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作者：鄭曉敏

    熱泵熱水器作為一種新興的產(chǎn)品，具有高效、節(jié)能和環(huán)保等特點(diǎn)，成為國(guó)內(nèi)外熱水器行業(yè)的主流產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者對(duì)空氣源熱泵熱水器的性能進(jìn)行了一系列的研究：MinsungKim研究了水源熱泵熱水器的傳熱特性；J.Sarkar研究了高溫?zé)岜脽崴�器天然工質(zhì)的特性；Pei  Gang對(duì)直熱式和循環(huán)加熱式空氣源熱泵熱水器性能進(jìn)行了比較；張?zhí)�康分別對(duì)R134a，R417a和R22為制冷劑的空氣源熱泵熱水器的性能進(jìn)行了對(duì)比研究；田華對(duì)渦旋式壓縮機(jī)的空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)進(jìn)行了模擬；郝吉波對(duì)靜態(tài)加熱式空氣源熱泵熱水器的性能進(jìn)行了試驗(yàn)?zāi)�擬。套管直熱式空氣源熱泵熱水器中銅套管的長(zhǎng)度為循環(huán)加熱式與靜態(tài)加熱式空氣源熱泵熱水器銅管長(zhǎng)度的幾十分之一，從而減少有色金屬的消耗量，也降低了熱泵熱水器的成本；由于沒(méi)有保溫水箱，降低了熱泵熱水器的成本，因此具有巨大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；由于沒(méi)有保溫貯水箱的熱損失和不同溫度的水混合時(shí)的熱損失，其中水與制冷劑采用逆流式熱交換，因此換熱效率高，節(jié)能效果好。在家用空氣源熱泵熱水器中，額定功率約為800 W的空氣源熱泵熱水器應(yīng)用最廣泛。因此，套管直熱式空氣源熱泵熱水器具有很大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)潛力和很好的市場(chǎng)前景。本文針對(duì)額定功率約為800 W的套管直熱式空氣源熱泵熱水器的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果將為空氣源熱泵熱水器優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考和技術(shù)支持。

1實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)的測(cè)試原理如圖1所示。溫度傳感器采用T型熱電偶；壓力傳感器的量程為0～4 MPa，精度為0.5%：流量傳感器采用大連凱馳瑞斯公司KRC-1518H時(shí)差單通道超聲波液體流量傳感器，流速為0.01—30 m/s．流量精度為±0.5%。本實(shí)驗(yàn)在熱泵熱水器試驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，該試驗(yàn)室環(huán)境工況為-10—50℃。測(cè)試的名義工況：空氣側(cè)空氣干球溫度為20℃，濕球溫度為15℃：水側(cè)進(jìn)水溫度為15℃，出水溫度為55℃。通過(guò)采用展開(kāi)長(zhǎng)度為1 260 mm、內(nèi)管壁厚度為0.3—1.0 mm、高度為110mm的套管制作5種不同的套管換熱器，再采用這5種不同的套管換熱器分別制作5款套管直熱式空氣源熱泵熱水器樣機(jī)，樣機(jī)采用一次加熱式的方式，測(cè)試記錄套管直熱式空氣源熱泵熱水器的制熱量、功率、耗電量、COP、溫度、壓力、流量等參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)中，套管直熱式空氣源熱泵熱水器采用廣州松下公司旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，型號(hào)為2P17S225ANQ，額定制冷量為2 770 W，額定功率為885 W，制冷劑為R22：水泵的額定流量為1m3/h；風(fēng)機(jī)電機(jī)型號(hào)為YDK-20-6A，額定功率為20 W．風(fēng)機(jī)葉輪規(guī)格為<p320 mmx135 mm。套管換熱器剖面圖如圖2所示，套管的內(nèi)管和外管均采用銅管，牌號(hào)為T(mén)P2M：外銅管的外徑為西12.7mm，壁厚為0.5 mm，內(nèi)銅管的外徑為Q7.94 mm;套管換熱器的外銅管采用PE保溫管保溫，保溫層厚8 mm;套管螺旋盤(pán)管的曲率半徑為110 mm。水由內(nèi)管通道流動(dòng)，走管程：制冷劑由內(nèi)管與外管間的環(huán)形通道流動(dòng)，走殼程。蒸發(fā)器采用L型單排鋁翅片式蒸發(fā)器．管間距為25.4 mm;銅管牌號(hào)為T(mén)P2M．規(guī)格為Q9.52 mm;親水鋁箔翅片的厚度為0.095 mm。采用Emerson節(jié)流閥，型號(hào)為AAEIHC30FT，可調(diào)節(jié)制冷循環(huán)的過(guò)熱度。

2數(shù)據(jù)處理

5款套管直熱式空氣源熱泵熱水器樣機(jī)根據(jù)GB/T 23137-2008《家用和類(lèi)似用途熱泵熱水器》規(guī)定的熱泵熱水器性能工況的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)中測(cè)出的功率、溫度、水流量等計(jì)算直熱式空氣源熱泵熱水器的能效比，計(jì)算公式如下：

式中：Q。為熱泵熱水器的制熱量，W;W為熱泵熱水器的消耗功率，W。

式中：K為套管換熱器的傳熱系數(shù)，W／(m．℃);A為套管換熱器的散熱面積，m2；At。為套管換熱器的計(jì)算平均溫度，℃。

式中：d，為套管換熱器內(nèi)銅管的內(nèi)徑，m;dn為套管換熱器內(nèi)銅管的外徑，m;A為套管換熱器內(nèi)銅管的導(dǎo)熱系數(shù)，W／(m2．℃)；aw為套管內(nèi)銅管內(nèi)壁表面水側(cè)的對(duì)流放熱系數(shù)，W／(m2．℃);a，為套管內(nèi)銅管外壁表面制冷劑側(cè)的對(duì)流放熱系數(shù)．W／(m2.℃)。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

