7℃工況下R417a和R22用于空氣源熱泵熱水器的試驗研究

2009-08-16 朱興旺鄭州輕工業(yè)學(xué)

1、前言

　　空氣源熱泵熱水器由于安全性好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點,得到了迅速發(fā)展和推廣^[1] 。從節(jié)約能源和環(huán)保的觀點來看,熱泵熱水器具有其獨特的優(yōu)點和市場前景[^2、3] 。但是,目前熱泵熱水器廣泛使用的工質(zhì)是R22。根據(jù)《蒙特利爾議定書》規(guī)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(diào)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(zhǔn)的《中國消耗臭氧層物質(zhì)的逐步淘汰國家方案》規(guī)定2040年以前淘汰HCFCs。隨著各國禁用期的提前,屆時我國也會提前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?jǐn)?shù)配制而成。其性能與R22接近(見表1) ,是R22的理想替代品。我國有研究人員對此制冷劑的應(yīng)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,當(dāng)冷凝溫度為50 ℃和45 ℃,蒸發(fā)溫度在- 5～15 ℃時進行了對比研究^[5 。曹鋒等在變進水溫度、變水量、變蒸發(fā)溫度等工況下對R417a試驗樣機進行相關(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(yīng)用,尤其是在低溫工況下性能隨進水溫度的變化還未有人進行研究。

表1　R417a和R22的物性參數(shù)

　　本文進行了循環(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)熱水進水溫度變化的試驗研究,可為今后的產(chǎn)品開發(fā)提供一定的參考。

2、試驗裝置及測點布置

2. 1、試驗裝置

　　試驗測試用的是同一臺樣機,標(biāo)準(zhǔn)工況下測試時, R417a系統(tǒng)的制熱功率為23. 51kW,輸入功率為5. 47kW, R22系統(tǒng)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(jié)構(gòu)型式和參數(shù)如下: ( 1)谷輪渦旋式壓縮機2個,型號: ZR47KC; (2)冷卻器1個,采用板式換熱器,氟路為獨立系統(tǒng),水路共用一個系統(tǒng),逆流布置,型號為: EATB55; ( 3)儲水箱,承壓結(jié)構(gòu),容積615L; ( 4)艾默生膨脹閥2個,型號: BAE7; (5)翅片管式蒸發(fā)器2個,總長121m。試驗臺自動測試系統(tǒng)由一臺計算機和一臺數(shù)據(jù)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(tǒng)所消耗的功率采用三相線制功率計測量。

2. 2、溫度壓力測試點布置

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

2. 3、熱泵熱水器運行經(jīng)濟性指標(biāo)

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