微通道換熱器在家用空調上的應用研究

汪年結，王穎，李峰，汪峰，葛方根，徐博，陳江平

（1-四川長虹電器股份有限公司，四川綿陽 621000；2-浙江盾安人工環(huán)境股份有限公司，浙江杭州 310051；3-上海交通大學機械與動力工程學院，上海 200240）

微通道換熱器在家用空調上的應用研究

汪年結*1，王穎3，李峰1，汪峰2，葛方根2，徐博3，陳江平3

（1-四川長虹電器股份有限公司，四川綿陽 621000；2-浙江盾安人工環(huán)境股份有限公司，浙江杭州 310051；3-上海交通大學機械與動力工程學院，上海 200240）

微通道換熱器的應用日益普遍。本文通過將微通道換熱器引入3 HP柜式家用空調，并對其性能和充注量等與原機進行了對比，對微通道在家用空調領域的應用進行了研究。從結果可以看出：當只更換室內換熱器時，系統(tǒng)的充注量由原來的2200 g降到1850 g左右；與原機相比，制冷時系統(tǒng)的制冷量略降低1%、COP提高2.2%；制熱時系統(tǒng)的制熱量比原機提高3.9%、系統(tǒng)COP則提高了11.2%。當將室內外的管片式換熱器都更換為微通道換熱器后，系統(tǒng)的充注量由原來的2200 g降到1000 g左右；與原機相比，制冷量提高0.8%，系統(tǒng)COP則提高5.2%。

空調系統(tǒng)；充注量；制冷量；COP

0 引言

微通道換熱器與傳統(tǒng)管翅式換熱器相比，具有重量輕，體積小，換熱效率高，結構緊奏等優(yōu)點。這也使得其廣泛的應用于車用空調領域。但是其在家用空調領域的應用并不普遍。近年來，由于微通道換熱器的成本和性能優(yōu)勢的凸顯，其在家用空調的應用研究也更加受到關注。

國內外很多的企業(yè)和高校都在對微通道在家用空調的應用進行了研究。上海交通大學陳芝久團隊[1]對微通道換熱器用于家用空調的可行性進行了理論分析。嚴瑞東等[2]對微通道換熱器在家用空調使用時的分液問題進行了分析，發(fā)現(xiàn)分液造成的溫度分布不均對系統(tǒng)性能的影響可達7.3%。李峰等[3]則對微通道換熱器對家用空調的充注量影響進行了研究，研究表明，通過改進，對相同的迎風面積，新型微通道樣件的內容積比傳統(tǒng)微通道樣件內容積降低了71%，系統(tǒng)充注量降低28.3%，在降充注方面優(yōu)勢明顯。志高公司的金聽祥等[4]利用Devenport[5]的空氣側傳熱關聯(lián)式，分析了微通道換熱器翅片各個參數(shù)對空氣側換熱系數(shù)的影響。徐博等[6]則對微通道的結霜問題進行了研究，結果表明排水較差的微通道樣件在5個運行周期后，性能下降27%。

文章通過將微通道換熱器引入3 HP柜式家用空調，并對其性能進行了檢測。與原機進行了對比，分析了其系統(tǒng)性能、風量及充注量等關鍵參數(shù)，指出了后續(xù)的優(yōu)化方向。

1 實驗設備及樣件

1.1 換熱器樣件

文中的實驗用微通道換熱器由百葉窗翅片和微通道扁管組成，結構簡圖如圖1所示，與之相匹配的，采用內插管的分液方式。實驗所用3HP柜機空調機組則為長虹 KFR-72LW/DHR(W2-G)+2。根據(jù)機組尺寸，實驗分別準備了室內和室外兩個由鋁合金材料制作的微通道樣件，用于替換原樣機的管片式蒸發(fā)器和冷凝器，其由內螺紋銅管和親水鋁箔組成。微通道樣件及原機樣件尺寸見表1。

圖1 百葉窗翅片微通道換熱器結構簡圖

表1 實驗樣件的結構

1.2 實驗設備

如圖2所示，根據(jù)國家標準GB/T 7725的要求，實驗空調在焓差臺中進行。焓差法實驗臺包括蒸發(fā)器室和冷凝器室兩個房間，每個房間都有一套空調機組，用于控制房間的空氣狀態(tài)。蒸發(fā)器室內的風洞可測試風量和出口焓值，用于計算被測空調的制冷能力。實驗臺的各個被測參數(shù)的測試精度如表 2所示。

