推薦產(chǎn)品
分享學(xué)習(xí)微通道換熱器用于空氣源熱泵熱水器橫式一體機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究
摘要:本文對一臺80L熱泵熱水器橫式一體機(jī)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究,設(shè)計(jì)了4組實(shí)驗(yàn)方案以驗(yàn)證不同蒸發(fā)器和冷凝器對整機(jī)性能的影響。結(jié)果表明:在材料成本持平的情況下,用16mm扁管代替原機(jī)25mm扁管冷凝器,可以有效的提高整機(jī)能效,加快熱水加熱速度;對應(yīng)蒸發(fā)器,用微通道替代原機(jī)銅管翅片,同等性能情況下,能夠降低成本及重量。
0 引言
空氣源熱泵熱水器利用熱泵制熱的“逆卡諾”制冷循環(huán)原理,將空氣中低溫位熱量轉(zhuǎn)移至待加熱的水中,使水溫升高[1]。在家用熱水器領(lǐng)域,逐漸取代了一部分電加熱式熱水器及燃?xì)鉄崴鳌?/span>
由于電加熱儲(chǔ)水式熱水器目前仍是家用熱水器主流產(chǎn)品,每年千萬臺以上規(guī)模,而純電加熱式熱水器,盡管安全性已隨技術(shù)升級而基本得到確保,但電熱轉(zhuǎn)換效率僅95%左右,因此用熱泵加熱方式替代電加熱用于家用壁掛式電熱水器[2],成為近年來家電節(jié)能技術(shù)方向之一。本文主要介紹在上述類型熱泵熱水器中,以微通道換熱器替代傳統(tǒng)銅管翅片蒸發(fā)器,并優(yōu)化微通道冷凝器,從而提高能效及加熱速度,降低成本及重量。
1 系統(tǒng)簡介
熱泵熱水器一體機(jī)由空氣源熱泵系統(tǒng)和水箱構(gòu)成,相對于傳統(tǒng)的電熱水器,增加了冷媒系統(tǒng),系統(tǒng)原理圖如圖1所示。由于家用壁掛式安裝承重限制及外觀要求,通常外形與傳統(tǒng)電熱水器相同,如圖2所示。
2 換熱器規(guī)格對比
試驗(yàn)樣機(jī)為國產(chǎn)品牌熱泵熱水器橫式一體機(jī),制冷劑為R134a,水箱標(biāo)稱容積80L,原機(jī)蒸發(fā)器為傳統(tǒng)銅管翅片換熱器,冷凝器為微通道扁管包覆搪瓷內(nèi)膽外壁面的結(jié)構(gòu)。
本文蒸發(fā)器如圖3所示,采用微通道換熱器替代原機(jī)銅管翅片換熱器,可以有效降低重量和成本;冷凝器如圖4所示采用新型微通道扁管,并優(yōu)化了與內(nèi)膽外壁面的接觸面積,成本持平的情況下增加了約30%的換熱面積。表1及圖5表示了蒸發(fā)器和冷凝器的規(guī)格及重量對比。
3 實(shí)驗(yàn)測試方案
按照國標(biāo)GB29541-2013加熱方式分類,屬于普通靜態(tài)加熱式[4],且一體機(jī)用于室內(nèi)工況,不涉及低溫結(jié)霜問題,測試評價(jià)方法及工況如表2。
熱泵系統(tǒng)制熱量(不含輔助電加熱)計(jì)算按GB23137-2008中6.3.2.3方法,功率按6.4計(jì)算方法[3],最終能效比按如下公式計(jì)算:
本文為了更好的評價(jià)替代方案的蒸發(fā)器和冷凝器的性能,進(jìn)行了四組不同換熱器組合的實(shí)驗(yàn),詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案如表3所示。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
四種方案均是在環(huán)境溫度20/15的標(biāo)況下,將水從15℃加熱到55℃時(shí)停止測試。
圖6和圖7分別為四組不同方案,總COP隨水溫的變化情況以及水溫從15℃加熱到55℃的整機(jī)能效數(shù)值。從圖中可以看出,COP隨著水溫的升高不斷降低,主要原因在于,隨著水溫的上升,高低壓壓比增大,壓縮機(jī)功耗增加,能力降低,COP從而不斷下降;
對于同一個(gè)冷凝器,不同蒸發(fā)器COP隨水溫的變化基本保持一致,表明蒸發(fā)器微通道雙排16的替代方案與原機(jī)銅管翅片換熱器的能力相當(dāng);通過方案1與方案3,方案2和方案4的對比,冷凝器16mm扁管的替代方案能夠使原機(jī)的COP提高0.3左右,相當(dāng)于整機(jī)能效等級提升1~2個(gè)等級。
圖8為四組不同方案,水溫隨加熱時(shí)間的變化情況。四組方案水溫隨加熱時(shí)間的變化曲線在水溫加熱到35℃前基本吻合,水溫超過35℃后,16mm扁管冷凝器方案的水溫上升速度略快于原機(jī)。
5 結(jié)論
本文通過對四組換熱器組合方案的熱泵熱水器的動(dòng)態(tài)加熱過程的實(shí)驗(yàn)探究,得到了以下結(jié)論:
(1)對于熱泵熱水器蒸發(fā)器而言,微通道換熱器與原機(jī)銅管翅片蒸發(fā)器能力基本一致,但重量更輕,材料成本較低,可以考慮替代銅管翅片用于熱泵熱水器橫式一體機(jī)蒸發(fā)器。
(2)對于熱泵熱水器冷凝器而言,在成本基本不變的情況下,采用16mm扁管替代原機(jī)25mm扁管冷凝器,扁管之間間距更小,與儲(chǔ)水箱的貼合面積更大,能有效提高整機(jī)能效0.3左右,能效等級方面可以提升1~2個(gè)等級,加熱速度也略有加快。
(3)本實(shí)驗(yàn)側(cè)重于換熱器性能對比,對于冷凝器的絕熱采用手工包覆保溫材料方式,相比熱水器廠家發(fā)泡方式,有一定的漏熱,但不影響冷凝器的橫向?qū)Ρ龋绻糜谡疆a(chǎn)品,能效值有進(jìn)一步提升空間。
參考文獻(xiàn)
[1]陳東,陳繼紅.熱泵技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.
[2]張華俊,陳偉,李勇.空氣源熱泵熱水器研究與發(fā)展前景[J].中國建設(shè)信息供熱制
冷.2007(8):11.13.
[3]家用和類似用途熱泵熱水器[S].GB/T23137-2008.
該論文榮獲2018中國熱泵行業(yè)年會(huì)優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng);作者:張海峰 趙登基 高強(qiáng) 單位:杭州三花微通道換熱器有限公司 題目:《微通道換熱器用于熱泵熱水器橫式一體機(jī)》