外盤(pán)管空氣源熱泵熱水器不同工況下的試驗(yàn)研究
模擬5 個(gè)不同的環(huán)境工況，對(duì)外盤(pán)管空氣源熱泵熱水器進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)研究。分析了環(huán)境溫度對(duì)水加熱速率的影響，以及環(huán)境溫度和水溫變化對(duì)系統(tǒng)制熱量、壓縮機(jī)壓比、性能系數(shù)( COP) 、排氣溫度、排氣壓力等參數(shù)的影響，為提高系統(tǒng)性能的進(jìn)一步研究提供了理論依據(jù)。
前言
熱泵熱水器是繼電熱水器、燃?xì)鉄崴骱吞?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(guó)內(nèi)空氣源熱泵熱水器基本上每年保持150% -200%的比率增長(zhǎng)�？諝庠礋岜脽崴鲗�(duì)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，能顯著減少碳排放，是一種高效節(jié)能的供熱水產(chǎn)品; 運(yùn)行成本低，還能夠?qū)崿F(xiàn)“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(shù)相當(dāng)高，有著廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。
2、試驗(yàn)方案
外盤(pán)管空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)制熱水的節(jié)能環(huán)保性能。真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)在綜合分析熱泵系統(tǒng)運(yùn)行性能基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考察系統(tǒng)COP 隨環(huán)境溫度與水溫的變化趨勢(shì)，其次考察極端環(huán)境( 即高溫和低溫工況) 下運(yùn)行的可靠性等。
系統(tǒng)主要由蒸發(fā)器、冷凝器( 外盤(pán)管水箱) 、壓縮機(jī)、節(jié)流裝置( 毛細(xì)管) 4 部分組成。通過(guò)制冷工質(zhì)蒸發(fā)、壓縮、冷凝、節(jié)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(zhuǎn)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(jī)耗電和風(fēng)機(jī)耗電) ，從環(huán)境中吸收的熱量為Qa，輸出能量Qh = Qa + P。本試驗(yàn)主要考察的性能指標(biāo)為性能系數(shù)COP，COP 與制熱量Qh和耗電量P 密切相關(guān)，計(jì)算公式為:
2.1、試驗(yàn)裝置
本試驗(yàn)測(cè)試是采用廣州某公司自主研發(fā)的一臺(tái)型號(hào)為ZKFRJ -120 的空氣源熱泵熱水器作為主機(jī)，并配置一臺(tái)150L 外盤(pán)銅管承壓水箱。主機(jī)內(nèi)的壓縮機(jī)采用松下萬(wàn)寶高效旋轉(zhuǎn)全封閉式壓縮機(jī)。蒸發(fā)器采用管翅式，高效內(nèi)螺紋紫銅管脹接于親水波紋鋁翅片中。
節(jié)流裝置采用簡(jiǎn)單可靠的毛細(xì)管。風(fēng)機(jī)采用內(nèi)置過(guò)敏熱阻過(guò)熱保護(hù)的低轉(zhuǎn)速軸流風(fēng)機(jī)。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(nèi)膽外壁放熱，熱量再由外壁向內(nèi)部?jī)?chǔ)存的水進(jìn)行換熱�？刂破鳛樽灾鏖_(kāi)發(fā)，運(yùn)行狀態(tài)顯示包括水箱水溫，盤(pán)管溫度，排氣溫度，壓縮機(jī)電流機(jī)組運(yùn)行故障等顯示。
控制器還具有全方位控制保護(hù)功能，包括開(kāi)機(jī)延時(shí)保護(hù)，吸氣壓力過(guò)低保護(hù)，排氣溫度過(guò)高保護(hù)，排氣壓力過(guò)高保護(hù)，壓縮機(jī)電機(jī)過(guò)流保護(hù)，壓縮機(jī)防頻繁啟停，風(fēng)機(jī)過(guò)載保護(hù)，溫度傳感器故障告警，壓縮機(jī)內(nèi)置保護(hù)，同時(shí)也包含了三時(shí)段定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)，掉電記憶功能，自動(dòng)化霜技術(shù)，水箱溫度設(shè)定等控制功能。
2.2、試驗(yàn)儀表精度
熱電偶分辨率: 0. 1℃; 功率表和電流表: 0. 2級(jí); 干球和濕球控制精度是± 0. 1℃。
2.3、試驗(yàn)條件
不同環(huán)境工況的模擬通過(guò)焓差試驗(yàn)室來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)設(shè)置空氣干球和濕球溫度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)。本試驗(yàn)的主要測(cè)試工況如表1 所示，設(shè)置水箱水溫達(dá)到55℃時(shí)主機(jī)自動(dòng)停機(jī)。
表1 試驗(yàn)測(cè)試工況 ( ℃)
3、試驗(yàn)結(jié)果及分析
結(jié)論
(1) 從試驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果可以得知，外盤(pán)管空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)在-7 ～ 43℃環(huán)境下均運(yùn)行正常，名義工況下系統(tǒng)COP 可達(dá)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(duì)于傳統(tǒng)的燃?xì)鉄崴�、電熱水器，�?jié)能效果比較顯著。
(2) 同樣從測(cè)試數(shù)據(jù)可以推測(cè)，如若環(huán)境溫度繼續(xù)升高( > 43℃) ，極易出現(xiàn)排氣溫度和排氣壓力過(guò)高保護(hù)，如環(huán)境溫度繼續(xù)降低，也必然會(huì)出現(xiàn)低壓保護(hù)，或者COP 過(guò)低，達(dá)不到節(jié)能的效果。另外熱水出口溫度設(shè)置的提高，也會(huì)大大削弱系統(tǒng)的節(jié)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(xù)優(yōu)化系統(tǒng)，強(qiáng)化蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱外，還可以采用兩級(jí)壓縮、復(fù)疊循環(huán)來(lái)降低壓縮機(jī)的壓縮比，或者采用新形式的壓縮機(jī)，使用新制冷劑或混合工質(zhì)來(lái)改善性能。
