1、带热水供应的家用空调器运行特性研究高彦兵，淮兰兰，靳文河 北 工 程 大 学 城 建 学 院 ， 河 北 邯 郸 056038， E-mail： gaoyanbing_文献来源：2007年国际采暖通风空调大会，677682摘要：针对家用空调的特点，提出了对家用空调冷凝热进行回收利用的观点，利用热回收系统加热生活用水，并建立了一种新型的带热水供应的家用空调试验系统。通过该试验系统各测点的试验数据，对该设备在空冷运行模式和水冷热回收运行模式两种情况下的运行特性作了相应的分析，给出了一些重要参数的实验结果，并分析讨论了在热回收时水温变化对系统的影响。结果表明，制冷和制热同时协调运行时，不仅不影响机组
2、原有的性能，并且在制冷和提供生活热水的同时，提高了系统的总能效比，达到节能环保的目的。同时系统样式和我们的研究方法有独特的特征。关键词：家用空调 热水供应 空冷 循环水冷 节能介绍：节能已成为世界关心的问题。在中国，家用空调拥有率以惊人的速度增长，其能耗亦迅速增长。同时，人们对生活热水的需求越来越大，其一次能耗也越来越大。据估计，发达国家热水供应的能耗将成为继室内供暖空调之后的第二大能耗(Josuap1999年 )。在美国， 热水器能耗占居住总能耗的 17%，今后还将有继续上升的势头。家用空调系统总有相当多的冷凝热直接排入大气，造成较大的能源浪费，并且存在对周围环境的热污染。从节能角度看，对于
3、居住建筑来说，建筑物又需要大量的生活热水供应，如果能将冷凝热全部或部分回收用来加热生活热水，不但可以减少冷凝热对环境造成的污染，而且还可以节省能源。常规的风冷式家用空调系统由于冷凝温度较高，故通过对风冷式家用空调系统合理改装，形成带热水供应的家用空调系统就可以实现这一功能，并且可以得到较高的回收水温，因此，它的应用较广。在实验室中设定一个带热水供应的家用空调实验系统进行实验研究，对该设备在空冷运行模式和水冷热回收运行模式两种情况下的运行特性作了相应的分析。实验系统介绍：系统概述带热水供应的家用空调实验系统由风冷热泵系统和热回收系统组成。夏季使用时，机组制冷系统在向房间提供冷量的同时，热回收系统
4、利用水冷冷凝器排出的热量加热生活热水。机组总能效比可达5.0以上。其工作原理与常规的制冷原理相同。在风冷热泵的基础上增加一热回收换热器(板式换热器)，通过自动或手动的控制，可根据设定蓄水箱的水温进行不同运行模式的转换。热回收包括部分热回收和全部热回收。部分热回收指部分利用冷媒的冷凝热来加热生活用水，水温高于冷凝温度。全部热回收指冷媒过热蒸汽冷却、冷凝、和过冷，冷凝热全部回收加热生活用水，水温低于冷凝温度。在实际工程应用中，由于水系统管路及储能水箱保温效果差将导致一定程度的温降，舒适性较差。而提高生活用水水温可以采取以下措施，如果生活用水热负荷小于空调侧热负荷，则采取部分热回收来制取生活用水，压
5、缩机的排气温度可高达6590，这时生活用水出水高达5565，如果生活用水热负荷与空调侧热负荷相当，则采取全部热回收来制取生活用水，一般情况下，风冷热泵机组的冷凝温度为5055，生活用水水温可达4550。实验系统设定带热水供应的家用空调实验系统原理如图1所示，初投资少，可靠性强，易于控制且能够全年运行。在夏季空调工况运行时，回收部分冷凝热量来提供全部或部分的生活热水供应所需的热量。该实验系统为某品牌的家用空调(压缩机额定输入功率为1550W) 合理改装而成，该系统有数据自动采集和记录功能，并设有自动控制系统。与以往已建成的实验系统相比，功能和运行模式多，且易于切换与组合运行。在夏季制冷的同时制备
6、生活热水，并可实现四种运行模式：(a)单独风冷运行模式；(b) 单独水冷运行模式；(c)水冷+风冷并联运行模式；(d)水冷+风冷串联运行模式。本文主要对模式(a)和模式(b)进行实验研究。测试点温度、压力、输入功率和流速因采集数据的需要，该实验系统设有温度测点、压力测点、功率测点、流量测点。温度测点包括室外温度、室内蒸发器进(出)风口温度、水冷冷凝器进(出)水温度、蓄热水箱上( 下) 部温度、电子膨胀阀前制冷剂温度、蒸发器制冷剂进(出)口温度、水冷冷凝器制冷剂进(出)口温度和压缩机出口制冷剂温度；压力测点包括蒸发器制冷剂进(出 )口压力、水冷冷凝器制冷剂进(出) 口压力、压缩机出口制冷剂压力；
7、系统输入电功率测点；水冷换热器循环水流量测点。各测点信号被采集并输送到电脑(工控机 )显示，可以实时数据观察；也可以在电脑发出指令，被传送到执行机构实现自动控制。实验研究：在夏季典型日，室内温度为27条件下分别进行了模式(a)单独风冷运行模式，模式(b) 单独水冷热回收运行模式的实验研究。空冷时系统测试(a)在这种模式下，循环水冷(板式热交换器)通过关闭对应的阀门关闭，这种运行模式和常规空调系统的制冷方式是相同的。制冷剂系统的流程是：1 89 10 2 11 22 3 124 13 9 1 . 。实验数据为8月23日，从14：30到15：40，空调中空气流速为0.156kg/s(468m 3/
