微通道換熱器在風(fēng)冷冷熱水熱泵中的性能研究

尹 茜，潘李奎

（深圳麥克維爾空調(diào)有限公司，深圳 518111）

1 前言

微通道換熱器是一種緊湊式高效換熱器，具有重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效率高等優(yōu)點［1～4］。換熱器全鋁結(jié)構(gòu)降低了材料消耗量和材料成本；同時其內(nèi)部容積小的特點有利于大大減少制冷劑充注量，符合國家節(jié)能及環(huán)保相關(guān)政策法規(guī)。

目前，微通道換熱器作為冷凝器已經(jīng)在家用、商用空調(diào)中得到批量使用，研究表明微通道冷凝器的性能優(yōu)于普通翅片式換熱器。葛方根等將批量生產(chǎn)的微通道冷凝器應(yīng)用于R22商用冷水機組中［5］，測試結(jié)果表明在換熱器迎風(fēng)面積不變的情況下，采用微通道冷凝器后系統(tǒng)COP平均提高2.45%，系統(tǒng)充注量減少50%。何國軍將微通道換熱器應(yīng)用于R410A商用空調(diào)中［6］，測試結(jié)果表明微通道換熱器能夠有效提高空調(diào)制冷性能。

微通道換熱器作為制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器，其應(yīng)用由于制冷劑分配等問題受到限制［7，8］。近幾年隨著微通道蒸發(fā)器關(guān)鍵技術(shù)的研究與解決，微通道換熱器開始應(yīng)用于家用熱泵型空調(diào)機組中。王穎等將微通道換熱器分別應(yīng)用于3HP柜式家用空調(diào)的室內(nèi)機和室外機［9］，對系統(tǒng)性能和充注量等進(jìn)行了對比研究，試驗結(jié)果表明不管是只更換室內(nèi)換熱器，還是將室內(nèi)外換熱器都更換為微通道換熱器，系統(tǒng)性能均比原機提高；將室內(nèi)外換熱器都更換為微通道換熱器后系統(tǒng)充注量降低54%。周晶等將微通道換熱器應(yīng)用到北美市場典型的分體式熱泵型空調(diào)機組中［10］，將室內(nèi)室外機均采用微通道換熱器后，機組能力提高4%，制冷劑充注量減少51%。嚴(yán)瑞冬等將微通道換熱器應(yīng)用于R22家用空調(diào)系統(tǒng)中［11］，研究微通道換熱器內(nèi)分液不均勻?qū)ο到y(tǒng)性能的影響；張忠斌等將微通道蒸發(fā)器應(yīng)用于3HP分體式房間空調(diào)器的室內(nèi)機［12］，研究制冷劑充注量對系統(tǒng)性能的影響；付玉等將微通道蒸發(fā)器應(yīng)用于5HP分體式房間空調(diào)器的室內(nèi)機［13］，研究不同制冷劑流動方向?qū)C組性能的影響，試驗結(jié)果表明制冷劑在微通道蒸發(fā)器中自下而上的流動方向優(yōu)于自上而下的流動方式。

然而微通道換熱器作為蒸發(fā)器應(yīng)用于商用熱泵型空調(diào)機組中的研究卻很有限。因此，本文將微通道換熱器應(yīng)用在風(fēng)冷冷熱水熱泵機組中，通過性能試驗對比，驗證微通道換熱器在風(fēng)冷冷熱水熱泵機組中應(yīng)用的可行性。

2 試驗概況

為了對微通道換熱器在風(fēng)冷冷熱水熱泵機組中的性能進(jìn)行研究對比，作者在所在公司生產(chǎn)4臺樣機進(jìn)行測試，測試在經(jīng)過國家認(rèn)可的同一個焓差實驗室內(nèi)進(jìn)行。

2.1 試驗樣機

試驗樣機為4臺65 kW風(fēng)冷冷熱水機組，壓縮機均為定頻壓縮機，采用電子膨脹閥節(jié)流，水側(cè)換熱器采用板換，空氣側(cè)換熱器有銅管翅片式換熱器和微通道換熱器2種。

4臺樣機對比如表1所示。

表1 樣機對比

將4臺樣機的微通道換熱器分別按照順流及逆流兩種布置方式在相同工況下進(jìn)行測試，通過系統(tǒng)性能對比，最后選擇出性能較優(yōu)的放置方式。

2.2 試驗工況

按照GB/T 18430.1-2007《蒸氣壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機組第1部分：工業(yè)或商業(yè)用及類似用途的冷水（熱泵）機組》，確定機組運行工況，如表2所示，分別測試4臺機組的性能。

