7℃工況下R417a和R22用于空氣源熱泵熱水器的試驗研究

1、前言

　　空氣源熱泵熱水器由于安全性好、節能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),得到了迅速發(fā)展和推廣^[1] 。從節約能源和環(huán)保的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看,熱泵熱水器具有其獨特的優(yōu)點(diǎn)和市場(chǎng)前景[^2、3] 。但是,目前熱泵熱水器廣泛使用的工質(zhì)是R22。根據《蒙特利爾議定書(shū)》規定,發(fā)達國家2020年后禁止使用HCHC制冷劑^[4] ,發(fā)展中國家于其后的十年禁用。在德國,任何空調器已不允許使用R22。美日等發(fā)達國家也紛紛將禁用期提前至200 -2010年。1993年中國國務(wù)院批準的《中國消耗臭氧層物質(zhì)的逐步淘汰國家方案》規定2040年以前淘汰HCFCs。隨著(zhù)各國禁用期的提前,屆時(shí)我國也會(huì )提前R22的禁用期。

　　R417a是由法國羅地亞公司研制的環(huán)保型制冷劑,是一種近共沸混合工質(zhì)。它是由R125、R134a和R600按47% , 50%和3%的質(zhì)量分數配制而成。其性能與R22接近(見(jiàn)表1) ,是R22的理想替代品。我國有研究人員對此制冷劑的應用做了一些研究,如真空技術(shù)網(wǎng)的另外一位投稿作者李曉燕等對R417a與R22用于熱泵熱水器時(shí),當冷凝溫度為50 ℃和45 ℃,蒸發(fā)溫度在- 5～15 ℃時(shí)進(jìn)行了對比研究^[5  。曹鋒等在變進(jìn)水溫度、變水量、變蒸發(fā)溫度等工況下對R417a試驗樣機進(jìn)行相關(guān)性能測試^[6] 。但到目前為止,此種制冷劑的研究仍較少,還未得到普遍應用,尤其是在低溫工況下性能隨進(jìn)水溫度的變化還未有人進(jìn)行研究。

表1　R417a和R22的物性參數

　　本文進(jìn)行了循環(huán)式空氣源熱泵熱水器在環(huán)境溫度7℃工況下其性能隨循環(huán)熱水進(jìn)水溫度變化的試驗研究,可為今后的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供一定的參考。

2、試驗裝置及測點(diǎn)布置

2. 1、試驗裝置

　　試驗測試用的是同一臺樣機,標準工況下測試時(shí), R417a系統的制熱功率為23. 51kW,輸入功率為5. 47kW, R22系統的制熱功率為27. 91kW,輸入功率為6. 74kW;循環(huán)熱水流量為5.2m3/h。試驗樣機主要部件的結構型式和參數如下: ( 1)谷輪渦旋式壓縮機2個(gè),型號: ZR47KC; (2)冷卻器1個(gè),采用板式換熱器,氟路為獨立系統,水路共用一個(gè)系統,逆流布置,型號為: EATB55; ( 3)儲水箱,承壓結構,容積615L; ( 4)艾默生膨脹閥2個(gè),型號: BAE7; (5)翅片管式蒸發(fā)器2個(gè),總長(cháng)121m。試驗臺自動(dòng)測試系統由一臺計算機和一臺數據采集器組成,溫度采用熱電偶測量,壓力采用壓力傳感器測量,系統所消耗的功率采用三相線(xiàn)制功率計測量。

2. 2、溫度壓力測試點(diǎn)布置

　　在壓縮機進(jìn)出口、冷卻器進(jìn)出水口、環(huán)境、膨脹閥前后共設置8個(gè)溫度采集點(diǎn);在壓縮機進(jìn)出口各設置2只壓力傳感器,冷卻器、蒸發(fā)器的進(jìn)出口各設置2只壓力表。

2. 3、熱泵熱水器運行經(jīng)濟性指標

　　熱泵熱水器的經(jīng)濟性能用制熱系數COP 來(lái)表示,即消耗單位電功量W0所得到的熱量Q1 (用于加熱衛生熱水) :

　　式中　ρ———密度, kg/m3　　c———熱水的定壓比熱, kJ/(kg·℃)　　V ———儲水箱的容積,m3　　tw1、tw2 ———單位時(shí)間間隔內,加熱前、后的水溫, ℃　　△t———單位時(shí)間間隔, s　　△P———單位時(shí)間間隔內的平均功率, kW