充灌量对蒸发压力及冷凝压力的影响

　　近年来，热泵热水器的发展随着能源在经济发展中的作用而愈来愈迅速。在各种形式的热泵热水器中，空气源热泵热水器由于其显著的节能环保及安全性能好等优点，得到了较为迅速的应用和推广。而目前的热泵热水器多采用R22，但是根据蒙特利尔议定书规定，发达国家将在2020年后禁止使用HCHCs制冷剂，且发展中国家也应于其后的10年内禁用。因此，寻找新的无ODS工质成为制冷研究的又一焦点。曹锋等对采用R417a的热泵热水器进行了试验研究，在变进水温度、变水量、变蒸发温度等工况下对试验样机进行了性能测试，结果表明R417a热泵热水器的压力比R22系统有一定程度的下降。

　　如果通过改进冷凝盘管的结构形式，R407C系统的加热能力和COP值均会提高，所以用R407C替代R22在热泵热水器中应用是可行的。而对工质为R134a空气源热泵热水器的研究鲜有报道。

　　1实验系统1 1实验原理空气源热泵热水器与热泵的原理相似，采用了逆卡诺循环，热水通过水循环系统供给用户采暖或者用与热水供应，而工质则经过节流阀、蒸发器后回到压缩机完成传热循环。与制冷机原理有所区别的是他们的工作温度和要求的效果不同。制冷机是将低温物体的热量传递给环境，以造成低温环境；而热泵热水器是从空气中吸取热量，然后把它传递给水，产生热水供给用户使用。

　　1 2实验装置及测点布置实验装置主要有二部分组成： ASHP热水器样机、测试及数据采集装置。另外，还有辅助的调试、检修装置。

　　1 2 1 ASHP热水器样机ASHP热水器样机由北京格瑞那环能技术有限公司制造提供。

　　1 2 2测试及数据采集装置本实验主要测试温度、压力和功率等参数。温度采用0 15mm的铜康铜热电偶进行温度测量，压力采用航天航空部七一所生产的AK 4C型压力传感器测量。

　　两者都是使用HP34970A数据采集仪进行数据采集。模块共有20个通道，其单通道每秒可读取速600个读数， RS232接口，通过HP Bench L ink D ata Logger程序与计算机终端相连，实现对数据的收集和存储；功率采用LEM钳形功率表（AC /DC C lamp PowerM eters）测量功率，即测出相应的电流和电压，计算得出功率。钳形功率表，测量范围为：电流， 0 20 A DC；电压， 0 600 V DC，量程自动识别，交、直流自动识别。

　　温度测点分别布置在压缩机出入口、蒸发器出入口、毛细管始末端、空气入口和出口、水箱中水位下、中、上层、储水箱壳体及压缩机壳体，共15个温度采集点；压力测点布置在压缩机进口、出口，毛细管进出口放置了4个压力传感器额。

　　1 3实验方法实验通过改变系统制冷剂充灌量，观察充灌量的变化对空气源热泵热水器系统运行性能的影响。

　　实验系统工质为R134a，实验之前对系统打压、检漏，然后抽真空，实验的制冷剂充灌量变化范围为320 400 g，每次改变量为20 g；恒温室温度设定在25 ；水箱的起始水温为16 ；热水器控制器设定停机温度为55 .

　　2实验结果及分析2 1充灌量对加热时间的影响可见，随着加热时间的进行，水温升高一定的温度需要更长的时间。这说明随着水温的升高，热水器的制热效率在下将；当制冷剂充灌量过少时，由于没有足够的制冷剂参与系统的循环，导致蒸发器吸热不足，系统加热时间较长。随着制冷剂充灌量的增加，会逐渐缩短。但当达到某个充灌量时，充灌量的增加对加热时间的影响很小，因为此时的充灌量已经过多，多余的制冷剂都积存在冷凝盘管中，不参与系统运行。如果充灌量严重过多，那么制冷剂将大量积存在冷凝盘管里，减少了有效换热面积，降低了冷凝盘管中的平均换热温差，导致加热时间变长。

