外盤管空氣源熱泵熱水器不同工況下的試驗研究
模擬5 個不同的環境工況，對外盤管空氣源熱泵熱水器進行了一系列的試驗研究。分析了環境溫度對水加熱速率的影響，以及環境溫度和水溫變化對系統制熱量、壓縮機壓比、性能系數( COP) 、排氣溫度、排氣壓力等參數的影響，為提高系統性能的進一步研究提供了理論依據。
前言
熱泵熱水器是繼電熱水器、燃氣熱水器和太陽能熱水器后的第4 種熱水器，近年來越來越受到人們的青睞。目前國內空氣源熱泵熱水器基本上每年保持150% -200%的比率增長�？諝庠礋岜脽崴鲗Υ嬖谟诳諝庵械目稍偕�、低品質能源的利用率60% ～80%，制熱效率約是電熱水器的3 ～4 倍，能顯著減少碳排放，是一種高效節能的供熱水產品; 運行成本低，還能夠實現“移峰填谷”，緩解電網緊張狀況; 此外采用水電分離技術，安全系數相當高，有著廣闊的發展空間和應用前景。
2、試驗方案
外盤管空氣源熱泵熱水器系統的工作原理如圖1 所示。
圖1 外盤管空氣源熱泵熱水器系統工作原理
研究配置外盤管水箱，采用靜態加熱方式的的空氣源熱泵熱水器，在不同環境工況下，實現制熱水的節能環保性能。真空技術網(http://203scouts.com/)在綜合分析熱泵系統運行性能基礎上，重點考察系統COP 隨環境溫度與水溫的變化趨勢，其次考察極端環境( 即高溫和低溫工況) 下運行的可靠性等。
系統主要由蒸發器、冷凝器( 外盤管水箱) 、壓縮機、節流裝置( 毛細管) 4 部分組成。通過制冷工質蒸發、壓縮、冷凝、節流到再蒸發的熱力循環過程，不斷將空氣中的熱量吸收利用，并轉移到水中。
空氣源熱泵熱水器是以消耗一部分電能P作為代價的( 主要為壓縮機耗電和風機耗電) ，從環境中吸收的熱量為Qa，輸出能量Qh = Qa + P。本試驗主要考察的性能指標為性能系數COP，COP 與制熱量Qh和耗電量P 密切相關，計算公式為:
2.1、試驗裝置
本試驗測試是采用廣州某公司自主研發的一臺型號為ZKFRJ -120 的空氣源熱泵熱水器作為主機，并配置一臺150L 外盤銅管承壓水箱。主機內的壓縮機采用松下萬寶高效旋轉全封閉式壓縮機。蒸發器采用管翅式，高效內螺紋紫銅管脹接于親水波紋鋁翅片中。
節流裝置采用簡單可靠的毛細管。風機采用內置過敏熱阻過熱保護的低轉速軸流風機。冷凝器采用外盤銅管承壓水箱，換熱方式為靜態，制冷劑通過水箱內膽外壁放熱，熱量再由外壁向內部儲存的水進行換熱�？刂破鳛樽灾鏖_發，運行狀態顯示包括水箱水溫，盤管溫度，排氣溫度，壓縮機電流機組運行故障等顯示。
控制器還具有全方位控制保護功能，包括開機延時保護，吸氣壓力過低保護，排氣溫度過高保護，排氣壓力過高保護，壓縮機電機過流保護，壓縮機防頻繁啟停，風機過載保護，溫度傳感器故障告警，壓縮機內置保護，同時也包含了三時段定時開關機，掉電記憶功能，自動化霜技術，水箱溫度設定等控制功能。
2.2、試驗儀表精度
熱電偶分辨率: 0. 1℃; 功率表和電流表: 0. 2級; 干球和濕球控制精度是± 0. 1℃。
2.3、試驗條件
不同環境工況的模擬通過焓差試驗室來實現，通過設置空氣干球和濕球溫度來自動調節。本試驗的主要測試工況如表1 所示，設置水箱水溫達到55℃時主機自動停機。
表1 試驗測試工況 ( ℃)
3、試驗結果及分析
結論
(1) 從試驗測試的結果可以得知，外盤管空氣源熱泵熱水器系統在-7 ～ 43℃環境下均運行正常，名義工況下系統COP 可達到4，即使-7℃的極端環境仍大于1，說明外盤管空氣源熱泵熱水器相對于傳統的燃氣熱水器、電熱水器，節能效果比較顯著。
(2) 同樣從測試數據可以推測，如若環境溫度繼續升高( > 43℃) ，極易出現排氣溫度和排氣壓力過高保護，如環境溫度繼續降低，也必然會出現低壓保護，或者COP 過低，達不到節能的效果。另外熱水出口溫度設置的提高，也會大大削弱系統的節能效果。因此，外盤管空氣源熱泵熱水器的使用依然受到環境溫度和熱水出口溫度的限制。若想要突破以上限制，獲得更好的性能，除了繼續優化系統，強化蒸發器和冷凝器的傳熱外，還可以采用兩級壓縮、復疊循環來降低壓縮機的壓縮比，或者采用新形式的壓縮機，使用新制冷劑或混合工質來改善性能。
