立桶式家用热泵热水器冷凝器性能的研究

    目前,我国家用热水器市场主要由燃气热水器和电热水器占主导,然而燃气热水器明显存在燃烧不全等安全隐患(尤其在冬季室内不通风的北方地区),电热水器存在漏电的危险,太阳能热水器又明显受天气状况影响[1].热泵热水器具有高效节能、安全系数大等突出特点,现已成为节能研究的热门话题之一.与传统的热水器相比,热泵热水器具有以下优点:¹节能效果明显,比电热水器节能2/3左右;º安全可靠且环保,其水电分离,无有害的燃烧排放物;»使用方便,家庭电力不需增容,新旧住宅都可安装使用.目前国内外对商用热泵热水器已进行了大量深入的研究,并取得了一定的成果及较广泛的应用[2-4].但是,目前家用热泵热水器尚存在供热性能系数有待提高、热惰性大、出热水较慢以及连续出水温度随时间下降快等技术问题[5-6].作者针对华南地区气候特点及家用热泵热水器实际应用要求,对90 L立桶式家用热泵热水器冷凝器的性能进行研究,并针对冬季工况(平均气温15℃)的特点,对系统冷凝器进行设计优化.

    1 实验设备及方法

    1.1 实验设备

    实验装置选用额定输入功率为800 W的全封闭滚动转子式空调压缩机、翅片管式蒸发器,以膨胀阀作为节流装置.制冷剂采用R22.作为实验段的冷凝器部分,采用沉浸式螺旋高导热耐腐蚀不锈钢盘管结构,并将盘管分别制成等径螺旋结构和非等径螺旋结构.不锈钢管外径16 mm,管壁厚1 mm.等径螺旋冷凝盘管中心径200 mm,螺距20 mm;非等径螺旋冷凝盘管最小中心径150 mm,最大中心径480 mm,螺距20 mm.每根盘管的长度都为8 m,水箱容水量90 L,水箱外用聚氨酯保温材料保温.实验分别在冷凝器水箱下端距底部50 mm处和距顶部50 mm处分别设置3个点观测加热静态水水温变化和加热出水流量为3 L/min动态水的出水水温变化,结构如图1所示.

    1.2 实验方法

    1.2.1 实验环境和数据测定 实验在华南地区冬季工况(平均气温15e)下进行.进水温度为15e.测量数据分别有进出水流量、水箱表层和底层温度、耗电量、水箱进出水温度.

    1.2.2 两种盘管对静态水的加热能力试验 分别使用两种盘管对90 L水进行静态加热.每5 min记录一次数据,直到水温加热至50e为止,并记录所需时间.

    1.2.3 两种盘管在水箱进出水流量恒定时的加热能力试验 先分别将90 L水静态加热至50e,然后在水箱进出水流量保持在3 L/min的情况下分别继续加热,并开始记录数据.每2 min记录1次,共30 min.送水采用下入上出的形式,与制冷剂的流动方向形成逆流流动.

    2 结果及分析

    2.1 等径螺旋盘管与非等径螺旋盘管加热性能的比较

    两种冷凝盘管加热方式的供热性能系数(Cofficient of performance, COP)都比较高,其中采用等径螺旋盘管为冷凝器的热泵热水器的COP可达5112,而采用非等径螺旋盘管冷凝器的热泵热水器的COP更高,可达6138,将90 L水从15e加热到50e,加热时间为68 min,比等径螺旋结构少7 min (表1).