1、热泵型空调器运行特性的实验研究 武汉科技大学 苏顺玉 张春枝 陈俭 摘要 ： 用 空气 焓差实验法 ， 在制冷工况下 对一台热泵型空调器进行了最佳 充注量的实验研究，并 分别在制冷工况和制热工况下对冷凝器和蒸发器管壁的温度分布进行了测量。实验 结果表明， 空调系统 中 存在一个最佳制冷剂充注量，使得空调系统的制冷量 和能效比 达到最大值 ，而系统输入功率受 制冷剂充注量 的影响较小。 本文还根据实验结果分别给出了在制冷工况和制热工况下 进行 冷凝器和 蒸 发器换热计算时，制冷剂与管壁之间的平均温差 。 本文 的研究 结果 为空调系统充注量的模拟计算以及换热 器模型的建立提供了实验依据。 关键词
2、 ： 热泵 ； 空调 ； 空气 焓差法 ；充注量 随着世界能源的日趋紧张，节约用能和合理用能显得越来越重要，因而热泵型空调器的使用也日益广泛 1。 近十年来，空气源热泵在房间空调器、小型户用空调及中大型建筑物上都得到较快的推广应用 2。空气源热泵型空调器夏季制冷、冬季制热，一机两用，设备利用率高，但当空气温度较低时，热泵的供热性能会下降。为了进一步分析热泵型空调器的制冷制热性能，本文用 空气 焓差实验法，对一台 12KW的热泵型空调器的运行特性进行了实验研究。 1 实验原理与装置 1.1 实 验原理 空气焓差法是一种测定空调器制冷、制热能力的方法。它的实验原理是将被测试空调器放置于人工模拟的环
3、境内，在持续的稳定状态中，通过测量被测试空调器送、回风口空气的干球及湿球温度等送、回风参数以计算焓差，同时测量室内机的循环风量，用测出的风量与送风、回风焓差的乘积确定房间空调器的制冷量或制热量 3。在测定制冷或制热量的同时，测定空调器的输入电压、电流，以确定输入功率以及空调器的能效比。 1.2 实验装置 空气焓差法实验装置布置如图 1 所示。实验台包括两个相邻的实验房间，两个房间内都布置有空气处理机，该机组具有 制冷、加热和加湿的功能，可分别模拟所要求的室内侧和室外侧空气状态，以保证空调器在规定的干、湿球温度范围内运行。空气测量装置安装在室内侧并与空调器送风口相接。空气测量装置应有良好的保温，
4、以使漏热量不超过被测制热量的 5。 图 1 空气焓差法实验装置布置图 2 实验工况 实验时，调节室内外空气处理机组，将房间内的温度、压力等参数调节至表 1 所要求的室内侧和室外侧状态，通过计算机实时监控 其工作状 态 。 表 1 实验工况 工况条件 室内侧空气状态， 室外侧空气状态， 干球温度 湿球温度 干球温度 湿球温度 T1 型 制冷工况 27 19 35 24 T1 型 制热工况 20 15 7 6 3 最佳充注量的实验研究 在制冷工况下，采用焓差实验方法，对一台 12KW 分体式空调进行实验研究，测得制冷剂充注量对空调系统的影响如图 24 所示。图 2 表示空调系统制冷量随制冷剂充注量
5、的变化曲线。从图中可以看出，当制冷剂充注量较小时，空调系统的制冷量随制冷剂充注量的增大而增大；当制冷剂充注量为 3.55kg 时，空调系统制冷量达到最大值，随后制冷量随制冷剂充注量的增大反而减小。这说明空调系统存在一个最佳制冷剂充注量，使得空调系统的制冷量 达到最大值。 3. 1 3. 2 3. 3 3. 4 3. 5 3. 6 3. 7 3. 8 3. 910. 811. 011. 211. 411. 6制冷量 (KW)充 注 量 (k g )3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.92.402.442.482.522.562.60EER充 注 量 (k g )图
6、 2 制冷量随制冷剂充注量的变化曲线 图 3 能效比随制冷剂充注量的变化曲线 3. 1 3. 2 3. 3 3. 4 3. 5 3. 6 3. 7 3. 8 3. 94. 304. 354. 404. 454. 504. 554. 60输入功率 (KW)充 注 量 (k g )图 4 输入功率随制冷剂充注量的变化曲线 图 3 表示系统能效比随制冷剂充注量的变化曲线。从图中可以看出，当制冷剂充注量较小时，系统的能效比随制冷剂充注量的增大而增大；当制冷剂充注量为 3.55kg 时，系统能效比达到最大值，随后系统的能效比随制冷剂充注量的增大反而减小。这说明空调系统存在一个最佳制冷剂充注量，使得系统的
