空氣源靜態加熱式熱泵熱水器換熱效率分析對比

陳進

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

1 概述

空氣源熱泵熱水器根據其冷凝方式可分為直熱式熱泵熱水器、循環式熱泵熱水器和靜態加熱式熱泵熱水器。靜態加熱式熱泵熱水器，根據其換熱盤管位置又可分為外繞盤管式熱泵熱水器和內繞（浸泡）盤管式熱泵熱水器。如圖1。兩種形式的熱泵熱水器，無論在結構還是系統性能上都各有優缺。本文僅限于討論其換熱性能，其他方面優缺對比在本文中暫不提及。

2 理論分析

2.1 壓焓圖對比

如圖2所示熱泵循環壓焓圖，對于冷凝溫度相對較低的循環1→2→3→4→1，有：

對于冷凝溫度相對較高的循環1→2’→3’→4’→1，有：

由于： 0

所以： COP'

即，對于一個既定的系統，當蒸發溫度一定時，由上述推導可知，當冷凝溫度/壓力升高時：

? 壓縮比增大

? 壓縮功提高

? 排氣溫度上升

? 制熱能效比降低

2.2 傳熱介質對比

對于空氣源熱泵熱水器而言，采用不同的冷凝方式、冷凝設備會導致不同的冷凝溫度、冷凝壓力，進而會產生不同的制熱能效比。

圖1 靜態加熱式熱泵熱水器結構示意圖

圖2 熱泵循環壓焓圖

圖3 熱量傳遞示意圖

圖4 內外盤冷凝溫度對比圖

圖5 內外盤高壓對比圖

圖6 內外盤消耗功率對比圖

如圖3所示，在熱量的傳遞方向上，熱量從高溫冷媒轉移到低溫水，需要經過如下環節：

外繞盤管式熱泵熱水器：冷媒→銅管壁→空氣間隙→水箱內膽壁→水；

內繞盤管式熱泵熱水器：冷媒→銅管壁→水。

外盤式在傳熱方向上多出接觸熱阻和水箱內膽壁熱阻，當外盤式與內盤式冷媒側保持相同狀態時，由于外盤式多出兩重熱阻，因此傳熱效率上，外盤式將比內盤式低。

在制取相同水溫熱水時，熱量由高溫物體向低溫物體傳遞，如圖3所示，可直觀地看出外繞盤管式冷凝溫度明顯高于內繞盤管式冷凝溫度。根據圖2推導出的 ，對于同一個熱泵熱水系統，理論上，采用外繞盤管式冷凝方式其制熱能效比將采用內繞盤管式冷凝方式低。

3 實驗分析

實驗樣機：KFRS-3.3J/A配外繞盤管水箱、內繞盤管水箱，冷媒灌注量：1300g R22。

試驗方法按照GB/T 23137—2008《家用和類似用途熱泵熱水器》的試驗要求，最后的試驗數據見表1。

測試表明，內繞盤管式熱泵熱水器其能效高于外繞盤管式熱泵熱水器。對于本實驗機組，在相同的系統條件下，內繞盤管式熱泵熱水器能效高出外繞盤管式0.35。

內繞盤管式及外繞盤管式在不同水溫時的高低壓數據及測試功率數據分別見表2和表3。

內盤管式與外盤管式熱泵熱水器在一個熱水周期內的冷凝溫度對比、高壓對比、消耗功率對比分別見圖4、圖5、圖6。（一個熱水周期是指將平均溫度為15℃的水加熱到平均溫度55℃）

從圖4至圖6可以看出，實際測試情況與第2部分的理論分析相吻合。即，由于內繞盤管熱泵熱水器在熱量傳遞方向上比外繞盤管減少了接觸熱阻與水箱內膽壁面熱阻，因此在同等條件下，其傳熱效果好（冷凝效果好），平均冷凝溫度低→冷凝壓力低→壓縮比小→壓縮功小→壓縮機運行功率低→機組運行耗電量少→機組制熱能效比高。

4 結論

在理論及實際上，內繞盤管式熱泵熱水器換熱效率優于外繞盤管式熱泵熱水器，要達到內盤式熱泵熱水器的相同能效比，外盤式將會付出更多的代價；內盤式熱泵熱水器雖然能效高，但又存在盤管易腐蝕的先天缺陷。當然，在實際的產品開發過程中，不同公司會采取不同的辦法來提高外盤式熱泵熱水器的換熱效率；同時，由于各公司技術研發實力存在差異，研發出的內盤式熱泵熱水器換熱效率也可能千差萬別。

表1 空氣源靜態加熱分體式熱泵熱水器測試數據對比表

表2 內繞盤管式測試數據

表3 外繞盤管式測試數據

[1]GB/T 23137—2008,家用和類似用途熱泵熱水器[S].

[2]王朝鑫.靜態加熱式空氣源熱泵熱水器運行性能的試驗研究[J].鄭州輕工業學院學報,2011,5