空調(diào)熱回收熱虹吸管換熱器工質(zhì)的試驗研究

劉璐璐

空調(diào)用常溫熱虹吸管的工作溫度為-20℃～50℃。熱管工質(zhì)的選取主要以熱管工作介質(zhì)的流動特性以及換熱特性為依據(jù)。氨，R32，R152a，R290，R407C的液相傳輸系數(shù)均優(yōu)于R22。R32在低溫側的液相傳輸系數(shù)有明顯優(yōu)勢，因此適宜在冬季工況下選用［1］。本文以目前主流工質(zhì)R22為比較對象，對R32及R22在低溫工況下的性能進行對比試驗研究。

1 試驗裝置及測試系統(tǒng)

熱虹吸管換熱器樣機尺寸為1 500 mm×280 mm×260 mm，均分為等截面的兩部分，分別作為模擬工況下空調(diào)系統(tǒng)的新、排風側。熱虹吸管正三角錯排6根×6排，翅片間距為2.54 mm，單只熱虹吸管采用φ16×0.5 mm的紫銅管制成。

試驗中模擬冬季空調(diào)工況，測試熱虹吸管換熱器性能，試驗模擬測試調(diào)節(jié)裝置如圖1所示。冬季工況系統(tǒng)在室外環(huán)境溫度為-5℃～10℃時進行測試采用軸流風機抽風的方式，使空氣通過熱虹吸管換熱器。

試驗測試系統(tǒng)通過T型熱電耦測取新、排風進、出口流體溫度，所有熱電耦均與Agilent34970A型數(shù)據(jù)采集單元連接，數(shù)據(jù)采集模塊統(tǒng)一采用Agilent34901A型，并與計算機連接，進行實時采集和記錄試驗數(shù)據(jù)。試驗測試系統(tǒng)如圖1所示。

2 溫度測點布置

為測量熱虹吸管換熱器新、排風兩側進、出口氣流溫度，在熱虹吸管換熱器每個氣流進、出口截面上劃分網(wǎng)格，每個截面平均布置5個，共計20個測點。溫度測量采用經(jīng)過校準的符合國家標準(GB/T 2903-1998)的2 mm×0.3 mm T型熱電耦。數(shù)據(jù)采集單元采集數(shù)據(jù)的時間間隔設定為5 s。

3 試驗方法

本試驗冬季各工況在環(huán)境室中進行測試。在環(huán)境大氣溫度為-5℃～10℃時，進入熱虹吸管換熱器冷凝段的流體為環(huán)境大氣，模擬冬季空調(diào)系統(tǒng)的室外新風，進入熱虹吸管換熱器蒸發(fā)段的流體為環(huán)境室內(nèi)的空氣，環(huán)境室內(nèi)的溫度由中央空調(diào)控制，模擬冬季空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)排風。通過給軸流風機的電機安裝數(shù)字控制變頻器，來調(diào)節(jié)熱虹吸管換熱器的迎面風速，測取了三種迎面風速工況的試驗值。采用瑞士REFCO的氟利昂充灌量筒計量工質(zhì)的充注量，并利用其進行工質(zhì)的充裝。

4 試驗與模擬結果的分析比較

4.1 傾角對不同工質(zhì)熱虹吸管換熱器溫度效率的影響

新風溫度為2℃，風速為2.7 m/s，在傾角分別為5°，10°，15°，20°，25°和30°時，分別對充灌R22及R32的熱虹吸管換熱器的性能進行模擬和試驗比較，結果如圖2所示。

分析可以看出，模擬計算結果與試驗測試結果變化趨勢基本保持一致，并且模擬值始終高于試驗值。圖2中，使用R32時，換熱器溫度效率試驗值隨傾角的增加而升高，到傾角為30°時，達到最大值50.8%，傾角大于20°，溫度效率雖有增加，但增量微小，趨于平穩(wěn)。使用R22時，換熱器溫度效率試驗值隨傾角增加而升高，但同傾角比R32溫度效率略低，傾角為30°時達到最大值48.2%，傾角大于20°，溫度效率增量微小，趨于平穩(wěn)。

4.2 空調(diào)系統(tǒng)新風溫度對不同工質(zhì)熱虹吸管換熱器溫度效率的影響

風速為2.7 m/s，傾角為20°時，分別在新風溫度為2℃，5℃，7℃時，對充灌R22及R32的熱虹吸管換熱器的性能進行模擬和試驗比較(見圖3)。分析可以看出，模擬計算結果與試驗測試結果變化趨勢基本保持一致，并且模擬值始終高于試驗值。圖3中，使用R32時，換熱器溫度效率隨新風溫度的增高而降低，新風溫度為2℃時，達到最高值52%。使用R22時，換熱器溫度效率隨新風溫度的增高而降低，新風溫度為2℃時，達到最高值51.2%。

4.3 迎面風速對不同工質(zhì)熱虹吸管換熱器溫度效率的影響

新風溫度為2℃，傾角為20°時，分別對風速為1.5m/s，2.7m/s，3.8m/s充灌R22及R32的熱虹吸管換熱器的性能進行模擬和試驗比較，結果如圖4所示。分析可以看出，模擬計算結果與試驗測試結果變化趨勢基本保持一致，并且模擬值始終高于試驗值。圖4中，使用R32時，換熱器溫度效率隨風速的增高而降低，風速為2.7 m/s時，達到最高值45%。使用R22時，換熱器溫度效率隨風速的增高而降低，風速為2.7 m/s時，達到最高值43%。

5 結語

從熱虹吸管換熱器模擬計算和樣機試驗結果的比較可以得到:1)模擬計算的結果與試驗得到的結果趨勢基本一致，驗證了模擬計算模型的可靠性，表明本論文所建立的模擬計算模型能夠較好的反映空調(diào)工況下熱虹吸管換熱器的能量回收性能。2)模擬計算值總是高于試驗測試值。這是因為，實際試驗測試系統(tǒng)存在部分散熱損失，新風進口溫度存在波動，并且風道保溫條件較差，熱虹吸管換熱器進、出口氣流溫度受到環(huán)境的影響和干擾。

通過試驗研究分析，可以得出以下結論:1)隨著空調(diào)系統(tǒng)新風溫度的升高，熱虹吸管換熱器的溫度效率降低。在充注率、風速和傾角一定的條件下，新風溫度為2℃時，使用R32的換熱器溫度效率為0.52;新風溫度為2℃時，使用R22的換熱器的溫度效率達到0.65。使用R32比使用R22的換熱器溫度效率稍高，可以選擇在同等條件下替換為R32。2)隨著傾角的增大，熱虹吸管換熱器的溫度效率先增加，并逐漸趨于平緩。使用R32時，傾角為30°時，達到最大值50.8%;使用R22時，傾角為30°時達到最大值48.2%，隨著迎面風速的增加，熱虹吸管換熱器的溫度效率逐漸降低，使用R32時，換熱器溫度效率隨風速的增高而降低，風速為2.7 m/s時，達到最高值45%。使用R22時，換熱器溫度效率隨風速的增高而降低，風速為2.7 m/s時，達到最高值43%。

［1］ 劉璐璐，盧 葦，馬國遠，等.空調(diào)熱回收用熱虹吸管工質(zhì)的研究［A］.2008第九屆全國空調(diào)器、電冰箱(柜)及壓縮機學術交流會［C］.2008.

［2］ 陸冬梅.轉輪全熱交換器對空調(diào)箱運行能耗的影響［J］.山 西建筑，2010，36(9):192-193.