空调热回收热虹吸管换热器工质的试验研究

刘璐璐

空调用常温热虹吸管的工作温度为-20℃～50℃。热管工质的选取主要以热管工作介质的流动特性以及换热特性为依据。氨，R32，R152a，R290，R407C的液相传输系数均优于R22。R32在低温侧的液相传输系数有明显优势，因此适宜在冬季工况下选用［1］。本文以目前主流工质R22为比较对象，对R32及R22在低温工况下的性能进行对比试验研究。

1 试验装置及测试系统

热虹吸管换热器样机尺寸为1 500 mm×280 mm×260 mm，均分为等截面的两部分，分别作为模拟工况下空调系统的新、排风侧。热虹吸管正三角错排6根×6排，翅片间距为2.54 mm，单只热虹吸管采用φ16×0.5 mm的紫铜管制成。

试验中模拟冬季空调工况，测试热虹吸管换热器性能，试验模拟测试调节装置如图1所示。冬季工况系统在室外环境温度为-5℃～10℃时进行测试采用轴流风机抽风的方式，使空气通过热虹吸管换热器。

试验测试系统通过T型热电耦测取新、排风进、出口流体温度，所有热电耦均与Agilent34970A型数据采集单元连接，数据采集模块统一采用Agilent34901A型，并与计算机连接，进行实时采集和记录试验数据。试验测试系统如图1所示。

2 温度测点布置

为测量热虹吸管换热器新、排风两侧进、出口气流温度，在热虹吸管换热器每个气流进、出口截面上划分网格，每个截面平均布置5个，共计20个测点。温度测量采用经过校准的符合国家标准(GB/T 2903-1998)的2 mm×0.3 mm T型热电耦。数据采集单元采集数据的时间间隔设定为5 s。

3 试验方法

本试验冬季各工况在环境室中进行测试。在环境大气温度为-5℃～10℃时，进入热虹吸管换热器冷凝段的流体为环境大气，模拟冬季空调系统的室外新风，进入热虹吸管换热器蒸发段的流体为环境室内的空气，环境室内的温度由中央空调控制，模拟冬季空调系统的室内排风。通过给轴流风机的电机安装数字控制变频器，来调节热虹吸管换热器的迎面风速，测取了三种迎面风速工况的试验值。采用瑞士REFCO的氟利昂充灌量筒计量工质的充注量，并利用其进行工质的充装。

4 试验与模拟结果的分析比较

4.1 倾角对不同工质热虹吸管换热器温度效率的影响

新风温度为2℃，风速为2.7 m/s，在倾角分别为5°，10°，15°，20°，25°和30°时，分别对充灌R22及R32的热虹吸管换热器的性能进行模拟和试验比较，结果如图2所示。

分析可以看出，模拟计算结果与试验测试结果变化趋势基本保持一致，并且模拟值始终高于试验值。图2中，使用R32时，换热器温度效率试验值随倾角的增加而升高，到倾角为30°时，达到最大值50.8%，倾角大于20°，温度效率虽有增加，但增量微小，趋于平稳。使用R22时，换热器温度效率试验值随倾角增加而升高，但同倾角比R32温度效率略低，倾角为30°时达到最大值48.2%，倾角大于20°，温度效率增量微小，趋于平稳。

4.2 空调系统新风温度对不同工质热虹吸管换热器温度效率的影响

风速为2.7 m/s，倾角为20°时，分别在新风温度为2℃，5℃，7℃时，对充灌R22及R32的热虹吸管换热器的性能进行模拟和试验比较(见图3)。分析可以看出，模拟计算结果与试验测试结果变化趋势基本保持一致，并且模拟值始终高于试验值。图3中，使用R32时，换热器温度效率随新风温度的增高而降低，新风温度为2℃时，达到最高值52%。使用R22时，换热器温度效率随新风温度的增高而降低，新风温度为2℃时，达到最高值51.2%。

4.3 迎面风速对不同工质热虹吸管换热器温度效率的影响

新风温度为2℃，倾角为20°时，分别对风速为1.5m/s，2.7m/s，3.8m/s充灌R22及R32的热虹吸管换热器的性能进行模拟和试验比较，结果如图4所示。分析可以看出，模拟计算结果与试验测试结果变化趋势基本保持一致，并且模拟值始终高于试验值。图4中，使用R32时，换热器温度效率随风速的增高而降低，风速为2.7 m/s时，达到最高值45%。使用R22时，换热器温度效率随风速的增高而降低，风速为2.7 m/s时，达到最高值43%。

5 结语

从热虹吸管换热器模拟计算和样机试验结果的比较可以得到:1)模拟计算的结果与试验得到的结果趋势基本一致，验证了模拟计算模型的可靠性，表明本论文所建立的模拟计算模型能够较好的反映空调工况下热虹吸管换热器的能量回收性能。2)模拟计算值总是高于试验测试值。这是因为，实际试验测试系统存在部分散热损失，新风进口温度存在波动，并且风道保温条件较差，热虹吸管换热器进、出口气流温度受到环境的影响和干扰。

通过试验研究分析，可以得出以下结论:1)随着空调系统新风温度的升高，热虹吸管换热器的温度效率降低。在充注率、风速和倾角一定的条件下，新风温度为2℃时，使用R32的换热器温度效率为0.52;新风温度为2℃时，使用R22的换热器的温度效率达到0.65。使用R32比使用R22的换热器温度效率稍高，可以选择在同等条件下替换为R32。2)随着倾角的增大，热虹吸管换热器的温度效率先增加，并逐渐趋于平缓。使用R32时，倾角为30°时，达到最大值50.8%;使用R22时，倾角为30°时达到最大值48.2%，随着迎面风速的增加，热虹吸管换热器的温度效率逐渐降低，使用R32时，换热器温度效率随风速的增高而降低，风速为2.7 m/s时，达到最高值45%。使用R22时，换热器温度效率随风速的增高而降低，风速为2.7 m/s时，达到最高值43%。

［1］ 刘璐璐，卢 苇，马国远，等.空调热回收用热虹吸管工质的研究［A］.2008第九届全国空调器、电冰箱(柜)及压缩机学术交流会［C］.2008.

［2］ 陆冬梅.转轮全热交换器对空调箱运行能耗的影响［J］.山 西建筑，2010，36(9):192-193.