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【摘 要】本文提出了一种新型阳台式—空气源家用热水器系统的设计，分别从热水器系统设计设计、空气源制热水设计模块、太阳能制热水设计模块以及废热水余热回收模块设计介绍了该系统，并通过以上分析得出该新型家用热水器具有广阔的应用前景和较大的应用价值。
【关键词】热水器 太阳能 空气源 设计
一、前言：
随着经济的快速发展与人们生活水平的提高，生活热水已成为人们生活的必需品。目前我国热水器市场上，使用较多的产品主要是电热水器和燃气热水器等，它们都有一定的优势，但也存在着很多缺点。燃气热水器的优点是设备简单、体积小、运行费用较低，缺点是系统的效率较低，而且燃烧不充分时会产生CO等有害气体；电热水器的优点是初期投入小、结构简单、操作方便，缺点主要是能耗大，设备必须采取一定的安全措施。以上供热方式消耗的均为不可再生能源，更加剧了能源危机。因此，探索一些新型可再生、无污染的清洁替代能源成为必然趋势。
太阳能作为一种可再生绿色能源，被世界公认为 21 世纪的主要能源，也将成为若干年后我国主要能源之一。目前太阳能热水器也因此备受关注。空气作为又一种可再生能源，可谓真正的“取之不尽，用之不竭”。本文将设计一种新型的空气源热水器。
二、空气源家用热水器系统设计
（一）工作原理：新型阳台式太阳能-空气源家用热水器是一种集实用、节能、美观于一体的热水系统。本热水器充分利用太阳能和空气源制热水实现优势互补，同时引入能源二次回收模块，在一年四季均能高效率利用可再生能源，向用户提供家居生活热水。新型阳台式太阳能-空气源家用热水器主要由三大模块组成：空气源热泵制热水模块、太阳能制热水模块、废热水余热回收模块。阳台式太阳能-空气源家用热水器能够充分利用低品位的空气中的热能、太阳能以及使用过的热水中的残余热量，依据一年四季的气候状况，确保无论阴雨天气还是寒冷天气均能为用户全天候提供生活热水，能够有效规避空气源系统低温下的结霜问题，减少雨雪天气对热水器制热性能的影响，在气温较高的时节对室内空气还起到一定的制冷作用，充分節约能源。无论在寒季还是暖季，废热水余热回收模块均启动。一般家庭使用后的热水温度仍在30℃左右，如果能将这部分热量回收利用起来，不但可以使热水器摆脱对环境的依赖，还可以大大提高其制热效率。因此便可将生活使用后的废热水集中回流，预热进入水箱的冷水，降低费用消耗，极大提高热水器的热效率。
储水箱设有温度控制装置，当水箱中的水预热到设定温度时，水箱上的温度控制装置切断电源，加热系统停止对水箱中的水加热；当水箱中的水温低于设定温度时，热水箱上的温度控制装置接通电源，加热系统对热水箱中的水加热。
（二）热水器设计参数：以三口之家为例，考虑冬季使用情况，冷水温度进水温度按15℃计算，热水计算温度按60℃计算，洗浴用水平均40L/人，生活其它用水平均15L/（人.天）。（1）热量计算：Q = C M（T2-T1）
式中：Q—加热量，kJ；
C—水的比热容，4.19kJ/kg℃；
M—热水量，L （kg）；
T1—冷水进口温度，℃，按15℃计算；
T2—热水出口温度，℃，按60℃计算；
则Q=4.19×200×（60-15） =37710kJ，此热量为热水系统所需总热量。
（2）储热水箱选择：以三口之家为例，洗浴用水达平均每人40L，再加上其它生活用水约50L，总用水量=40×3+50=170L，故而选用200L容积的储热水箱。