圖2 焓差法實驗臺

表2 實驗臺各參數(shù)及測試精度

2 實驗過程及工況

實驗先對原機的性能進行了測試，然后將室內換熱器更換為微通道換熱器，在制冷制熱兩個工況下進行了測試，并與原機對比了制冷量、功耗、COP和風量等參數(shù)。再將室內外換熱器全部更換為微通道換熱器，對其在不同制冷劑充注量的情況下進行了測試，由于微通道換熱器在熱泵工況下存在結霜等問題，因此，實驗只研究系統(tǒng)在制冷工況下的性能。根據(jù)國家標準GB/T 7705-2004，實驗制冷工況如表3所示。

表1 實驗工況

3 實驗結果及分析

實驗首先將室內換熱器更換為微通道換熱器，根據(jù)結果，跟換室內蒸發(fā)器后，系統(tǒng)R22制冷劑的充注量從2200 g降到1850 g，降低了15.9%。圖3至圖 6則顯示了在制冷/制熱工況下，系統(tǒng)的換熱量、功耗、COP及通風量與原機的對比情況。

圖3 新系統(tǒng)與原機的換熱量對比圖

圖4 新系統(tǒng)與原機的功耗對比圖

圖5 新系統(tǒng)與原機的COP對比圖

圖6 新系統(tǒng)與原機的通風量對比圖

由圖3可以看出，只更換室內換熱器的新系統(tǒng)與原機相比，制冷時，換熱量相差不大，新系統(tǒng)比原機降低了1.0%，功耗則降低了3.1%，COP與原機相比則提高了2.2%；制熱時，新系統(tǒng)的制熱量比原機提高3.9%，功耗降低了6.6%，系統(tǒng)COP則提高了11.2%。這主要是由于微通道換熱器與原機的管片式換熱器相比，其結構更加緊湊，在換熱面積增大的同時，其內容積更小。因此，將室內管片式換熱器更換為微通道換熱器后，系統(tǒng)的充注量減小。制冷時，受到微通道換熱器的排水問題的影響，新系統(tǒng)的性能較原機相比，性能略微下降，但其由于新系統(tǒng)的流量與原機相比更小，其系統(tǒng)功耗更小，因此，新系統(tǒng)整體COP較原機提高。制熱時，微通道換熱器作為冷凝器，不存在排水問題，其換熱面積更大的優(yōu)勢更為明顯。新系統(tǒng)制熱量比原機提高的同時，其系統(tǒng)功耗由于流量減小而同樣減小，因此，新系統(tǒng)的性能較原機有較大提升。

同時，從圖6中可以看出，制冷時，新系統(tǒng)的通風量比原機少18 m3/h,同時實驗可觀察到微通道蒸發(fā)器表面并無冷凝水集聚，制熱時，新系統(tǒng)的通風量則比原機少了35 m3/h。

圖7～圖9則顯示了在上述制冷工況下，室內及室外換熱器全部更換為微通道換熱器后的系統(tǒng)的制冷能力、耗電量及 COP在不同充注量情況下的對比圖。

由圖7～圖9可以看出，充注量從950 g增加到1000 g時，系統(tǒng)制冷量提高1.8%，功耗增加1.1%，系統(tǒng)COP提高0.7%，充注量從1000 g增加到1050 g時，系統(tǒng)制冷量無明顯變化，功耗則增加6.5%，系統(tǒng)COP降低了6.4%。

這主要是由于隨著制冷劑的增加，系統(tǒng)流量增加，系統(tǒng)制冷量和功耗都會相應增加。當制冷劑不足時，制冷量的提升高于系統(tǒng)功耗，系統(tǒng)的 COP提高；當制冷劑偏多時，制冷量提升則并不明顯，功耗則會增加，系統(tǒng)COP下降。

分析可得出，當室內室外都更換為微通道換熱器后，系統(tǒng)的最佳充注量從原來的 2200 g降低到1000 g，降低54.5%。當充注量為1000 g時，通過與圖3～圖5中所示原機性能相比，使用全微通道換熱器的系統(tǒng)制冷量提高0.8%，功耗下降4.1%，系統(tǒng)COP則提高5.2%。

圖7 制冷量隨不同充注量的變化曲線

圖8 功耗隨不同充注量的變化曲線

圖9 COP隨不同充注量的變化曲線

4 結論

文章通過將微通道換熱器應用在 3 HP空調柜機，并對其在不同充注量情況下的性能進行了檢測，并與原機進行了對比。從結果可以看出以下兩點。

1) 使用微通道換熱器可以有效降低系統(tǒng)充注量：當只更換室內換熱器時，系統(tǒng)的充注量由原來的2200 g降到1850 g左右，降低15.9%；當將室內外的管片式換熱器都更換為微通道換熱器后，系統(tǒng)的充注量由原來的2200 g降到1000 g左右，降低大約54.5%。