　　2 2充灌量对系统运行功率的影响可见，系统运行瞬时功率随着加热时间的增加而增加。因为加热时间增加，水温增加，系统的冷凝压力也就相应增加，相对于冷凝压力的增加速率，蒸发压力的增加速率比较小，这样压缩机的压缩比增大，所以压缩机功率也会增大；当充灌量较少时，压缩机中压缩工质较少，压缩机负载小，因此功率较小，反之，功率较大。

　　2 3充灌量对蒸发压力及冷凝压力的影响可见，随着加热时间的进行，冷凝压力和蒸发压力都逐渐增加，而冷凝压力增加速率比蒸发压力增加速率更快；随着充灌量的增加，冷凝压力及蒸发压力都不断增加。当充灌量不足（ 320 g）时，冷凝压力较低，但系统运行平稳增长；充灌量过多（ 400 g）时冷凝压力较高，并且在系统运行当中冷凝压力的增长微有波动。

　　其他条件不变，当制冷剂不足时，冷凝压力低是因为压缩机中没有足够的制冷剂气体来压缩；而蒸发压力低是因为在正常的蒸发压力下，蒸发器中没有足够的制冷剂液体蒸发，导致制冷剂气体膨胀至压缩机吸气口，并降低了压力。当制冷剂较多时，压缩机中压缩介质太多，从而造成冷凝压力和蒸发压的增加。

　　2 4充灌量对蒸发器过热度的影响随着加热时间的进行，蒸发器过热度逐渐降低；当充灌量较少（ 320 g）时，制冷剂流量太少，过热度太大，会导致压缩机的吸气比容太小，压缩机的吸气量减小，系统中制冷剂的循环流量严重不足，这一方面会导致制冷量减小，另一方面会导致全封闭式压缩机冷却不足；蒸发器的传热面积没有充分利用，造成浪费；随着充灌量的增加，过热度逐渐减小，系统运行性能变好；但充灌量达到一定值（ 360 g）时，继续增加充灌量，蒸发器的传热面积得到充分利用，但是由于过热度太小，不但可能会造成液击，降低压缩机的寿命，系统耗功增加过快，导致COP下降，而且造成系统运行的不稳定，对系统运行不利。因而原则上系统设计要保留一定的过热度。

　　2 5充灌量对系统性能系数（COP）的影响衡量热泵性能的*主要参数是制热系数，类似于热泵式空调器， ASHP热水器的经济性能以消耗电功量和所得到的热量（用于加热卫生热水）来衡量，称为制热系数（即系统性能系数），用COP来表示：COP = mc W = 4 18V（k - 0）3 6W其中： m为被加热水的质量； c为水的比热容；为被加热水的温升；k为混水后的水温；0为初始水温； V为水箱的容积， L； W为系统的总功耗。

　　随着加热时间的进行， COP逐渐下降，因为水温逐渐升高，换热温差减少导致换热条件的恶化，冷凝压力比蒸发压力增加更快，导致压缩机的压缩比增大，容积效率降低，排气温度升高，单位质量制冷剂的耗功率增大；制冷剂充灌量不足（ 320 g）时，随着充灌量的不断增加，系统运行COP也在不断增加。当充灌量达到一定值（ 360 g）时，系统COP达到*大值，此时继续增加充灌量，系统COP基本保持不变，且有略微下降。这是因为：当充灌量过少，系统加热时间长，功耗大， COP低；当充灌量过多时，多余的制冷剂会积存在冷凝盘管中，有效冷凝换热面积减小，传热效率降低，系统运行性能变差，主要表现为功耗、压缩比以及压缩机摩擦损失的增加，因此，系统COP会有所下降。

　　3结论1）热泵循环系统的功率、蒸发压力、冷凝压力、压比、都随着水温的不断升高而升高， COP则随着水温的不断升高而降低。

　　2）充灌量对系统运行性能的影响很大。充灌量过多或过少都会对系统运行不利。充灌量过少，系统加热时间变长，蒸发、冷凝压力低，系统COP低；如果充灌量过多，蒸发、冷凝压力高，可能造成湿压缩，对系统损耗大，系统COP也不高。选择合适的充灌量，对系统运行的性能是至关重要的。

　　3）在实际的制冷剂充灌中，应尽可能保证蒸发器出口有合适的过热度裕量。这样即可以保证系统稳定运行也可使蒸发器的传热面积得到合理利用可作为系统*佳充灌量的一个判断依据。