8、h)。在模式(a)下主要计算公式如下：Te=(T02+T03)/2 (1)Tc= (T04+T05)/2 (2)Qe=CpM1(T10 T11) (3)EERC=Qe/N (4)EERC+W=(Qe+Qr)/N (5)实验数据和结果在表1显示水冷时系统测试（b）在这种下，风冷冷凝器通过关闭对应的阀门关闭。系统中采用冷凝器热补给方式。制冷剂系统的流程是：189151651731241391. 。实验数据为9月17日，从11：20到15：20，循环水流速为0.092kg/s (0.33t/h )。在模式(b)下主要计算公式如下：Te=(T02+T03)/2 (1)Tc= (T06+T07)/2 (
9、6)Qe=CpM1(T10-T11) (3)Qr=CwM2(T09-T08) (7)Qc=Qe+N (8)=Qr/Qc (9)EERC=Qe/N (4)EERC+W=(Qe+Qr)/N (5)实验数据和结果在表2示试验结果与分析：实验数据和结果在表1 (a模式 )和表2 (b模式)中给出。下面对这两种模式的数据进行分析和比较。能效比的变化模式(a)系统能效比如图2所示，在系统运行期间，EERc 基本上不变化，稳定在2.80左右，制冷系统处于稳态运行。模式(b)系统能效比如图 3所示，在系统运行期间，随着冷凝温度显著升高，模式(b) 下系统的制冷能效比EERc 总体上没有太大变化，约为2.60。
10、但是，模式(b)下系统的系统总能效比EERc+w降低很大，由11：20 的6.48降低到15：20的3.23，这主要是由于回收的冷凝热量减少而造成的。此时热回收系统中水箱水温已达到53.3，满足生活用水要求，通过自动控制手段，自动将运行模式由模式(b)切换到模式(a)，开始常规的风冷运行。为了不明显影响空调系统的能效比，建议加热水箱的水温不要超过55。以上实验数据表明，在b模式下，并没有明显影响空调侧的能效比，而系统的总能效比得到相应提高。系统总能效比平均为4.2。在本循环水冷却热回收实验中，冷却介质为低温( 相对空气来说)的水，从理论上说，机组的平均制冷能效比应远大于试验值，但是试验值却低于
11、理论价。可能是由于在改装时，选用的板式换热器性能(换热系数，换热面积，换热量等)与原风冷空调机组的性能不太匹配。如果实际工程需要，可加大热回收侧的水流量，实现机组的全热回收，机组的能效比将更高。蓄水箱水温的变化蓄水箱水温随时间的变化曲线如图4所示，随着空调运行时间增加，蓄水箱水温不断增加。从图2可以看出，水温曲线的斜率逐渐变小，升温速度变慢。大约4个小时后蓄水箱水温上升到53.3，完全可以满足生活用水要求。加热生活热水所需要的时间与循环水的流速、蓄水箱的储水量、空调的制冷量等有很大关系，在实际工程应用中，我们可以根据需要调节某些量而改变加热生活热水所需要的时间。热回收进出水温及冷凝热回收量的变
12、化在热回收循环水流量不变的情况下，热回收进出水温及冷凝热回收量随时间的变化如图5所示。回收的冷凝热量随着进水温度的增加而减少，即进水温度越高，进出水温差越小，回收的冷凝热量就越少。热回收率的变化在热回收循环水流量不变的情况下，热回收率随时间的变化如图6所示。经工程测算，冷凝器的散热量是制冷量的1.21.3倍。我们把冷凝热回收量与冷凝热的总散热量的比值定义为热回收率。由图6可以看出，热回收率随着空调运行时间增加而减少。结论：在对本文所给的两种模式对应的运行特性进行分析和比较之后，总结主要结论如下：新的带热水供应的家用空调系统把水冷与风冷相结合是合理的，可接受的，系统的水冷冷凝器可以用传统风冷作为
13、辅助手段，用这种方法不仅可以保证系统的操作，而且系统的能源消耗和它的环境压力(在夏天察觉释放到室外热量)可以减少到极小值，此外，冷凝器的热量可以由室内人员提供和重复利用。另外，随着蓄水箱水温的不断升高，循环冷却水的进出水温差逐渐减小，此外，冷凝热回收量和冷凝热回收率也逐渐减少。参考文献：1 张伟捷，靳松， Yamazaki Masato， Mizuno Minoru2003“ 办公写字楼建筑空调系统能耗与环境负荷研究” 2003第四届国际暧通空调会议学术论文集D北京：清华大学暖通空调03容量II ：1108-11122 张WJ，高XD，王HX 2005 “对AC系统特征的实验研究与冷凝器热回收
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