低温强热型空气源热泵热水器试验研究

　　1  前言

　　热水设备是一个耗能产品(太阳能热水器除外),其中空气源热泵热水器与其它热水设备相比,在高效节能等方面具有优势。由于目前常规空气源热泵热水器受到出水温度及使用环境的影响,适用性较差。国内采用常规压缩机的热泵热水器出水温度设定为55e[1],这个温度范围的设定比国外同类型产品的设定有所不同。日本标准要求测试热泵热水器的出水温度是65e[2],从健康角度有重要意义,文献[3]表明,在自然界士壤和水体中广泛存在一种高致病细菌,即军团病菌(Legionella),它可引起高死亡率的非典型肺炎,并经常伴随生活热水系统等系统来传播,应引起人们的高度重视。同样低温条件下,常规空气源热泵热水器运行性能受到很大影响,主要表现在几个方面: (1)制热量随着环境温度的下降而逐步衰减。吸气量的大小与其吸气饱和温度一一对应,吸气饱和温度越高,吸气量越大,反之亦然。随着环境温度逐步下降,系统蒸发温度降低,压缩机吸气比容增大,输气系数减小,导致制热量减少,系统能效比(COP)相应下降,经济性降低[4];(2)特别是压缩机运行的可靠性问题。低温环境下,蒸发温度过低时,压缩机压缩比增大引起排气温度过高、系统会出现回液,严重时会导致压缩机损坏等问题[5]。

　　目前最常见的一种解决方案是在热泵热水器系统中增加辅助电加热器,以补偿低温环境制热能力的不足,但是该方案既不经济也不节能,有时会造成安全隐患。为此,采用带中间喷射的低温强热型涡旋热泵热水器专用压缩机。基于带经器的系统设计原理,具有准两级压缩的特点,系统结构简单、易于实施,在较低环境温度时能够安全、可靠的运行,并且使制热能力、出水温度得到明显改善[6]。

　　2　　试验方案

　　研究低温强热型空气源热泵热水器是要突破常规空气源热泵热水器在出水温度及在低温环境下的应用所受到的限制,扩大热泵热水器的应用空间,实现制热水的节能环保性能。所以,在进行试验设计时,在分析综合系统性能的同时,尤其要重点考虑喷气增焓压缩空气源热水器在低温工况下的可靠性,以及与常规空气源热泵热水器性能的对比。低温强热型热泵热水器系统原理如图1所示。

　　2. 1  试验装置

　　试验所用的装置是广东长菱空调冷气机制造有限公司建的30匹热泵热水器试验室,测试系统原理示意如图2所示。

　　2. 2　　试验仪表精度

　　热电偶分辨率: 0. 1e;功率表和电流表: 0. 5级;干球温度和湿球温度控制精度是?0. 2e。

　　2. 3 试验条件

　　依照GB/T21362-2008商业或工业用及类似用途的热泵热水器[4],应用此热泵热水器试验台,进行一系列不同工况下如表1所示的常规热泵热水器运行特性的对比试验研究,分析了低温强热型空气热泵热水器系统运行性能,并重点考验低温工况下运行可靠性。系统选取某公司一款5HP热泵热水器进行不同工况对比,制冷剂选R22,压缩机采用喷气增焓压缩机。