（三）空气源热泵制热水模块设计：组成：空气源热泵制热水模块主要由主机及储水箱组成。主机包括压缩机、膨胀阀、蒸发器及温度控制装置，储水箱内设置冷凝器盘管。本新型阳台式太阳能-空气源家用热水器，采用户内一体化设计（如图1所示），主机部分位于储水箱下部，冷凝器盘管位于储水箱内偏下部位。
空气源加热系统是按照“逆卡诺”原理工作的。由压缩机—冷凝器—膨胀阀—蒸发机等组成一个循环，冷媒在压缩机的作用下，在系统内不断循环，当其运行到蒸发器后，利用风扇的强制换热，从空气中吸取热量后转变成气态（周围空气温度降低），进入冷凝器后释放出高温热量加热从储水箱下部进入的水，同时自己冷却并转化为液态，如此往复循环，达到加热目的。生活用水自水箱下部流入，由水箱上部流出。
（四）太阳能制热水模块设计：组成：太阳能制热水模块由太阳能集热器、热水储水箱和循环水泵3个部分组成。其中，冷水自储水箱流入太阳能集热器，利用太阳辐射能将太阳能真空热管中的水加热，经循环水泵往复循环，直到达到设定温度，电源切断，停止加热。
（五）废热水余热回收模块设计。组成：废热水余热回收模块主要由废水集中箱和水流管路组成。生活实用的废热水集中流入废水集中箱，与经接管进入水预热器的冷水进行逆流换热，充分利用废热水的余热对冷水进行预热处理，最后冷水进入储水箱进一步加热，生活废热水由排水口排入下水道。
三、结论
本文分析了热水器的原理结构设计方法，该热水器集节能、环保、安全、经济、美观于一体，是为高层住宅用户提供生活热水热水器的不二之选。希望本文提出的新型热水器能够为未来的热水器市场在能源节约型、环境保护型的发展道路上贡献绵薄之力，为高层住宅用户的生活热水的放心使用带来福音。
参考文献：
[1] 王生软，时阳，武秋俊，丁瑞华.空气源热泵热水器冬季性能实验研究[J].制冷，2007， 3
[2] 叶金伟. 关于空气源热泵热水器技术及其应用的综述[J].给水排水，2009，11.
[3] 唐文涛.家用空气源热泵热水器的设计[J].煤气与热力，2007，8
[4] 苏生，寿青云，李小飞，陈汝东.空气源热泵热水器的优化设计选择[J].流体机械，2006，7
【关键词】热水器 太阳能 空气源 设计
一、前言：
随着经济的快速发展与人们生活水平的提高，生活热水已成为人们生活的必需品。目前我国热水器市场上，使用较多的产品主要是电热水器和燃气热水器等，它们都有一定的优势，但也存在着很多缺点。燃气热水器的优点是设备简单、体积小、运行费用较低，缺点是系统的效率较低，而且燃烧不充分时会产生CO等有害气体；电热水器的优点是初期投入小、结构简单、操作方便，缺点主要是能耗大，设备必须采取一定的安全措施。以上供热方式消耗的均为不可再生能源，更加剧了能源危机。因此，探索一些新型可再生、无污染的清洁替代能源成为必然趋势。
太阳能作为一种可再生绿色能源，被世界公认为 21 世纪的主要能源，也将成为若干年后我国主要能源之一。目前太阳能热水器也因此备受关注。空气作为又一种可再生能源，可谓真正的“取之不尽，用之不竭”。本文将设计一种新型的空气源热水器。
二、空气源家用热水器系统设计
（一）工作原理：新型阳台式太阳能-空气源家用热水器是一种集实用、节能、美观于一体的热水系统。本热水器充分利用太阳能和空气源制热水实现优势互补，同时引入能源二次回收模块，在一年四季均能高效率利用可再生能源，向用户提供家居生活热水。新型阳台式太阳能-空气源家用热水器主要由三大模块组成：空气源热泵制热水模块、太阳能制热水模块、废热水余热回收模块。阳台式太阳能-空气源家用热水器能够充分利用低品位的空气中的热能、太阳能以及使用过的热水中的残余热量，依据一年四季的气候状况，确保无论阴雨天气还是寒冷天气均能为用户全天候提供生活热水，能够有效规避空气源系统低温下的结霜问题，减少雨雪天气对热水器制热性能的影响，在气温较高的时节对室内空气还起到一定的制冷作用，充分節约能源。无论在寒季还是暖季，废热水余热回收模块均启动。一般家庭使用后的热水温度仍在30℃左右，如果能将这部分热量回收利用起来，不但可以使热水器摆脱对环境的依赖，还可以大大提高其制热效率。因此便可将生活使用后的废热水集中回流，预热进入水箱的冷水，降低费用消耗，极大提高热水器的热效率。