表2 試驗運行工況

3 性能試驗結(jié)果

按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行測試，名義工況下調(diào)整制冷劑的充注量實現(xiàn)最佳充注量的確定。

3.1 微通道換熱器布置方式對比

在樣機1中將微通道換熱器按照圖1中的2種布置方式分別在表2工況下進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表3所示。

圖1 微通道換熱器布置方式

表3 微通道換熱器布置方式性能對比 %

由表3可見，微通道換熱器制冷逆流的布置形式相比于制冷順流的布置形式而言，名義制冷工況下，制冷量提高19.7%，COP提高33%；而名義制熱工況下，制熱量降低2.9%，COP降低3.7%。因此微通道換熱器制冷逆流的布置形式有利于制冷工況，而對制熱工況略為不利。這是由于制冷工況中，微通道換熱器作為冷凝器使用，微通道換熱器制冷逆流的布置形式即為冷凝器逆流，而冷凝器逆流相比順流大大提高換熱器的對數(shù)平均溫差，增強總體換熱效果，由此得到的機組制冷量及制冷COP也得到較大幅度的提高；在制熱工況中，微通道換熱器作為蒸發(fā)器使用，微通道換熱器制冷逆流的布置形式即為蒸發(fā)器順流，而蒸發(fā)器順流的對數(shù)平均溫差相比蒸發(fā)器逆流的略微降低，換熱器總體換熱效果略微降低，由此得到的機組制熱量及制熱COP也略微降低。由表3還可以看到，微通道換熱器制冷逆流的布置形式相比于制冷順流的布置形式而言，冷媒充注量略為降低。

因此對于僅僅供冷的冷水機組而言，微通道換熱器推薦采用制冷逆流的布置形式；而對于僅僅供熱的熱水機組而言，微通道換熱器推薦采用制冷順流的布置形式；對于冷暖兩用型的機組，需要權(quán)衡制冷制熱的需求進(jìn)行選擇。在本文中，由于本機組偏重于制取冷水，且制冷的提升效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于制熱的衰減效果，因此本文中4臺樣機全部按照微通道換熱器制冷逆流的方式進(jìn)行布置。

3.2 不同空氣側(cè)換熱器類型的R410A機組性能對比

將樣機1及樣機2分別按照表2中工況進(jìn)行測試，結(jié)果見表4。

表4 R410A機組性能對比 %

由表4可見，R410A風(fēng)冷冷熱水熱泵機組中，使用微通道換熱器取代銅管翅片式換熱器后，名義制冷量提高0.8%，制冷COP提高2.7%；而名義制熱量降低2.6%，制熱COP降低3.5%；而冷媒充注量減少33.3%。

因此對于R410A風(fēng)冷冷熱水熱泵機組而言，使用微通道換熱器取代銅管翅片式換熱器后，雖然微通道換熱器迎風(fēng)面積略微減小，仍然可以達(dá)到與銅管翅片式相當(dāng)?shù)男阅?；而且微通道換熱器的體積及重量大大減小，機組充注量也得到較大幅度的降低。

3.3 不同空氣側(cè)換熱器類型的R22機組性能對比

將樣機3及樣機4分別按照表2中工況進(jìn)行測試，結(jié)果見表5。

表5 R22機組性能對比 %

由表5可見，R22風(fēng)冷冷熱水熱泵機組中，使用微通道換熱器取代銅管翅片式換熱器后，名義制冷量提高0.1%，制冷COP降低1.6%；而名義制熱量降低4.1%，制熱COP降低2.6%；而冷媒充注量減少46.7%。

因此對于R22風(fēng)冷冷熱水熱泵機組而言，使用微通道換熱器取代銅管翅片式換熱器后，雖然微通道換熱器迎風(fēng)面積略微減小，仍然可以達(dá)到與銅管翅片式相當(dāng)?shù)男阅?；而且微通道換熱器的體積及重量大大減小，機組充注量也得到較大幅度的降低。

4 結(jié)語

筆者將微通道換熱器應(yīng)用在冷暖兩用的風(fēng)冷冷熱水機組中，通過試驗驗證了微通道換熱器在冷暖兩用的風(fēng)冷冷熱水機組中應(yīng)用的可行性。并提出在冷暖兩用的風(fēng)冷冷熱水機組中將微通道換熱器按照制冷逆流的方式放置的建議。

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