空調(diào)熱回收熱虹吸管換熱器工質(zhì)的試驗(yàn)研究

劉璐璐

空調(diào)用常溫?zé)岷缥艿墓ぷ鳒囟葹?20℃～50℃。熱管工質(zhì)的選取主要以熱管工作介質(zhì)的流動(dòng)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(cè)的液相傳輸系數(shù)有明顯優(yōu)勢(shì)，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(duì)象，對(duì)R32及R22在低溫工況下的性能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)裝置及測(cè)試系統(tǒng)

熱虹吸管換熱器樣機(jī)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(fēng)側(cè)。熱虹吸管正三角錯(cuò)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(yàn)中模擬冬季空調(diào)工況，測(cè)試熱虹吸管換熱器性能，試驗(yàn)?zāi)M測(cè)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(shí)進(jìn)行測(cè)試采用軸流風(fēng)機(jī)抽風(fēng)的方式，使空氣通過(guò)熱虹吸管換熱器。

試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)T型熱電耦測(cè)取新、排風(fēng)進(jìn)、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(jì)算機(jī)連接，進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示。

2 溫度測(cè)點(diǎn)布置

為測(cè)量熱虹吸管換熱器新、排風(fēng)兩側(cè)進(jìn)、出口氣流溫度，在熱虹吸管換熱器每個(gè)氣流進(jìn)、出口截面上劃分網(wǎng)格，每個(gè)截面平均布置5個(gè)，共計(jì)20個(gè)測(cè)點(diǎn)。溫度測(cè)量采用經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(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(shí)間間隔設(shè)定為5 s。

3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)冬季各工況在環(huán)境室中進(jìn)行測(cè)試。在環(huán)境大氣溫度為-5℃～10℃時(shí)，進(jìn)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(fēng)，進(jìn)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(fēng)。通過(guò)給軸流風(fēng)機(jī)的電機(jī)安裝數(shù)字控制變頻器，來(lái)調(diào)節(jié)熱虹吸管換熱器的迎面風(fēng)速，測(cè)取了三種迎面風(fēng)速工況的試驗(yàn)值。采用瑞士REFCO的氟利昂充灌量筒計(jì)量工質(zhì)的充注量，并利用其進(jìn)行工質(zhì)的充裝。

4 試驗(yàn)與模擬結(jié)果的分析比較

4.1 傾角對(duì)不同工質(zhì)熱虹吸管換熱器溫度效率的影響

新風(fēng)溫度為2℃，風(fēng)速為2.7 m/s，在傾角分別為5°，10°，15°，20°，25°和30°時(shí)，分別對(duì)充灌R22及R32的熱虹吸管換熱器的性能進(jìn)行模擬和試驗(yàn)比較，結(jié)果如圖2所示。

分析可以看出，模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果變化趨勢(shì)基本保持一致，并且模擬值始終高于試驗(yàn)值。圖2中，使用R32時(shí)，換熱器溫度效率試驗(yàn)值隨傾角的增加而升高，到傾角為30°時(shí)，達(dá)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(shí)，換熱器溫度效率試驗(yàn)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(shí)達(dá)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(fēng)溫度對(duì)不同工質(zhì)熱虹吸管換熱器溫度效率的影響

風(fēng)速為2.7 m/s，傾角為20°時(shí)，分別在新風(fēng)溫度為2℃，5℃，7℃時(shí)，對(duì)充灌R22及R32的熱虹吸管換熱器的性能進(jìn)行模擬和試驗(yàn)比較(見(jiàn)圖3)。分析可以看出，模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果變化趨勢(shì)基本保持一致，并且模擬值始終高于試驗(yàn)值。圖3中，使用R32時(shí)，換熱器溫度效率隨新風(fēng)溫度的增高而降低，新風(fēng)溫度為2℃時(shí)，達(dá)到最高值52%。使用R22時(shí)，換熱器溫度效率隨新風(fēng)溫度的增高而降低，新風(fēng)溫度為2℃時(shí)，達(dá)到最高值51.2%。

4.3 迎面風(fēng)速對(duì)不同工質(zhì)熱虹吸管換熱器溫度效率的影響

新風(fēng)溫度為2℃，傾角為20°時(shí)，分別對(duì)風(fēng)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(jìn)行模擬和試驗(yàn)比較，結(jié)果如圖4所示。分析可以看出，模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果變化趨勢(shì)基本保持一致，并且模擬值始終高于試驗(yàn)值。圖4中，使用R32時(shí)，換熱器溫度效率隨風(fēng)速的增高而降低，風(fēng)速為2.7 m/s時(shí)，達(dá)到最高值45%。使用R22時(shí)，換熱器溫度效率隨風(fēng)速的增高而降低，風(fēng)速為2.7 m/s時(shí)，達(dá)到最高值43%。

5 結(jié)語(yǔ)

從熱虹吸管換熱器模擬計(jì)算和樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果的比較可以得到:1)模擬計(jì)算的結(jié)果與試驗(yàn)得到的結(jié)果趨勢(shì)基本一致，驗(yàn)證了模擬計(jì)算模型的可靠性，表明本論文所建立的模擬計(jì)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(jì)算值總是高于試驗(yàn)測(cè)試值。這是因?yàn)椋瑢?shí)際試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)存在部分散熱損失，新風(fēng)進(jìn)口溫度存在波動(dòng)，并且風(fēng)道保溫條件較差，熱虹吸管換熱器進(jìn)、出口氣流溫度受到環(huán)境的影響和干擾。

通過(guò)試驗(yàn)研究分析，可以得出以下結(jié)論:1)隨著空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)溫度的升高，熱虹吸管換熱器的溫度效率降低。在充注率、風(fēng)速和傾角一定的條件下，新風(fēng)溫度為2℃時(shí)，使用R32的換熱器溫度效率為0.52;新風(fēng)溫度為2℃時(shí)，使用R22的換熱器的溫度效率達(dá)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(shí)，傾角為30°時(shí)，達(dá)到最大值50.8%;使用R22時(shí)，傾角為30°時(shí)達(dá)到最大值48.2%，隨著迎面風(fēng)速的增加，熱虹吸管換熱器的溫度效率逐漸降低，使用R32時(shí)，換熱器溫度效率隨風(fēng)速的增高而降低，風(fēng)速為2.7 m/s時(shí)，達(dá)到最高值45%。使用R22時(shí)，換熱器溫度效率隨風(fēng)速的增高而降低，風(fēng)速為2.7 m/s時(shí)，達(dá)到最高值43%。

［1］ 劉璐璐，盧 葦，馬國(guó)遠(yuǎn)，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(guó)空調(diào)器、電冰箱(柜)及壓縮機(jī)學(xué)術(shù)交流會(huì)［C］.2008.

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