7℃工况下R417a和R22用于空气源热泵热水器的试验研究
1、前言
空气源热泵热水器由于安全性好、节能环保等优点,得到了迅速发展和推广[1] 。从节约能源和环保的观点来看,热泵热水器具有其独特的优点和市场前景[2、3] 。但是,目前热泵热水器广泛使用的工质是R22。根据《蒙特利尔议定书》规定,发达国家2020年后禁止使用HCHC制冷剂[4] ,发展中国家于其后的十年禁用。在德国,任何空调器已不允许使用R22。美日等发达国家也纷纷将禁用期提前至200 -2010年。1993年中国国务院批准的《中国消耗臭氧层物质的逐步淘汰国家方案》规定2040年以前淘汰HCFCs。随着各国禁用期的提前,届时我国也会提前R22的禁用期。
R417a是由法国罗地亚公司研制的环保型制冷剂,是一种近共沸混合工质。它是由R125、R134a和R600按47% , 50%和3%的质量分数配制而成。其性能与R22接近(见表1) ,是R22的理想替代品。我国有研究人员对此制冷剂的应用做了一些研究,如真空技术网的另外一位投稿作者李晓燕等对R417a与R22用于热泵热水器时,当冷凝温度为50 ℃和45 ℃,蒸发温度在- 5～15 ℃时进行了对比研究[5 。曹锋等在变进水温度、变水量、变蒸发温度等工况下对R417a试验样机进行相关性能测试[6] 。但到目前为止,此种制冷剂的研究仍较少,还未得到普遍应用,尤其是在低温工况下性能随进水温度的变化还未有人进行研究。
表1 R417a和R22的物性参数
本文进行了循环式空气源热泵热水器在环境温度7℃工况下其性能随循环热水进水温度变化的试验研究,可为今后的产品开发提供一定的参考。
2、试验装置及测点布置
2. 1、试验装置
试验测试用的是同一台样机,标准工况下测试时, R417a系统的制热功率为23. 51kW,输入功率为5. 47kW, R22系统的制热功率为27. 91kW,输入功率为6. 74kW;循环热水流量为5.2m3/h。试验样机主要部件的结构型式和参数如下: ( 1)谷轮涡旋式压缩机2个,型号: ZR47KC; (2)冷却器1个,采用板式换热器,氟路为独立系统,水路共用一个系统,逆流布置,型号为: EATB55; ( 3)储水箱,承压结构,容积615L; ( 4)艾默生膨胀阀2个,型号: BAE7; (5)翅片管式蒸发器2个,总长121m。试验台自动测试系统由一台计算机和一台数据采集器组成,温度采用热电偶测量,压力采用压力传感器测量,系统所消耗的功率采用三相线制功率计测量。
2. 2、温度压力测试点布置
在压缩机进出口、冷却器进出水口、环境、膨胀阀前后共设置8个温度采集点;在压缩机进出口各设置2只压力传感器,冷却器、蒸发器的进出口各设置2只压力表。
2. 3、热泵热水器运行经济性指标
热泵热水器的经济性能用制热系数COP 来表示,即消耗单位电功量W0所得到的热量Q1 (用于加热卫生热水) :
式中 ρ———密度, kg/m3 c———热水的定压比热, kJ/(kg·℃) V ———储水箱的容积,m3 tw1、tw2 ———单位时间间隔内,加热前、后的水温, ℃ △t———单位时间间隔, s △P———单位时间间隔内的平均功率, kW
