对多效泵类空调热水设施的仿真剖析

　　2热泵热水模式下的系统模型建立

　 假设条件为： 1）忽略换热器管内的压力损失； 2）压缩机吸、排气压力分别为蒸发压力和冷凝压力； 3）蒸发器出口过热度为10 ，冷凝器出口过冷度5 .

　　2 1蒸发器（室外翅片管换热器）的数学模型

　　2 1 1制冷剂侧换热系数

　　制冷剂以散蒸气状态进入蒸发管，以典型的环状流强制对流蒸发传热公式计算制冷剂在两相区局部换热系数，在整个蒸发器的干度范围对局部换热系数进行积分，得到平均换热系数。

　　2 1 2空气侧换热系数

　　本系统翅片管为单排管，干工况下空气侧换热系数1，先采用M cQuistion提出的用于计算4排叉排管束平均表面传热系数的关联式，再进行修正。湿工况空气侧换热系数在干工况的基础上加以修正而得。

　　式中： Re d为以管外径为特征尺寸的雷诺数； A为总外表面积； A t为不考虑翅片的管束外表面积。

　　2 2套管冷凝器的数学模型

　　套管式冷凝器的内管为螺旋管，水在管内流动的换热系数w为水在直管中流动的换热系数w， str和强化因子r h乘积，w， str采用D ittus Boelter公式计算， r h根据内管的几何参数得到。

　　3试验测试

　　数据采集仪实时监测和采集热泵循环中制冷剂各个状态的温度与压力信号、冷凝器进出口水的温度。使用的K型热电偶测量不确定度为0 4% ，压力传感器的测量不确定度为量程的2 5% ，循环水流量m w的测量误差为0 5% . ，压缩机输入功率N的测量误差为读数的1% ，制热量Q c和热水换热能效比EER W计算间接得到：Q c = m w C p， w（ t w， in - t w， ou t）， EER W = Q c N。 （ 7）式中： t w， in和t w， out分别为冷凝器进出、口水温，C p， w为水的比热容。

　　4结果分析

　　4 1模拟与实验结果的对比分析在环境温度为8左右，循环水泵流量为0 06 L /s的实验工况下，将水箱中的60 L水加热到50的整个过程。

　　实验结果显示，经过近55 m in循环后，水箱内水的水温上升50以上，冷凝器进出水之间的温差在10 17之间。

　　可以看出，系统运行时，压缩机吸气压力基本保持不变，随着水温的不断升高仅略微升高，排气压力则随着水温的升高而显著升高，从而使得压缩机耗功增大， EER W的模拟值由初始的3 3下降到加热结束时的2 0，平均值为2 4；实验值由3 0下降到1 5左右，平均值2 2.由于系统模拟时，忽略了如冷凝器的压力损失、制冷剂中混有不凝结气体等因素，因此实验结果的EER W要低于模拟结果，总加热时间也久一些。

　　4 2循环水流量和冷凝器面积对系统性能的影响当循环水流量增加后，冷凝器进、出口水的温差减小，冷凝温度下降，压缩机排气压力也相应下降，效率升高，因而系统的能效比EER W升高。同样，当冷凝器传热面积增大后，冷凝温度下降，EER W升高。从模拟结果可以看出，当循环水流量由0 06 L /s增加到0 24 L /s， EER W提高了16 8%；冷凝器传热面积增大一倍， EER W提高16%.如水流量和冷凝器面积同时增大， EER W可增加44%左右。

　　5结语

　　多功能热泵空调热水器结构并不复杂，从节能和节约费用的角度看，该装置优于传统的燃气热水器和电热水器，具有推广的实际意义。在环境温度为8时，将60 L水加热到50 ，装置实测平均能效比为2 2.从多方面考虑，优化各部件容量配置，降低制冷剂在冷凝器中的压力损失和使用适合高温热泵工况的新型制冷剂可以进一步提高系统性能。