外盤管空氣源熱泵熱水器不同工況下的試驗研究
模擬5 個不同的環(huán)境工況，對外盤管空氣源熱泵熱水器進行了一系列的試驗研究。分析了環(huán)境溫度對水加熱速率的影響，以及環(huán)境溫度和水溫變化對系統(tǒng)制熱量、壓縮機壓比、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、燃氣熱水器和太陽能熱水器后的第4 種熱水器，近年來越來越受到人們的青睞。目前國內空氣源熱泵熱水器基本上每年保持150% -200%的比率增長�？諝庠礋岜脽崴鲗Υ嬖谟诳諝庵械目稍偕⒌推焚|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)能的供熱水產品; 運行成本低，還能夠實現(xiàn)“移峰填谷”，緩解電網緊張狀況; 此外采用水電分離技術，安全系數(shù)相當高，有著廣闊的發(fā)展空間和應用前景。
2、試驗方案
外盤管空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)的工作原理如圖1 所示。
圖1 外盤管空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)工作原理
研究配置外盤管水箱，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，實現(xiàn)制熱水的節(jié)能環(huán)保性能。真空技術網(http://www.mp99x.cn/)在綜合分析熱泵系統(tǒng)運行性能基礎上，重點考察系統(tǒng)COP 隨環(huán)境溫度與水溫的變化趨勢，其次考察極端環(huán)境( 即高溫和低溫工況) 下運行的可靠性等。
系統(tǒng)主要由蒸發(fā)器、冷凝器( 外盤管水箱) 、壓縮機、節(jié)流裝置( 毛細管) 4 部分組成。通過制冷工質蒸發(fā)、壓縮、冷凝、節(jié)流到再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，不斷將空氣中的熱量吸收利用，并轉移到水中。
空氣源熱泵熱水器是以消耗一部分電能P作為代價的( 主要為壓縮機耗電和風機耗電) ，從環(huán)境中吸收的熱量為Qa，輸出能量Qh = Qa + P。本試驗主要考察的性能指標為性能系數(shù)COP，COP 與制熱量Qh和耗電量P 密切相關，計算公式為:
2.1、試驗裝置
本試驗測試是采用廣州某公司自主研發(fā)的一臺型號為ZKFRJ -120 的空氣源熱泵熱水器作為主機，并配置一臺150L 外盤銅管承壓水箱。主機內的壓縮機采用松下萬寶高效旋轉全封閉式壓縮機。蒸發(fā)器采用管翅式，高效內螺紋紫銅管脹接于親水波紋鋁翅片中。
節(jié)流裝置采用簡單可靠的毛細管。風機采用內置過敏熱阻過熱保護的低轉速軸流風機。冷凝器采用外盤銅管承壓水箱，換熱方式為靜態(tài)，制冷劑通過水箱內膽外壁放熱，熱量再由外壁向內部儲存的水進行換熱�？刂破鳛樽灾鏖_發(fā)，運行狀態(tài)顯示包括水箱水溫，盤管溫度，排氣溫度，壓縮機電流機組運行故障等顯示。
控制器還具有全方位控制保護功能，包括開機延時保護，吸氣壓力過低保護，排氣溫度過高保護，排氣壓力過高保護，壓縮機電機過流保護，壓縮機防頻繁啟停，風機過載保護，溫度傳感器故障告警，壓縮機內置保護，同時也包含了三時段定時開關機，掉電記憶功能，自動化霜技術，水箱溫度設定等控制功能。
2.2、試驗儀表精度
熱電偶分辨率: 0. 1℃; 功率表和電流表: 0. 2級; 干球和濕球控制精度是± 0. 1℃。
2.3、試驗條件
不同環(huán)境工況的模擬通過焓差試驗室來實現(xiàn)，通過設置空氣干球和濕球溫度來自動調節(jié)。本試驗的主要測試工況如表1 所示，設置水箱水溫達到55℃時主機自動停機。
表1 試驗測試工況 ( ℃)
3、試驗結果及分析
結論
(1) 從試驗測試的結果可以得知，外盤管空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)在-7 ～ 43℃環(huán)境下均運行正常，名義工況下系統(tǒng)COP 可達到4，即使-7℃的極端環(huán)境仍大于1，說明外盤管空氣源熱泵熱水器相對于傳統(tǒng)的燃氣熱水器、電熱水器，節(jié)能效果比較顯著。
(2) 同樣從測試數(shù)據(jù)可以推測，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高保護，如環(huán)境溫度繼續(xù)降低，也必然會出現(xiàn)低壓保護，或者COP 過低，達不到節(jié)能的效果。另外熱水出口溫度設置的提高，也會大大削弱系統(tǒng)的節(jié)能效果。因此，外盤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)，強化蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱外，還可以采用兩級壓縮、復疊循環(huán)來降低壓縮機的壓縮比，或者采用新形式的壓縮機，使用新制冷劑或混合工質來改善性能。
