮機停止工作。一個運行周期內(nèi)的平均制熱能效能達到3.25，但是在室外溫度較低時，導(dǎo)致機組供熱水量的增加，蓄熱罐內(nèi)熱水擾動加大，能效比為名義工況下的71.7%，平均制熱能效降低，尤其在除霜工況時，機組的供水溫度降低，機組每隔一段時間就要進行除霜，消耗一定制熱量，此時平均能效比僅為名義工況下的55.6%。

1壓縮機；2四通換向閥；3板式冷凝器；4、5熱力膨脹閥；6、8、15、17電磁閥；7風(fēng)冷翅片管蒸發(fā)器；9氣液分離器；10、21截止閥；11、13、19、24調(diào)節(jié)閥；12蓄熱罐；14熱水循環(huán)泵；16板式蒸發(fā)器；18冷水循環(huán)泵；20蓄冷罐；22冷水供水泵；23風(fēng)機盤管；25熱水罐內(nèi)熱電偶；26冷水罐內(nèi)熱電偶。圖8 蓄能型空氣源熱泵熱水機組系統(tǒng)原理Fig.8 The principal of ASHP energy storage system

如圖9所示，J. Y. Long等[45]實驗和數(shù)值研究了基于有機相變材料蓄能的空氣源熱泵熱水器性能。在用電低谷期，將熱量蓄存到相變材料中，用電高峰時，利用相變材料儲存的熱量制備熱水，系統(tǒng)COP達到3.08。Y. Hamada等[46]在空氣源熱泵蒸發(fā)器側(cè)設(shè)置了一臺蓄冰罐，在冷凝器側(cè)增設(shè)了兩臺蓄熱罐，利用夜間制冰，同時冷凝側(cè)的廢熱用于蓄熱，提高了整體機組的能效比。F. Agyenim等[47]針對一個表面焊接了縱向肋片水平圓柱傳熱管，在其內(nèi)部充滿RT58相變材料，研究RT58的傳熱特性。發(fā)現(xiàn)換熱流體入口溫度提高21.9%，蓄熱時的換熱系數(shù)增加45.3%，放熱時的換熱系數(shù)提高16.6%。利用峰谷電價的差異，進一步引入該蓄熱裝置的空氣源熱泵對英國普通建筑進行供熱，證明該系統(tǒng)可以滿足100%的建筑用熱需求，由于傳熱性能的提高，蓄熱容量最多可減少30%。在美國得克薩斯州，由于人口增多，導(dǎo)致晝夜用電差異大和水資源緊張等問題，C. R. Upshaw等[48]為減少建筑能源消耗，在空氣源熱泵冷凝器側(cè)增加了以雨水收集作為介質(zhì)的蓄熱裝置，主要在熱泵集中運行時作為冷卻水提高系統(tǒng)運行效率，在非繁忙的夜間，對雨水進行再次冷卻。通過對當?shù)氐湫途幼〗ㄖ\行分析，表明在高峰時期，3 785～18 925 L的雨水可以減少29%～53%的熱泵壓縮機能耗，而壓縮機的總能耗增加了5%～15%，這是由于晚上進行雨水再次冷卻所消耗的，但這部分是在用電低谷時消耗的。

1蒸發(fā)器；2毛細管；3風(fēng)機；4壓縮機； 5相變材料；6保溫材料。圖9 帶相變蓄熱裝置的空氣源熱泵熱水機原理Fig.9 The principal of heat pump water heater thermal storage system with PCM

應(yīng)用空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)作為電力調(diào)峰的一種方法，是利用夜間電價更低的特點實現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟性；若要推廣蓄能型的空氣源熱泵熱水機組系統(tǒng)，還需進一步深入研究，比如“死區(qū)”和供水期間由于冷熱水分界導(dǎo)致供水中斷，以及除霜期間的制熱量不足等問題。另一方面，利用系統(tǒng)實現(xiàn)電網(wǎng)“移峰填谷”不是從減少用能的角度出發(fā)，但將空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)運用在電力調(diào)峰對于降低白天用電負荷有重要意義。

3 結(jié)論

1)空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)的研究主要是為了系統(tǒng)高效運行，最大化利用制熱量，提高產(chǎn)品的可靠性。根據(jù)蓄熱設(shè)備和安裝位置等因素的不同，會出現(xiàn)應(yīng)用于不同場合的空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)。將蓄熱技術(shù)運用到空氣源熱泵的除霜、供熱、熱水器以及電力調(diào)峰方面都能起到提高系統(tǒng)運行效率的作用，有助于推廣空氣源熱泵的應(yīng)用。

2)在除霜方面的應(yīng)用中，國內(nèi)外研究的方向經(jīng)歷著從結(jié)霜、蓄熱除霜到無霜運行階段的轉(zhuǎn)變。

3)在供熱和熱水器的應(yīng)用中，一方面主要通過蓄熱材料或裝置實現(xiàn)將用熱需求較低時的多余熱量轉(zhuǎn)移至高峰時期利用，另一方面是將蓄熱技術(shù)與提高空氣源熱泵機組低溫運行策略(如復(fù)疊式機組)結(jié)合來推廣空氣源熱泵在市場的應(yīng)用。

4)將空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)在電力調(diào)峰進行推廣，不是從“降低用能”的角度出發(fā)，而是通過低谷電價較低的特點提高工程經(jīng)濟性，對于滿足國內(nèi)日益增長用電需求有重大意義。

5)由于目前空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)蓄熱裝置的設(shè)計方法不成熟，如蓄熱材料的選擇和用量問題，及蓄熱罐的選型和容積等問題，尚未形成有競爭力的產(chǎn)品，實際應(yīng)用案例較少。如何將空氣源熱泵蓄熱系統(tǒng)開發(fā)成節(jié)能、高效、可靠、經(jīng)濟的產(chǎn)品仍需深入研究。

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Aboutthecorrespondingauthor

Ni Long, male, Ph. D., associate professor, Ph.D.Supervisor, School of Municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, +86 451-86282123, E-mail:nilonggn@163.com. Research fields:heat pump technology and building energy system optimization.

ResearchProgressofAirSourceHeatPumpHeatStorageSystem

Ni Long Zhou Chaohui Yao Yang Jiang Yiqiang

(Institute of Heat Pump and Air Conditioning of Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin, 150090, China)

The combination of heat storage technology and air source heat pump (ASHP) can provide heat source for air source heat pump defrosting, solve the problem of variable heat due to the fluctuation of outdoor air parameters, alleviate the contradiction between supply and demand, and perform an important function on the peak load shifting. Through the review of the application of heat storage technology in ASHP, this paper introduces the air source heat pump heat storage defrosting system, the effect of air source heat pump in heating regulation and electric peak-shaving, and its application as a heat pump water heater in hot water supply. It is pointed out that air source heat pump heat storage system will play an important role in defrosting, heating, water heater and electric peak-shaving in the future. The selection and dosage of heat storage materials, the lectotype and volume of heat storage tanks will be the future research directions.

air-source heat pump； heat storage technology； defrosting； water heater；electric peak-shaving

0253- 4339(2017) 04- 0023- 08

10.3969/j.issn.0253- 4339.2017.04.023

“十三五”國家重點研發(fā)計劃課題(2017YFC0702605)資助項目。(The project was supported by the National Key R&D Program of China for the 13th Five-Year Plan(No.2017YFC0702605).)

2016年10月27日

TU831.6; TQ051.5; TK02

： A

倪龍，男，博士，副教授，博士生導(dǎo)師，哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，(0451)86282123，E-mail：nilonggn@163.com。研究方向：熱泵技術(shù)及建筑能量系統(tǒng)優(yōu)化。