空调器冷凝热量的回收研究

河南省轻工业学校 李 阳

空调器冷凝热量的回收研究

河南省轻工业学校 李 阳

随着人民生活水平的日益 提高，空调器和热水器的数量大幅增多，使得我国的能源状况更加严峻。 夏季，空调器排放的热 量不仅造成了能源的浪费， 同时也进一步恶化了大气的热 环境。为探讨更多的空调器节能 方法，本文从利用空调器夏季排放的热量加热部分生活用水的思路出发，研究空调器热量回收的可行性。

空调器； 冷凝热量；节能；回收

1.引言

随着经济的快速发展，人们对生活质量的要求越来越高，对空调器和热水器的需求越来越大。夏季，空调器在制冷时会向环境空气中排放大量的热量，同时，人们又需要大量的热量去加热生活用水。如何利用空调器排放的热量加热部分生活用水，如洗浴用水等，已经成为节约能源的又一个有效途径。目前，国内外学者已积极的开展了空调器热量回收的研究，其意义不仅在于回收热量、节约能源，同时也能够降低对夏季空气热环境的影响，提高空调器的使用效率。

本文着重研究在保证空调器功能的前提下，回收空调器冷凝热量，利用冷凝热来承担日常生活热水的热量供应。

2.系统工作原理

本系统在家用空调系统的基础上进行改进，采用蒸汽压缩式制冷循环。系统包括压缩机，室内外热交换器，节流装置，套管式的热回收装置及阀门等辅助设备。如图1所示，当系统需要进行单独制冷工作时，系统进行传统的空调制冷运行模式，毛细管2起到节流作用。当需要在制冷的模式下进行生活用水加热时，依然进行传统的空调制冷运行模式，只需要关闭室外热交换器风机，由热回收换热器利用系统的冷凝热量加热所需的生活热水。当只需要加热生活用水时，则需要进行空调制热模式，此时毛细管1起到节流作用，但应关闭室内热交换器风机。

3.系统性能测试

实验系统的搭建和测试根据相关的规范和准则进行。机组制冷量采用房间型量热计法和空气焓差法测试。

图1 系统原理图

图2 室内热交换器风量变化对系统性能系数的影响

图3 水温对系统性能系数的影响

图4 水温对系统性能系数的影响

3.1 换热设备的选择

设定纵向管和横向管间距均为25mm，冷凝器传热管选用紫铜管φ9.35×0.35，翅片选用δf=0.15mm铝翅片，翅片间距sf=2mm，迎风面上管中心距sl=25mm，管束按正三角形叉排排列。蒸发器传热管选用紫铜管φ9.35×0.35，翅片选用δf=0.2mm铝翅片，翅片间距sf=2.2mm，管束按正三角形叉排排列，垂直于流动方向管间距s1=25mm，沿流动方向管排数取nl=4。热回收器采用螺旋式套管型内肋外牙管，能够使流经的冷媒和冷却水在套管内的流动为复杂的旋流形式，可使冷媒内能量最大限度的传导给被加热生活用水，进行充分的热交换。

3.2 测试方法

机组制冷量采用房间型量热计法进行测量，机组室内侧制冷量通过测定用于平衡制冷量和除湿量所输入量热计室内侧的热量和水量来确定；室外侧提供测定机组能力的验证试验，其室外侧制冷量，是通过用于平衡机组冷凝器侧排出的热量和凝结水量而从量热计室外侧取出的热量和水量来确定。

应注意在室内侧和室外侧之间应装有压力平衡装置，以保证量热计的 室内、外侧压力平衡。由于两室之间气流流动方向可能是变化的，故应采用两套相同的但安装方向相反的压力平衡装置或一套可逆的装置。测量时，调节压力平衡装置，使两室之间的压力差不大于1.25Pa。

当用空气焓差法进行室外侧试验时，应保证空气流量测量装置不会改变被试空调机的性能，否则应进行修正。测量时，先接上空调机室内侧的试验装置，连续运行1小时以上，在工况稳定后记录测量值，然后接上室外侧的试验装置进行试验，连续运行1小时以上保持两侧装置稳定后进行记录，要求室内侧试验结果应与不接室外侧装置时的试验结果误差不应超过2.0%。

4.系统性能

4.1 单独制冷模式

设定室内干、湿球温度分别为27℃和19℃，随着室内侧换热器风量的变化，记录试验数据，分析系统主要参数的变化情况，从而确定系统的最佳室内侧换热器风量。

图2表明，随着室内热交换器风机风量的变化，系统的性能系数变化较为复杂，主要原因是因为在制冷运行初期，在风量达到898m3/h前，机组制冷量提高的速度大于功率的增加速度；故系统的性能系数呈上升状态；当风量达到1005m3/h时，此时系统压缩机的压力比基本达到3，压缩机消耗的功率最大，使 得系统的性能系数大幅下降；当风量超过1005m3/h后，由于毛细管出现扼流现象，毛细管中制冷剂流量只随压力变化，蒸发器中制冷剂发生气化现象，使压缩机吸气压力升高，并且由于风量的增加，使得室内热交换器提高了换热效率，此时系统处于大风量小温差下运行，性能系数开始回升。

4.2 制冷兼制热水模式

设定实验工况，室内干、湿球温度分别是27℃和19℃，温差波动范围为0.3℃，对系统运行情况进行数据记录和分析，检查机组主要参数是否在允许波动范围内，并在此基础上对机组进行调整和改进。

图3表明，随着被加热生活用水水温的上升，系统性能系数逐渐下降，当水温达到55.1℃时，系统性能系数在3.24左右。由于水温升高导致冷凝热量散热不足，使得冷凝压力和温度升高，蒸发温度降低，系统循环效率降低，而要获得额定冷量，必须增大压缩机功率，故随着水箱水温的提升，系统性能系数降低。

4.3 单制取热水模式

设定标准工况20℃和低温工况7℃，水温从15℃加热到55℃，水流量设定为0.68m3/h。

图4表明，两种工况下的系统性能系数随着被加热生活用水水温升高而降低，并且两者的差距也逐渐缩小。这是因为随着水温的升高，机组所消耗的功率迅速上升，而 此时机组制热量逐渐降低，从而导致机组的性能系数降低。也反映出系统性能系数随着环境温度的降低而降低，经济性也越差。

5.结论与展望

采用本系统进行空调冷凝热量的回收，在一定环境温度条件下用于加热用户生活用水，能够节约能源，改变传统空调较为单一的运行模式，减少空调设备的闲置时间，提高设备的利用率。

本系统未考虑较冷温度下系统的性能，并且由对本系统只是进行了初步研究，为系统的推广和应用打下一定的理论和实践基础。因此，还可以对系统进行优化，使运行效率能够进一步提高。

[1]蒋绿林,张晔.空气源热泵热水器实 验研究[J].江苏工业学院学报,2009(1).

[2]季杰,裴刚,何伟.空调-热水器一体机制冷兼制热水模式的拟合试验分析[J].暖通空调,2003.

[3]苏玉海,淦国庆.同轴式套管换热器应用于家用循环式热泵热水器的特性实验研究[J].制冷与空调,2010(1).

李阳（1975—），河南郑州人，河南省轻工业学校讲师，制冷和空调设备运行与维修专业带头人，主要从事制冷与空调的研究和教学工作。