2) 將室內側換熱器更換為微通道換熱器后，制冷時，系統(tǒng)的制冷量略有變化，但相差不大，系統(tǒng)功耗則降低3.3%，COP提高2.2%；制熱時，系統(tǒng)的制熱量比原機提高3.9%，功耗降低了6.6%，系統(tǒng)COP則提高了11.2%。當室內外換熱器全部更換為微通道換熱器后，在1000 g的最優(yōu)充注量下：制冷量提高0.8%，功耗下降4.1%，系統(tǒng)COP則提高5.2%。

綜上所述，微通道換熱器應用于家用空調仍具有較大優(yōu)勢。更進一步，新的帶有微通道換熱的系統(tǒng)性能仍有優(yōu)化提高的空間：通過對蒸發(fā)器結構及翅片參數(shù)的進一步優(yōu)化，可有效提高系統(tǒng)性能；對分液結構進行優(yōu)化，進一步提高制冷劑進入蒸發(fā)器的均勻性，也可使系統(tǒng)性能進一步提高。

[1]陳芝久, 陳江平, 劉敬輝. 平行流換熱器用于家用空調的可行性分析[C]// 上海市制冷學會 2003年學術年會論文集. 上海, 2003: 307-309.

[2]嚴瑞東, 徐博, 陳江平. 微通道換熱器兩項分配特性對空調系統(tǒng)性能的研究[J]. 制冷學報, 2013(3): 20-24.

[3]李峰, 覃興文, 汪年結. 新型微通道換熱器在家用空調中的實驗研究[C]// 2012年中國家用電器技術大會論文集. 北京, 2012: 314-317.

[4]金聽祥, 成劍, 林崐, 等. 平行流換熱器換熱性能影響因素的分析[J]. 家電科技, 2009(1): 49-50.

[5]DEVENPORT C J. Correlation for heat transfer and flow fiction characteristics of louvered fin[J]. AICHE Symposium Ser. 225, 1983, 79(25): 19-27.

[6]XU B, HAN Q, CHEN J P, et al. Experimental investigation of frost and defrost performance of microchannel heat exchangers foe heat pump systems[J]. Applied Energy, 2013(103): 180-188.

Research on application of Microchannel Heat Exchanger in Domestic Air Conditioning System

WANG Nian-jie*1, WANG Ying3, LI Feng1, WANG Feng2, GE Fang-gen2, XU Bo3, CHEN Jiang-ping3
(1-Sichuan Changhong Electric Appliance Co., Ltd, Mianyang, Sichuan 621100, China; 2-Zhejiang Dunan Artificial Environment Co., Ltd, Hangzhou, Zhejiang 310051, China; 3-School of Mechanical and Power Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

The application of microchannel heat exchanger is becoming more widely. The application of microchannel heat exchanger on domestic air conditioning system was investigated by introducing the microchannel heat exchanger into the 3 HP floor type air-conditioner, and the performances and refrigerant charge were compared between the original and new machines. The result shows that, when only the indoor heat exchanger was changed into the microchannel heat exchanger, the charge of refrigerant for the system was reduced from 2200 g to about 1850 g; in refrigerating mode, the cooling capacity of the new system was 1% lower than that of the original one, and the COP was 2.2% higher than that of the original one; While when in heating mode, the heating capacity of the new system was 3.9% higher than that of the original one, and the COP was 11.2% higher than that of the original one. When all the heat exchangers were changed into the microchannel heat exchangers, the charge of refrigerant for the system was reduced from 2200 g to about 1000 g. Comparing with the original system, the cooling capacity of the new system was 0.8% lower and the COP was 5.2% higher in refrigerating mode.

Air conditioning system; Charge of refrigerant; Cooling capacity; COP

10.3969/j.issn.2095-4468.2014.02.202

*汪年結（1977-），男，工程師，學士。研究方向：家用空調綠色設計。聯(lián)系地址：綿陽市高新區(qū)綿興東路35號四川長虹電器股份有限公司工程技術中心，郵編：621000。聯(lián)系電話：0816-2416743。E-mail：nianjie.wang@changhong.com。

十二五國家科技支撐項目（No. SQ2011GX03D03999）