热泵热水器变工况下毛细管节流特性探讨

　　1 前言

　　热泵热水器以消耗一小部分电能为代价，通过热力循环把贮存在空气或水中的热量加以吸收利用，制取生活热水，其能效比是电热水器的 2 ～3 倍。随着人们生活水平的提高以及国家对能源问题的重视，热泵热水器因其节能，运行费用低，安全等优点，在消费市场上得到了广泛的关注，具有非常广的应用前景。

　　热泵热水器系统包括空气源热泵热水器和水源热泵热水器两种。空气源热泵热水器全年运行工况变化范围较大，热源侧温度一般在 -5 ～43℃之间; 水源热泵热水器热源侧的温度一般在 10 ～25℃ 之间，如果用于浴室废水热回收等场合，热源侧温度可达到 32℃左右。从热力学角度分析，当热水器要求的热水温度一定时，热源侧的温度越高，制热效率越大，因为由热泵循环的基本理论可知，在冷凝温度变化不大的情况下，蒸发温度越高，压缩机功耗越小，制热量越大，制热效率也越高。

　　然而现有的一些试验或模拟表明，实际情况并非如此。黄虎等对空气源热泵热水机组进行了大范围变工况的实验研究，结果表明，随着环境温度的升高，机组的 COP 增大，但当环境温度大于32℃ 时，机组的 COP 不再上升[1]; 陈振恢等对空气源热泵热水器在不同季节运行性能进行测试，实验表明，当环境温度大于30℃时 COP 甚至出现下降[2]; 高峰等对水源热泵机组在不同的运行条件下进行模拟，结果表明，在蒸发器出口水温超过20℃ 以后，机组制热量的变化趋于平缓[3]。遗憾的是，他们均未对此现象给出分析。张洁，王如竹等通过试验，发现当环境温度较高时 ，换一根粗而短的毛细管性能更好，在35 ℃ 的环境温度下，短毛细管系统性能比长毛细管性能高 21 %[4，5]，但该文也并未对毛细管在其过程中的节流特性进行进一步分析。

　　文献[6]曾针对制冷系统在冷凝压力过低时，制冷量不足这一问题进行过模拟研究。研究表明: 在蒸发温度不变的情况下，冷凝压力过低时致使系统制冷量不足的原因是受系统节流装置所制约。而热泵制热时，在冷凝温度不变，热源侧温度过高时的情况与之类似，因此，本文也从热泵系统的节流特性出发，对系统进行了模拟计算，以此来对上述问题进行探讨。

　　目前毛细管因其结构简单、无运动部件、价格低廉等优点广泛的用在各小型热泵热水系中; 同时，在我国 R22 作为主要制冷剂还将要持续相当长一段时间。本文选用毛细管为节流装置，采用分布参数法建立 R22 空气源和水源热泵热水系统模型，以此来对热泵热水器的节流特性进行探讨。

　　2 热泵热水器数学模型的建立