采用展開(kāi)長(zhǎng)度為1  260 mm、內(nèi)管壁厚度為0.7 mm、高度為110 mm的套管制作套管換熱器，再采用該套管換熱器制作套管直熱式空氣源熱泵熱水器樣機(jī)，在試驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境空氣干球溫度從-5℃調(diào)節(jié)到45℃，進(jìn)水溫度從15℃加熱到出水溫度為55℃的過(guò)程中，分別測(cè)試了套管直熱式空氣源熱泵熱水器的能效比COP和制熱量。在不同環(huán)境溫度條件下，套管直熱式空氣源熱泵的能效比COP和制熱量與環(huán)境空氣干球溫度的關(guān)系如圖3、圖4所示。從圖中可以看出：隨著環(huán)境空氣干球溫度升高，套管直熱式空氣源熱泵熱水器的能效比COP和制熱量逐漸增大；當(dāng)環(huán)境空氣干球溫度為20℃時(shí)，熱泵熱水器的能效比COP最高，制熱量最大：隨著環(huán)境空氣干球溫度繼續(xù)升高，熱泵熱水器的能效比COP和制熱量均逐漸降低。

    采用展開(kāi)長(zhǎng)度為1 260 mm，高度為110 mm,內(nèi)管壁厚度分別為0.3，0.5，0.7，0.9，1.0 mm 5種套管分別制作5種不同的套管換熱器，再采用這5種套管換熱器制作成5款套管直熱式空氣源熱泵熱水器樣機(jī)。

套管換熱器的水側(cè)換熱面積和水流速度與套管內(nèi)管壁厚度的關(guān)系如圖5、圖6所示。從圖中可以看出，隨著套管內(nèi)管壁厚度增大，套管內(nèi)管水側(cè)換熱面積減小，套管換熱器的水流速度增大，套管內(nèi)管的內(nèi)表面水側(cè)的對(duì)流放熱系數(shù)增大，套管換熱器的傳熱系數(shù)也增大，水管系統(tǒng)阻力也隨之增大，致使直熱式空氣源熱泵熱水器運(yùn)行效率降低。隨著套管內(nèi)管壁厚度增加，套管內(nèi)管承受壓力的能力增大，套管換熱器成本也會(huì)增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，選擇合適的套管內(nèi)管壁厚度，不僅節(jié)省材料，提高系統(tǒng)的效率，而且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

在名義工況條件下，測(cè)定了套管直熱式空氣源熱泵熱水器的能效比COP和制熱量與套管內(nèi)管壁厚度的關(guān)系，如圖7、圖8所示。從圖中可以看出：隨著套管內(nèi)管壁厚度增大，套管直熱式空氣源熱泵熱水器的能效比COP和制熱量也隨之增大；當(dāng)套管內(nèi)管壁厚度為0.7 mm時(shí)，熱泵熱水器的能效比COP最高：隨著套管內(nèi)管壁厚度繼續(xù)增大，熱泵熱水器的能效比COP逐漸降低，制熱量繼續(xù)增大。

4結(jié)論

    本文對(duì)5臺(tái)不同套管直熱式空氣源熱泵熱水器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析了套管內(nèi)管壁厚度對(duì)套管直熱式空氣源熱泵熱水器的能效比及制熱量的影響，得出以下結(jié)論。

    ①套管內(nèi)管壁厚度增大，熱泵熱水器的制熱量和能效比增大：當(dāng)套管內(nèi)管壁厚度為0.7 mm時(shí)，熱泵熱水器的能效比最高；當(dāng)套管內(nèi)管壁厚度繼續(xù)增大時(shí)，熱泵熱水器的能效比降低，制熱量增大。

    ②套管內(nèi)管壁厚度增大，套管內(nèi)管水側(cè)的換熱面積減少，套管的水流速度和傳熱系數(shù)增大，水系統(tǒng)阻力也隨之增大，套管內(nèi)管承受壓力的能力增大，直熱式空氣源熱泵熱水器運(yùn)行效率降低，其成本增加。

③環(huán)境空氣干球溫度升高，套管直熱式空氣源熱泵熱水器的能效比和制熱量增大；當(dāng)環(huán)境空氣干球溫度為20℃時(shí)，熱泵熱水器的能效比最高，制熱量最大；當(dāng)環(huán)境空氣干球溫度繼續(xù)升高時(shí)，熱泵熱水器的能效比和制熱量降低。

5摘要：文章對(duì)不同套管內(nèi)管壁厚度的直熱式空氣源熱泵熱水器的性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析了不同套管內(nèi)管壁厚度對(duì)套管換熱器的傳熱面積、水流速度、傳熱系數(shù)、水系統(tǒng)阻力和熱泵熱水器的制熱量、能效比等的影響。對(duì)5臺(tái)不同套管直熱式空氣源熱泵熱水器進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果表明，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)奶坠軆?nèi)管壁厚度，不僅提高了熱泵熱水器的能效比，而且增大了制熱量，降低耗電量。當(dāng)套管內(nèi)管壁厚度為0.7 mm時(shí)，熱泵熱水器的能效比最大。