热泵型空调器运行特性的研究

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1、热泵型空调器运行特性的实验研究武汉科技大学苏顺玉张春枝陈俭摘要：用空气焓差实验法，在制冷工况下对一台热泵型空调器进行了最佳充注量的实验研究，并分别在制冷工况和制热工况下对冷凝器和蒸发器管壁的温度分布进行了测量。实验结果表明，空调系统中存在一个最佳制冷剂充注量，使得空调系统的制冷量和能效比达到最大值，而系统输入功率受制冷剂充注量的影响较小。本文还根据实验结果分别给出了在制冷工况和制热工况下进行冷凝器和蒸发器换热计算时，制冷剂与管壁之间的平均温差。本文的研究结果为空调系统充注量的模拟计算以及换热器模型的建立提供了实验依据。关键词：热泵；空调；空气焓差法；充注量随

2、着世界能源的日趋紧张，节约用能和合理用能显得越来越重要，因而热泵型空调器的使用也日益广泛[1]。近十年来，空气源热泵在房间空调器、小型户用空调及中大型建筑物上都得到较快的推广应用[2]。空气源热泵型空调器夏季制冷、冬季制热，一机两用，设备利用率高，但当空气温度较低时，热泵的供热性能会下降。为了进一步分析热泵型空调器的制冷制热性能，本文用空气焓差实验法，对一台12KW的热泵型空调器的运行特性进行了实验研究。1实验原理与装置1.1实验原理空气焓差法是一种测定空调器制冷、制热能力的方法。它的实验原理是将被测试空调器放置于人工模拟的环境内，在持续的稳定状态中，通过测

3、量被测试空调器送、回风口空气的干球及湿球温度等送、回风参数以计算焓差，同时测量室内机的循环风量，用测出的风量与送风、回风焓差的乘积确定房间空调器的制冷量或制热量[3]。在测定制冷或制热量的同时，测定空调器的输入电压、电流，以确定输入功率以及空调器的能效比。1.2实验装置空气焓差法实验装置布置如图1所示。实验台包括两个相邻的实验房间，两个房间内都布置有空气处理机，该机组具有制冷、加热和加湿的功能，可分别模拟所要求的室内侧和室外侧空气状态，以保证空调器在规定的干、湿球温度范围内运行。空气测量装置安装在室内侧并与空调器送风口相接。空气测量装置应有良好的保温，以使漏

4、热量不超过被测制热量的5﹪。图1空气焓差法实验装置布置图2实验工况实验时，调节室内外空气处理机组，将房间内的温度、压力等参数调节至表1所要求的室内侧和室外侧状态，通过计算机实时监控其工作状态。表1实验工况工况条件室内侧空气状态，℃室外侧空气状态，℃干球温度湿球温度干球温度湿球温度T1型制冷工况27193524T1型制热工况2015763最佳充注量的实验研究在制冷工况下，采用焓差实验方法，对一台12KW分体式空调进行实验研究，测得制冷剂充注量对空调系统的影响如图2~4所示。图2表示空调系统制冷量随制冷剂充注量的变化曲线。从图中可以看出，当制冷剂充注量较小时，空

5、调系统的制冷量随制冷剂充注量的增大而增大；当制冷剂充注量为3.55kg时，空调系统制冷量达到最大值，随后制冷量随制冷剂充注量的增大反而减小。这说明空调系统存在一个最佳制冷剂充注量，使得空调系统的制冷量达到最大值。图2制冷量随制冷剂充注量的变化曲线图3能效比随制冷剂充注量的变化曲线图4输入功率随制冷剂充注量的变化曲线图3表示系统能效比随制冷剂充注量的变化曲线。从图中可以看出，当制冷剂充注量较小时，系统的能效比随制冷剂充注量的增大而增大；当制冷剂充注量为3.55kg时，系统能效比达到最大值，随后系统的能效比随制冷剂充注量的增大反而减小。这说明空调系统存在一个最佳

6、制冷剂充注量，使得系统的能效比达到最大值。图4表示空调系统输入功率随制冷剂充注量的变化曲线。从图中可以看出，当制冷剂充注量不断增大时，空调系统的输入功率随制冷剂充注量的增大在4.45KW上下波动，这说明制冷剂充注量对空调系统的输入功率影响不大。从以上分析可看出，空调系统的制冷量和能效比在系统制冷剂充注量为某一最佳值时达到最大。因此，对空调系统最佳制冷剂充注量的研究分析是非常必要的。4换热器壁温的测量及分析4.1制冷工况时换热器壁温的测量及分析制冷工况时，在系统冷凝温度tk=54.4℃，蒸发温度t0=7.2℃，过冷温度tsc=46.1℃，压缩机排气温度为90℃

7、时测量换热器壁温的结果如图5~6所示。图5为冷凝器沿管长方向的温度分布图，图中tw为焓差实验中测得的冷凝器管壁温度，tR22为冷凝器管内制冷剂温度。参考图5，进行冷凝器换热计算时，制冷剂与管壁之间的平均温差，过热段可取10℃，两相段和过冷段可取5℃。图6为制冷工况时蒸发器沿管长方向的温度分布图，图中tw为焓差实验中测得的蒸发器管壁温度，tR22为蒸发器管内制冷剂温度。参考图6，进行蒸发器换热计算时，制冷剂与管壁之间的平均温差可取5℃。图5冷凝器沿管长方向的温度分布图6蒸发器沿管长方向的温度分布4.2制热工况时换热器壁温的测量及分析制热工况时，在系统冷凝温度t

8、k=53℃，蒸发温度t0=-2℃，过冷温度tsc=4