采用微通道换热器的热泵型空调器性能研究

随着我国经济的不断发展和人民生活水平的提高,对空调器的需求量持续增加,提升家用空调器的能效水平已成为重要研究内容[1]。
微通道换热器作为一种紧凑式高效换热器,通道直径减小,可利用微通道强化相变传热特性强化管内制冷剂对流换热,且提高换热器的耐压能力[2-3];由于平行流动结构有利于降低空气侧流动阻力从而可减小风扇耗功率[4],换热器全铝结构降低了材料消耗量和材料成本。微通道换热器在汽车空调上的成功应用,在家用空调单冷机上用作冷凝器均已显示出明显技术优势,用于热泵型空调器时由于均匀分液、融霜水排除等技术问题,尚处于研究探索之中。
笔者以自行研制的采用微通道换热器的3hp落地式分体热泵型空调器的实验研究结果为基础,计算分析采用微通道换热器对提升空调器节能减排性能的作用。
1·实验样机及测定结果
实验样机为一台3hp落地式分体热泵型空调器,不改变原型机所有结构尺寸,而将其换热器改为课题组研制的微通道换热器。又鉴于样机加工时企业模具条件限制,换热器的方案在设计基础上作了一些调整。主要技术思路方面总体上体现了设计思想,但换热面积远小于原始样机。原型机换热器与微通道换热器样机的比较见表1,样机换热器实物见图1。

采用微通道换热器取代原始样机的换热器组装了2台热泵型空调器,并委托中国家用电器质量监督检验中心对样机进行了检测。样机配置方案如下:
1)样机1:室内机、室外机均采用微通道换热器。与原始样机相比,室内机换热器面积减少19%,室外机换热器面积减少44%;总材料消耗减少39%,换热器全铝制作。
2)样机2:室内机采用原型机换热器,室外机采用微通道换热器。室内机换热器面积不变,室外机换热器面积减少44%;总材料消耗减少33%,室外机换热器全铝制作。
样机调试过程对毛细管、制冷剂充注量进行必要调整,检测结果见表2。

测定结果表明:与原始样机相比,样机1制冷EER减小10%,制热COP增大3%,制冷剂充注量减少20%。样机2室内机换热器面积不变,制冷EER减小1.9%,制热COP增大10%;制冷剂充注量减少30%。
2台样机虽然大幅度减少了换热器材料的消耗和制冷剂充注量,由于换热面积远小于原型机的值,能效水平与原型机相比,未能体现出微通道换热器的优势。笔者以2台样机的测试数据为基础,采用与原型机换热面积相同的微通道换热器,理论计算在保持换热面积一定的情况下,与原型机相比微通道换热器的采用对热泵型空调器制冷EER和制热COP的影响。
2·计算方法和结果
2.1　计算条件
笔者计算的2台样机的室内机、室外机换热器的换热面积分别与原型机的值相同,具体见表3。

理论计算基于以下前提条件:
1)计算的微通道换热器样机的换热面积、迎风面积分别与原型机相等;
2)保持室内机和室外机空气侧的风量不变;
3)总传热系数不变;
4)空调器测试工况不变[7](见表4);