低溫條件下的空氣源熱水器防霜性能實(shí)測(cè)分析

黃海 黃如

【摘 要】空氣源熱水器在低溫環(huán)境下不能穩(wěn)定運(yùn)行是比較常見的，主要是因?yàn)榭諝庠礋岜脽崴鞯某阅懿患?，但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，這一難題正逐漸得到攻克。文章介紹了新型的具有防霜作用的低溫空氣源熱水器，并意實(shí)測(cè)對(duì)低溫條件下的空氣源熱水器防霜性能進(jìn)行了測(cè)試，最后對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】空氣源熱水器；防霜性能；實(shí)驗(yàn)測(cè)試；結(jié)果分析

【中圖分類號(hào)】 TM925.32【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0009-02

空氣源熱水器產(chǎn)品在中國(guó)推出以來，已有一段時(shí)間，并被一部分消費(fèi)者所認(rèn)識(shí)。普通的空氣源熱水系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)多數(shù)地區(qū)得到較好的應(yīng)用。但是在冬季空氣濕度比較大的濕冷地區(qū)，隨著室外空氣溫度的降低，制冷劑吸氣比容增大、機(jī)組吸氣量減小、制熱量下降，而此時(shí)恰是末端用戶需熱量最大的時(shí)候，機(jī)組供熱能力無法滿足末端用戶的供熱需求。針對(duì)空氣源熱泵熱水器在低溫環(huán)境下的適用性問題，系列研究工作相繼展開。近年來，隨著研究的不斷深入，具有防霜作用的低溫空氣源熱水器相繼出現(xiàn)，那么該技術(shù)在低溫條件的運(yùn)行效果如何，其防霜性能是否能達(dá)到要求，就成為了業(yè)界人士十分關(guān)心的問題。

1 防霜低溫空氣源熱泵系統(tǒng)概述

圖1給出了防霜低溫空氣源熱泵系統(tǒng)流程圖，根據(jù)不同室外氣象條件，通過電磁閥切換，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)空氣源熱泵防霜循環(huán)、低溫循環(huán)、除霜循環(huán)和制冷循環(huán)等不同運(yùn)行模式。各種運(yùn)行模式如下：

（1）防霜循環(huán)：1→2→3→VO1→4→ED3→5→EX2→6→2→4→1，ED2關(guān)閉，ED3打開，ED1關(guān)閉；

（2）低溫循環(huán)：1→2→3→VO1→4→ED2→EX2→6→2→4→1，ED3關(guān)閉，ED2打開，ED1打開；4→ED1→7→1（噴氣增焓循環(huán)）

（3）除霜/制冷循環(huán)：1→2→6→VO3→5→ED3→4→EX1→3→2→1，ED1關(guān)閉，ED2關(guān)閉，ED3打開。

1-壓縮機(jī)；2-四通換向閥；3-室內(nèi)換熱器；4-雙向儲(chǔ)液器；5-防霜盤管；6-室外換熱器；

7-閃蒸器；EX1、EX2-節(jié)流閥；VO1、VO2-單向閥；ED1～ED3-電磁閥

該防霜低溫空氣源熱泵新流程具有如下特點(diǎn)：

（1）全年高效運(yùn)行，區(qū)域適應(yīng)性強(qiáng)。通過噴氣增焓技術(shù)，可確保機(jī)組在較低室外空氣溫度下正常運(yùn)行，解決空氣源熱泵低溫下排氣溫度高、制熱量不足的問題。

（2）采用防霜盤管，預(yù)熱室外空氣從而延緩結(jié)霜，提高機(jī)組運(yùn)行效率和可靠性。

（3）采用雙向儲(chǔ)液器，從而使儲(chǔ)液器和氣液分離器合二為一，不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)流程，而且能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)流前過冷、吸氣過熱，進(jìn)一步提高機(jī)組的效率，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試及結(jié)果分析

依據(jù)系統(tǒng)流程，研制了一臺(tái)型號(hào)為RF14WG的分體式防霜低溫?zé)岜脴訖C(jī)，額定制熱量為14kW。樣機(jī)選配了一臺(tái)具有噴氣功能的5HP渦旋壓縮機(jī)，毛細(xì)管長(zhǎng)度為1.25m，制冷劑為R22。冷凝器單流程長(zhǎng)度為0.83m，分7路，12流程，3排布置，風(fēng)量2800m3/h。蒸發(fā)器單流程長(zhǎng)度為1.285m，分6路，12流程，2排布置，風(fēng)量為7600m3/h。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)防霜低溫空氣源熱泵樣機(jī)在低溫環(huán)境下的運(yùn)行特性以及結(jié)霜工況下機(jī)組的防霜特性進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。

2.1 低溫環(huán)境噴氣增焓運(yùn)行模式實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在低溫環(huán)境運(yùn)行時(shí)，根據(jù)閥門的切換實(shí)現(xiàn)三種不同的噴氣增焓運(yùn)行模式：

（1）模式1：閥門ED1開，ED2開，ED3關(guān)。

（2）模式2：閥門ED1關(guān)，ED2開，ED3關(guān)，即傳統(tǒng)空氣源熱泵運(yùn)行模式。

（3）模式3：閥門ED1開，ED2關(guān)，ED3關(guān)。

當(dāng)室外環(huán)境溫度為-15℃，室內(nèi)環(huán)境溫度為20℃時(shí)，三種模式下，壓縮機(jī)吸排氣壓力對(duì)比分析。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，前兩種模式的壓縮機(jī)吸排氣壓力基本相當(dāng)，分別為1.1MPa和0.15MPa。而當(dāng)采用第三種制熱運(yùn)行模式時(shí)，由于閃蒸器前毛細(xì)管和之后的節(jié)流閥的雙重作用，導(dǎo)致系統(tǒng)的吸氣壓力降低比較明顯，較前兩種模式，降低了40%，這大大降低了空氣源熱泵系統(tǒng)的可靠性，因此，在防霜低溫?zé)岜脵C(jī)組中，模式1的噴氣增焓運(yùn)行方案比較理想，可保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

