空气源热泵热水器的季节性能优化与制冷剂流量特性研究

摘要

随着经济的发展和人们生活水平的提高，城乡居民生活热水的需求量越来越大，形成了一个量大面广的热水消费市场。作为一种高效节能装置，空气源热泵热水器将在国际市场中占据着重要的位置。利用空气源热泵热水器生产生活热水不仅可以有效节约能源，而且能够“移峰填谷”，缓解电网紧张状况，因此在国内市场有着广阔的发展空间和应用前景。 本文对空气源热泵热水器性能优化以及流量特性做了深入研究。介绍了空气源热泵热水器的工作原理和过程，对理想的热泵循环建立了数学模型，同时也讨论了实际热泵循环中一些因素对热泵循环性能的影响，如液体过冷、蒸汽过热、热交换及压力损失、不凝性气体等对热泵吸热量、系统性能（COP）、压缩机耗功等的作用；运用热力学第二定律，对空气源热泵热水系统进行了热力学分析，并提出了改善零部件性能的方法。 在此基础上，研究了空气源热泵热水器季节性能优化的原理及方法，并搭建一套测试实验台。对热力膨胀阀作为节流机构的热泵热水器系统进行了优化计算，除改变冷凝盘管的长度外，调整系统中的制冷剂充注量和膨胀阀开度对系统性能参数COP也有明显的提高，并且稳定性得到了改善。文中通过样条插值的方法，给出了充注量和膨胀阀开度两个关键变量对系统COP影响的曲面图，指出系统优化以COP为主要参考量的同时，也应对系统的稳定性和安全性给予充分的重视。 对于毛细管作节流机构的热泵热水器来说，制冷剂的流量对系统的影响更大。文中通过计算进行制冷剂流态的判断，以实验结果为依据，分析了加热过程中各个参数的变化和对系统流量的影响。就运行中的两个关键参数——过冷度和冷凝压力，对毛细管热泵热水系统中制冷剂在壅塞流下的流量特性进行无量纲分析，并用另一组样本点进行校验，结果误差均在4％以内，证明了关系式的有效性。