直热式热泵热水器冷凝器结构优化试验研究

　　1 引言

　　空气源热泵热水器按照加热方式分为直热式和循环加热式，直热式相对于循环加热式具有出水温度稳定，热舒适性较好; 进水温度恒定，压缩机排气温度稳定，对压缩机的冲击性小，有利于延长压缩机寿命; 低温自来水进水直接吸收冷媒的热量，换热效率高等优点[1]。

　　国内外专家对热泵热水器的相关研究很多，如裴刚等人做了直热式和循环加热式热水器的对比实验，发现加热同等水量到指定温度的情况下，直热式热水器不仅COP 系数较后者高，而且冷凝效率也优于后者[2]; 张良俊等对空气源热水器中热力膨胀阀的稳定性做了相关实验，指出要很好掌握膨胀阀开度，并且适量充注制冷剂，能使整个系统的性能得到一定的提升[3]; 张太康等分别用R134a 等几种制冷剂在空气源热水器系统中进行各种典型工况下的试验，试验结果表明，需要根据具体使用的环境情况和对水温的要求来选择制冷剂，能使系统运行效率有所保证[4]; 张洁等从热泵热水器的具体结构入手，研究了冷凝盘管长度和系统的匹配问题，最终得出的结论是系统设计要在计算的基础上，通过具体实验进一步验证，以使系统最优化[5]; 台湾的B.J.Huang 等对太阳能辅助式热泵热水器进行相关研究，试验结果表明这种辅助式结构不仅能够比原来的结构更节能而且性能系数最高也达到了3.83[6]; 此外 Morri-son 等则通过试验分析了热泵热水器不同季节的性能，为热泵热水器的节能高效标准提供另一个依据[7]; Christopher Goodman 等仿真了跨临界二氧化碳热泵热水器系统，利用模拟来优化热水器性能[8]。

　　冷凝器是热泵热水器系统中的关键换热机构之一，直接影响了系统的整体性能，本文从热水器的冷凝器结构入手，通过试验来比较热水器的运行性能，从而对改进热水器的效率提供试验依据。

　　2 空气源热泵试验台及测试装置

　　2. 1 试验台及测试装置

　　以本试验的组装结构为例来说，空气源热泵热水器系统主要包括以下几个部件: ZR57KH -TFD 涡旋式压缩机，电磁四通换向阀，水侧换热器，外平衡热力膨胀阀，风侧换热器，恒温控制器，气液分离器，制冷剂管路，压力控制器，检验阀等。试验台自动测试系统由1 台计算机和Agilent34970A 数据采集仪组成。在试验过程中测量的数据包括环境温度，冷凝器进出口温度，压缩机吸排气温度、压力，蒸发器进出口温度，和电功率等参数。环境干湿球温度采用铂电阻Pt100 进行测量，压缩机进出口、冷凝器进出口、蒸发器进出口温度采用0.2mm 铜康铜热电偶进行测量，压缩机进出口压力采用压力表进行测量，系统所消耗的功率采用钳形功率表进行测量。