當(dāng)室外環(huán)境溫度為-15℃，室內(nèi)環(huán)境溫度為20℃時(shí)，三種運(yùn)行模式下，壓縮機(jī)吸排氣溫度對(duì)比分析。從中可以看出，采用傳統(tǒng)的熱泵運(yùn)行模式時(shí)，壓縮機(jī)的排氣溫度最高，而采用了噴氣增焓運(yùn)行模式時(shí)，無論采用模式1還是模式3，系統(tǒng)的排氣溫度均有所下降，下降幅度分別為13.2%和6.5%，由此可見，采用噴氣增焓對(duì)于降低壓縮機(jī)的排氣溫度效果比較明顯。

當(dāng)室外環(huán)境溫度為-15℃，室內(nèi)環(huán)境溫度為20℃時(shí)，三種運(yùn)行模式下，系統(tǒng)性能系數(shù)的對(duì)比分析。從中可以看出，傳統(tǒng)的熱泵運(yùn)行模式時(shí)，系統(tǒng)的性能系數(shù)僅為1.42，而采用了噴氣增焓運(yùn)行模式，模式1的系統(tǒng)性能系數(shù)約為2.03，而采用模式3非但沒有增高反而降低，這是由于系統(tǒng)過度節(jié)流導(dǎo)致吸氣壓力偏低，進(jìn)而使得系統(tǒng)性能系數(shù)降低。

通過對(duì)上述三種噴氣增焓運(yùn)行模式的研究發(fā)現(xiàn)，采用模式1，系統(tǒng)無論從可靠性、還是降低壓縮機(jī)排氣溫度和提高COP方面，相比傳統(tǒng)的熱泵運(yùn)行模式，均具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.2 防霜運(yùn)行模式實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在防霜運(yùn)行模式下，來自室內(nèi)機(jī)的制冷劑首先經(jīng)過防霜盤管，然后再進(jìn)入室外機(jī)蒸發(fā)器進(jìn)行節(jié)流。由此可以看出，通過將部分供熱量來加熱經(jīng)過室外機(jī)的室外低溫空氣，來達(dá)到減少或者延緩結(jié)霜的目的。在本次實(shí)驗(yàn)中，對(duì)室內(nèi)機(jī)的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，分別保證其最大額定風(fēng)量的100%、75%和50%，調(diào)節(jié)室內(nèi)和經(jīng)過防霜盤管的熱量，達(dá)到延緩結(jié)霜的目的。

圖2和圖3分別為當(dāng)室外環(huán)境溫度為2℃，室內(nèi)環(huán)境溫度為20℃時(shí)，室內(nèi)機(jī)風(fēng)量分別為50%、75%和100%額定風(fēng)量時(shí)，防霜運(yùn)行時(shí)壓縮機(jī)吸排氣壓力和室外機(jī)上位于不同位置的三個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)的溫度隨著室內(nèi)機(jī)風(fēng)量的變化。由圖2可知，隨著室內(nèi)機(jī)風(fēng)量的減少，由于散失到室內(nèi)的熱量減少，系統(tǒng)的冷凝壓力增幅較大，由1.2MPa升至1.45MPa，而蒸發(fā)壓力雖然也有所升高，但升高幅度較小。因此，從其冷凝壓力和蒸發(fā)壓力，并沒有看出具有明顯的防霜效果顯現(xiàn)。但是，從圖3可以看出，比較其蒸發(fā)器表面溫度可以發(fā)現(xiàn)，隨著室內(nèi)機(jī)風(fēng)量的減少，由于散失到室內(nèi)的熱量減少，系統(tǒng)的蒸發(fā)器的表面溫度具有一定的溫升，如當(dāng)風(fēng)量分別有100%降低至50%時(shí)，A測(cè)點(diǎn)的溫度由-3.8℃升高至-0.6℃，B測(cè)點(diǎn)的溫度由-10.8℃升高至-5.6℃，C測(cè)點(diǎn)的溫度由-7.6℃升高至-5.4℃，蒸發(fā)器表面溫度升幅普遍較大。因此，通過降低室內(nèi)機(jī)風(fēng)量，利用防霜盤管可以有效地提高蒸發(fā)器表面壁溫，進(jìn)而可以有效的達(dá)到延緩結(jié)霜的目的。然而，需要指出的是，延緩室外結(jié)霜提高系統(tǒng)的可靠性是通過減少房間供熱量為代價(jià)的，需要平衡兩者之間的關(guān)系，進(jìn)行優(yōu)化兩者之間的能量分配。

3 結(jié)束語

研究結(jié)果表明，在環(huán)境溫度為-15℃時(shí)，模式1的噴氣增焓運(yùn)行方案，無論是從系統(tǒng)的可靠性、降低壓縮機(jī)排氣溫度還是提高COP各方面，均是最優(yōu)的運(yùn)行模式，也是一種能夠保證低溫工況下空氣源熱泵系統(tǒng)高效運(yùn)行的有效措施。同時(shí)，采用防霜盤管能有效緩解結(jié)霜，但是，需要平衡供熱量和防霜熱量之間的關(guān)系，使之達(dá)到一個(gè)合理的能量分配比例，以實(shí)現(xiàn)可靠性和性能的雙重保障。

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