外盤(pán)管空氣源熱泵熱水器不同工況下的試驗研究

　　模擬5 個(gè)不同的環(huán)境工況，對外盤(pán)管空氣源熱泵熱水器進(jìn)行了一系列的試驗研究。分析了環(huán)境溫度對水加熱速率的影響，以及環(huán)境溫度和水溫變化對系統制熱量、壓縮機壓比、性能系數( COP) 、排氣溫度、排氣壓力等參數的影響，為提高系統性能的進(jìn)一步研究提供了理論依據。

前言

　　熱泵熱水器是繼電熱水器、燃氣熱水器和太陽(yáng)能熱水器后的第4 種熱水器，近年來(lái)越來(lái)越受到人們的青睞。目前國內空氣源熱泵熱水器基本上每年保持150% -200%的比率增長(cháng)�？諝庠礋岜脽崴�器對存在于空氣中的可再生、低品質(zhì)能源的利用率60% ～80%，制熱效率約是電熱水器的3 ～4 倍，能顯著(zhù)減少碳排放，是一種高效節能的供熱水產(chǎn)品; 運行成本低，還能夠實(shí)現“移峰填谷”，緩解電網(wǎng)緊張狀況; 此外采用水電分離技術(shù)，安全系數相當高，有著(zhù)廣闊的發(fā)展空間和應用前景。

2、試驗方案

　　外盤(pán)管空氣源熱泵熱水器系統的工作原理如圖1 所示。

圖1 外盤(pán)管空氣源熱泵熱水器系統工作原理

　　研究配置外盤(pán)管水箱，采用靜態(tài)加熱方式的的空氣源熱泵熱水器，在不同環(huán)境工況下，實(shí)現制熱水的節能環(huán)保性能。真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)在綜合分析熱泵系統運行性能基礎上，重點(diǎn)考察系統COP 隨環(huán)境溫度與水溫的變化趨勢，其次考察極端環(huán)境( 即高溫和低溫工況) 下運行的可靠性等。

　　系統主要由蒸發(fā)器、冷凝器( 外盤(pán)管水箱) 、壓縮機、節流裝置( 毛細管) 4 部分組成。通過(guò)制冷工質(zhì)蒸發(fā)、壓縮、冷凝、節流到再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過(guò)程，不斷將空氣中的熱量吸收利用，并轉移到水中。

　　空氣源熱泵熱水器是以消耗一部分電能P作為代價(jià)的( 主要為壓縮機耗電和風(fēng)機耗電) ，從環(huán)境中吸收的熱量為Qa，輸出能量Qh = Qa + P。本試驗主要考察的性能指標為性能系數COP，COP 與制熱量Qh和耗電量P 密切相關(guān)，計算公式為:

2.1、試驗裝置

　　本試驗測試是采用廣州某公司自主研發(fā)的一臺型號為ZKFRJ -120 的空氣源熱泵熱水器作為主機，并配置一臺150L 外盤(pán)銅管承壓水箱。主機內的壓縮機采用松下萬(wàn)寶高效旋轉全封閉式壓縮機。蒸發(fā)器采用管翅式，高效內螺紋紫銅管脹接于親水波紋鋁翅片中。

　　節流裝置采用簡(jiǎn)單可靠的毛細管。風(fēng)機采用內置過(guò)敏熱阻過(guò)熱保護的低轉速軸流風(fēng)機。冷凝器采用外盤(pán)銅管承壓水箱，換熱方式為靜態(tài)，制冷劑通過(guò)水箱內膽外壁放熱，熱量再由外壁向內部?jì)Υ娴乃�進(jìn)行換熱�？刂破鳛樽灾鏖_(kāi)發(fā)，運行狀態(tài)顯示包括水箱水溫，盤(pán)管溫度，排氣溫度，壓縮機電流機組運行故障等顯示。

　　控制器還具有全方位控制保護功能，包括開(kāi)機延時(shí)保護，吸氣壓力過(guò)低保護，排氣溫度過(guò)高保護，排氣壓力過(guò)高保護，壓縮機電機過(guò)流保護，壓縮機防頻繁啟停，風(fēng)機過(guò)載保護，溫度傳感器故障告警，壓縮機內置保護，同時(shí)也包含了三時(shí)段定時(shí)開(kāi)關(guān)機，掉電記憶功能，自動(dòng)化霜技術(shù)，水箱溫度設定等控制功能。

2.2、試驗儀表精度

　　熱電偶分辨率: 0. 1℃; 功率表和電流表: 0. 2級; 干球和濕球控制精度是± 0. 1℃。

2.3、試驗條件

　　不同環(huán)境工況的模擬通過(guò)焓差試驗室來(lái)實(shí)現，通過(guò)設置空氣干球和濕球溫度來(lái)自動(dòng)調節。本試驗的主要測試工況如表1 所示，設置水箱水溫達到55℃時(shí)主機自動(dòng)停機。

表1 試驗測試工況 ( ℃)

3、試驗結果及分析

結論

　　(1) 從試驗測試的結果可以得知，外盤(pán)管空氣源熱泵熱水器系統在-7 ～ 43℃環(huán)境下均運行正常，名義工況下系統COP 可達到4，即使-7℃的極端環(huán)境仍大于1，說(shuō)明外盤(pán)管空氣源熱泵熱水器相對于傳統的燃氣熱水器、電熱水器，節能效果比較顯著(zhù)。

　　(2) 同樣從測試數據可以推測，如若環(huán)境溫度繼續升高( > 43℃) ，極易出現排氣溫度和排氣壓力過(guò)高保護，如環(huán)境溫度繼續降低，也必然會(huì )出現低壓保護，或者COP 過(guò)低，達不到節能的效果。另外熱水出口溫度設置的提高，也會(huì )大大削弱系統的節能效果。因此，外盤(pán)管空氣源熱泵熱水器的使用依然受到環(huán)境溫度和熱水出口溫度的限制。若想要突破以上限制，獲得更好的性能，除了繼續優(yōu)化系統，強化蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱外，還可以采用兩級壓縮、復疊循環(huán)來(lái)降低壓縮機的壓縮比，或者采用新形式的壓縮機，使用新制冷劑或混合工質(zhì)來(lái)改善性能。