7、能效比达到最大值。 图 4 表示空调系统输入功率随制冷剂充注量的变化曲线。从图中可以看出，当制冷剂充注量不断增大时，空调系统的输入功率随制冷剂充注量的增大在 4.45KW 上下波动，这说明制冷剂充注量对空调系统的输入功率影响不大。 从以上分析可看出，空调系统的制冷量和能效比在系统制冷剂充注量为某一最佳值时达到最大。因此，对空调系统最佳制冷剂充注量的研究分析是非常必要的。 4 换热器壁温的测量及 分 析 4.1 制冷工况时 换热器壁温的测量及分析 制冷工况时， 在系统 冷凝温度 tk=54.4， 蒸发温度 t0=7.2， 过冷温度 tsc=46.1， 压缩机排气温度为90 时测量 换热器壁温的
8、结果如图 56 所示。 图 5 为冷凝器沿管长方向的温度分布图， 图中 tw 为 焓差实验中测得的冷凝器管壁温度， tR22 为冷凝器管内制冷剂温度。参考图 5， 进行 冷凝器 换热计算时， 制冷剂与管壁之间的平均温差，过热段 可 取 10，两相段和过冷段 可 取 5。 图 6 为 制冷工况时蒸发器沿管长方向的温度分布图， 图中 tw 为 焓差实验中测得的蒸发器管壁温度， tR22为 蒸发器管内制冷剂温度。参考图 6， 进行蒸发器换热计算时， 制冷剂与管壁之间的平均温差 可 取 5。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 124045505560657075808590twtR2
9、 2t ( 0C)Z (m )图 5 冷凝器 沿管长方向的 温度分布 0 1 2 3 4 502468101214161820twtR2 2t ( 0C)Z ( m )图 6 蒸发器 沿管长方向的 温度分布 4.2 制热工况时 换热器壁温的测量及分析 制热工况时， 在系统 冷凝温度 tk=53， 蒸发温度 t0=-2， 过冷温度 tsc=48， 压缩机排气温度为 85时测量 换热器壁温的 结果如图 78 所示 。图 7 为冷凝器沿管长方向的温度分布图， 图中 tw 为 焓差实验 中测得的冷凝器管壁温度， tR22 为冷凝器管内制冷剂温度。参考图 7， 进行 冷凝器 换热计算时， 制冷剂与管壁之
10、间的平均温差，过热段 可 取 6，两相段和过冷段 可 取 3。 图 8 为 制冷工况时蒸发器沿管长方向的温度分布图， 图中 tw 为 焓差实验中测得的蒸发器管壁温度， tR22为蒸发器管内制冷剂温度。参考图 8， 进行蒸发器换热计算时， 制冷剂与管壁之间的平均温差 可 取 3。 0 1 2 3 4 540455055606570758085twtR 22t ( 0C)Z ( m )图 7 冷凝器 沿管长方向的 温度分布 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-4-3-2-10123twtR 22t ( 0C)Z ( m )图 8 蒸发器 沿管长 方向的 温度分布 5 结论 （
11、 1） 空气焓差实验结果表明，空调系统中存在一个最佳制冷剂充注量，使得空调系统的制冷量和能效比达到最大值，而系统输入功率受制冷剂充注量的影响较小。 （ 2） 在制冷工况下，进行 冷凝器 换热计算时， 制冷剂与管壁之间的平均温差，过热段 可 取 10，两相段和过冷段 可 取 5， 进行蒸发器换热计算时， 制冷剂与管壁之间的平均温差 可 取 5 ； 在制热工况下，进行 冷凝器 换热计算时， 制冷剂与管壁之间的平均温差，过热段 可 取 6，两相段和过冷段 可 取 3， 进行蒸发器换热计算时， 制冷剂与管壁之间的平均温差 可 取 3 。 参考 文献 1 蒋能照 . 空调用热泵技术及应用 . 北京：机械工业出版社， 1997 2 刘卫华，主编 . 制冷空调新技术及进展 . 北京：机械工业出版社， 2005 3 国家标准 GB/T 7725-2004，房间空气调节器 . 苏顺玉 ，男， 1968 年 2 月 生，副教授 ， 地址：武汉市雄楚大街 199 号武汉科技大学洪山校区 15 信箱 ，邮政编码 ： 430070，电话： （ 027） 68893576，传真：（ 027） 68893641， E-mail：
