摘要：本文對一臺80L熱泵熱水器臥式一體機進行了動態(tài)實驗研究，設(shè)計了四組實驗方案驗證了不同蒸發(fā)器和冷凝器對整體性能的影響。結(jié)果表明：材料成本持平時，用16mm扁管代替原機25mm扁管冷凝器，可有效提高整機能效，加快熱水加熱速度，對應(yīng)蒸發(fā)器，用微通道代替原機銅管翅片，在同等性能時可以降低成本和重量。

開頭

空氣源熱泵熱水器利用熱泵供暖的“逆卡諾”制冷循環(huán)原理，將空氣中的低溫位熱轉(zhuǎn)移到應(yīng)加熱的水中，使水溫上升[1]。在家用熱水器領(lǐng)域中，電加熱式熱水器及氣體熱水器的一部分逐漸被置換。

電加熱蓄水式熱水器目前仍是家用熱水器的主流產(chǎn)品，年規(guī)模在1000萬臺以上，而純電加熱式熱水器，盡管隨著技術(shù)的高度化，安全性基本得到了確保，但由于電熱轉(zhuǎn)換效率在95%左右家用壁掛式熱水器使用熱泵加熱代替電加熱[2]。成為近年來家電節(jié)能技術(shù)的方向之一。本文主要介紹在上述類型的熱泵熱水器中，用微通道換熱器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銅管翅片蒸發(fā)器，優(yōu)化微通道冷凝器，從而提高能效和加熱速度，降低成本和重量。

1、系統(tǒng)概要

熱泵熱水器一體機由空氣源熱泵系統(tǒng)和水箱構(gòu)成，相對于現(xiàn)有的電熱水器追加了制冷劑系統(tǒng)，系統(tǒng)原理圖如圖1所示。由于家庭用壁掛安裝負(fù)荷限制及外觀要求，通常如圖2所示，具有與以往的電熱水器相同的外形。

2、熱交換器規(guī)格比較

試驗樣機為國產(chǎn)品牌熱泵熱水器臥式一體機，制冷劑R134a，水箱標(biāo)稱容積80L，原機蒸發(fā)器為傳統(tǒng)銅管翅片換熱器，冷凝器為微通道扁平管覆蓋搪瓷內(nèi)膽管外壁面的結(jié)構(gòu)。

本文蒸發(fā)器如圖3所示，采用微通道換熱器代替原機銅管翅片換熱器，可有效降低重量和成本，冷凝器如圖4所示采用新型微通道扁管，優(yōu)化與內(nèi)膽外壁面的接觸面積在成本持平的情況下，增加了約30%的熱交換面積。表1和圖5表示蒸發(fā)器和冷凝器的規(guī)格和重量對比。

3、實驗試驗方案

按國標(biāo)GB29541-2013加熱方式分類，屬于普通靜態(tài)加熱式[4]。而且，一體機用于室內(nèi)運轉(zhuǎn)狀況，不涉及低溫結(jié)霜問題，試驗評價方法和運轉(zhuǎn)狀況如表2所示。

熱泵系統(tǒng)供暖量（不含輔助電加熱）計算采用GB23137-2008的6.3.2.3方法，輸出功率6.4方法[3]。最終能效比由以下公式計算：

本文為更好地評價替代方案蒸發(fā)器和冷凝器的性能，進行了四組不同換熱器組合的實驗，詳細(xì)的實驗方案見表3。

4、實驗結(jié)果分析

四個實施方案均在環(huán)境溫度20/15的標(biāo)準(zhǔn)條件下將水從15℃加熱到55℃時停止測試。

圖6和圖7分別為4組不同方案，總COP為水溫變化情況和水溫由15℃加熱至55℃的整機能效數(shù)值。從圖上看，COP隨著水溫的上升而不斷下降。主要原因是隨著水溫的升高，高低壓比增大，壓縮機功耗增加，能力降低，COP不斷降低

對于同一冷凝器，不同蒸發(fā)器COP隨水溫的變化基本一致，說明蒸發(fā)器微通道2列16的替代方案與原機銅管翅片換熱器的能力相當(dāng)。通過方案1與方案3、方案2與方案4的對比，冷凝器16mm扁平管的替代方案可將原機的COP提高0.3左右，相當(dāng)于將整機的能效水平提高1-2級。

圖8為4組不同方案，加熱時間引起水溫變化情況。4組方案水溫隨加熱時間的變化曲線在水溫加熱至35℃前基本一致，水溫超過35℃后，16mm扁平管冷凝器方案水溫上升速度略快于原機。

5、結(jié)論

本文通過對四組換熱器組合方案熱泵熱水器動態(tài)加熱過程的實驗探索，得出以下結(jié)論：

（1）對于熱泵熱水器蒸發(fā)器來說，微通道換熱器與原機銅管翅片蒸發(fā)器的能力基本一致，但重量較輕，材料成本較低，可以考慮代替銅管翅片用于熱泵熱水器臥式一體機蒸發(fā)器。

（2）對于熱泵熱水器冷凝器來說，在成本基本不變的情況下，采用16mm扁管代替原機25mm扁管冷凝器，扁管之間的間隔更小，與儲水箱的貼合面積更大，可有效地提高整體能效0.3左右能效水平可提高1-2級，加熱速度也略有加快。

（3）本實驗側(cè)重于微通道換熱器的性能比較，對冷凝器的隔熱采用手工覆蓋保溫材料的方式，與熱水器廠家的發(fā)泡方式相比，有一定的漏熱，但不影響冷凝器的橫向比較，如用于正式產(chǎn)品，能效值有進一步提高的空間。