空气源静态加热式热泵热水器换热效率分析对比

2013-07-09陈进

家电科技 2013年11期

陈进

（珠海格力电器股份有限公司广东珠海 519070）

1 概述

空气源热泵热水器根据其冷凝方式可分为直热式热泵热水器、循环式热泵热水器和静态加热式热泵热水器。静态加热式热泵热水器，根据其换热盘管位置又可分为外绕盘管式热泵热水器和内绕（浸泡）盘管式热泵热水器。如图1。两种形式的热泵热水器，无论在结构还是系统性能上都各有优缺。本文仅限于讨论其换热性能，其他方面优缺对比在本文中暂不提及。

2 理论分析

2.1 压焓图对比

如图2所示热泵循环压焓图，对于冷凝温度相对较低的循环1→2→3→4→1，有：

对于冷凝温度相对较高的循环1→2’→3’→4’→1，有：

由于： 0

所以： COP'

即，对于一个既定的系统，当蒸发温度一定时，由上述推导可知，当冷凝温度/压力升高时：

• 压缩比增大

• 压缩功提高

• 排气温度上升

• 制热能效比降低

2.2 传热介质对比

对于空气源热泵热水器而言，采用不同的冷凝方式、冷凝设备会导致不同的冷凝温度、冷凝压力，进而会产生不同的制热能效比。

图1 静态加热式热泵热水器结构示意图

图2 热泵循环压焓图

图3 热量传递示意图

图4 内外盘冷凝温度对比图

图5 内外盘高压对比图

图6 内外盘消耗功率对比图

如图3所示，在热量的传递方向上，热量从高温冷媒转移到低温水，需要经过如下环节：

外绕盘管式热泵热水器：冷媒→铜管壁→空气间隙→水箱内胆壁→水；

内绕盘管式热泵热水器：冷媒→铜管壁→水。

外盘式在传热方向上多出接触热阻和水箱内胆壁热阻，当外盘式与内盘式冷媒侧保持相同状态时，由于外盘式多出两重热阻，因此传热效率上，外盘式将比内盘式低。

在制取相同水温热水时，热量由高温物体向低温物体传递，如图3所示，可直观地看出外绕盘管式冷凝温度明显高于内绕盘管式冷凝温度。根据图2推导出的，对于同一个热泵热水系统，理论上，采用外绕盘管式冷凝方式其制热能效比将采用内绕盘管式冷凝方式低。

3 实验分析

实验样机：KFRS-3.3J/A配外绕盘管水箱、内绕盘管水箱，冷媒灌注量：1300g R22。

试验方法按照GB/T 23137—2008《家用和类似用途热泵热水器》的试验要求，最后的试验数据见表1。

测试表明，内绕盘管式热泵热水器其能效高于外绕盘管式热泵热水器。对于本实验机组，在相同的系统条件下，内绕盘管式热泵热水器能效高出外绕盘管式0.35。

内绕盘管式及外绕盘管式在不同水温时的高低压数据及测试功率数据分别见表2和表3。

内盘管式与外盘管式热泵热水器在一个热水周期内的冷凝温度对比、高压对比、消耗功率对比分别见图4、图5、图6。（一个热水周期是指将平均温度为15℃的水加热到平均温度55℃）

从图4至图6可以看出，实际测试情况与第2部分的理论分析相吻合。即，由于内绕盘管热泵热水器在热量传递方向上比外绕盘管减少了接触热阻与水箱内胆壁面热阻，因此在同等条件下，其传热效果好（冷凝效果好），平均冷凝温度低→冷凝压力低→压缩比小→压缩功小→压缩机运行功率低→机组运行耗电量少→机组制热能效比高。

4 结论

在理论及实际上，内绕盘管式热泵热水器换热效率优于外绕盘管式热泵热水器，要达到内盘式热泵热水器的相同能效比，外盘式将会付出更多的代价；内盘式热泵热水器虽然能效高，但又存在盘管易腐蚀的先天缺陷。当然，在实际的产品开发过程中，不同公司会采取不同的办法来提高外盘式热泵热水器的换热效率；同时，由于各公司技术研发实力存在差异，研发出的内盘式热泵热水器换热效率也可能千差万别。