储水箱设有温度控制装置，当水箱中的水预热到设定温度时，水箱上的温度控制装置切断电源，加热系统停止对水箱中的水加热；当水箱中的水温低于设定温度时，热水箱上的温度控制装置接通电源，加热系统对热水箱中的水加热。
（二）热水器设计参数：以三口之家为例，考虑冬季使用情况，冷水温度进水温度按15℃计算，热水计算温度按60℃计算，洗浴用水平均40L/人，生活其它用水平均15L/（人.天）。（1）热量计算：Q = C M（T2-T1）
式中：Q—加热量，kJ；
C—水的比热容，4.19kJ/kg℃；
M—热水量，L （kg）；
T1—冷水进口温度，℃，按15℃计算；
T2—热水出口温度，℃，按60℃计算；
则Q=4.19×200×（60-15） =37710kJ，此热量为热水系统所需总热量。
（2）储热水箱选择：以三口之家为例，洗浴用水达平均每人40L，再加上其它生活用水约50L，总用水量=40×3+50=170L，故而选用200L容积的储热水箱。
（三）空气源热泵制热水模块设计：组成：空气源热泵制热水模块主要由主机及储水箱组成。主机包括压缩机、膨胀阀、蒸发器及温度控制装置，储水箱内设置冷凝器盘管。本新型阳台式太阳能-空气源家用热水器，采用户内一体化设计（如图1所示），主机部分位于储水箱下部，冷凝器盘管位于储水箱内偏下部位。
空气源加热系统是按照“逆卡诺”原理工作的。由压缩机—冷凝器—膨胀阀—蒸发机等组成一个循环，冷媒在压缩机的作用下，在系统内不断循环，当其运行到蒸发器后，利用风扇的强制换热，从空气中吸取热量后转变成气态（周围空气温度降低），进入冷凝器后释放出高温热量加热从储水箱下部进入的水，同时自己冷却并转化为液态，如此往复循环，达到加热目的。生活用水自水箱下部流入，由水箱上部流出。
（四）太阳能制热水模块设计：组成：太阳能制热水模块由太阳能集热器、热水储水箱和循环水泵3个部分组成。其中，冷水自储水箱流入太阳能集热器，利用太阳辐射能将太阳能真空热管中的水加热，经循环水泵往复循环，直到达到设定温度，电源切断，停止加热。
（五）废热水余热回收模块设计。组成：废热水余热回收模块主要由废水集中箱和水流管路组成。生活实用的废热水集中流入废水集中箱，与经接管进入水预热器的冷水进行逆流换热，充分利用废热水的余热对冷水进行预热处理，最后冷水进入储水箱进一步加热，生活废热水由排水口排入下水道。
三、结论
本文分析了热水器的原理结构设计方法，该热水器集节能、环保、安全、经济、美观于一体，是为高层住宅用户提供生活热水热水器的不二之选。希望本文提出的新型热水器能够为未来的热水器市场在能源节约型、环境保护型的发展道路上贡献绵薄之力，为高层住宅用户的生活热水的放心使用带来福音。
参考文献：
[1] 王生软，时阳，武秋俊，丁瑞华.空气源热泵热水器冬季性能实验研究[J].制冷，2007， 3
[2] 叶金伟. 关于空气源热泵热水器技术及其应用的综述[J].给水排水，2009，11.
[3] 唐文涛.家用空气源热泵热水器的设计[J].煤气与热力，2007，8
[4] 苏生，寿青云，李小飞，陈汝东.空气源热泵热水器的优化设计选择[J].流体机械，2006，7