微通道换热器在家用空调上的应用研究

汪年结，王颖，李峰，汪峰，葛方根，徐博，陈江平

（1-四川长虹电器股份有限公司，四川绵阳 621000；2-浙江盾安人工环境股份有限公司，浙江杭州 310051；3-上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240）

微通道换热器在家用空调上的应用研究

汪年结*1，王颖3，李峰1，汪峰2，葛方根2，徐博3，陈江平3

（1-四川长虹电器股份有限公司，四川绵阳 621000；2-浙江盾安人工环境股份有限公司，浙江杭州 310051；3-上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240）

微通道换热器的应用日益普遍。本文通过将微通道换热器引入3 HP柜式家用空调，并对其性能和充注量等与原机进行了对比，对微通道在家用空调领域的应用进行了研究。从结果可以看出：当只更换室内换热器时，系统的充注量由原来的2200 g降到1850 g左右；与原机相比，制冷时系统的制冷量略降低1%、COP提高2.2%；制热时系统的制热量比原机提高3.9%、系统COP则提高了11.2%。当将室内外的管片式换热器都更换为微通道换热器后，系统的充注量由原来的2200 g降到1000 g左右；与原机相比，制冷量提高0.8%，系统COP则提高5.2%。

空调系统；充注量；制冷量；COP

0 引言

微通道换热器与传统管翅式换热器相比，具有重量轻，体积小，换热效率高，结构紧奏等优点。这也使得其广泛的应用于车用空调领域。但是其在家用空调领域的应用并不普遍。近年来，由于微通道换热器的成本和性能优势的凸显，其在家用空调的应用研究也更加受到关注。

国内外很多的企业和高校都在对微通道在家用空调的应用进行了研究。上海交通大学陈芝久团队[1]对微通道换热器用于家用空调的可行性进行了理论分析。严瑞东等[2]对微通道换热器在家用空调使用时的分液问题进行了分析，发现分液造成的温度分布不均对系统性能的影响可达7.3%。李峰等[3]则对微通道换热器对家用空调的充注量影响进行了研究，研究表明，通过改进，对相同的迎风面积，新型微通道样件的内容积比传统微通道样件内容积降低了71%，系统充注量降低28.3%，在降充注方面优势明显。志高公司的金听祥等[4]利用Devenport[5]的空气侧传热关联式，分析了微通道换热器翅片各个参数对空气侧换热系数的影响。徐博等[6]则对微通道的结霜问题进行了研究，结果表明排水较差的微通道样件在5个运行周期后，性能下降27%。

文章通过将微通道换热器引入3 HP柜式家用空调，并对其性能进行了检测。与原机进行了对比，分析了其系统性能、风量及充注量等关键参数，指出了后续的优化方向。

1 实验设备及样件

1.1 换热器样件

文中的实验用微通道换热器由百叶窗翅片和微通道扁管组成，结构简图如图1所示，与之相匹配的，采用内插管的分液方式。实验所用3HP柜机空调机组则为长虹 KFR-72LW/DHR(W2-G)+2。根据机组尺寸，实验分别准备了室内和室外两个由铝合金材料制作的微通道样件，用于替换原样机的管片式蒸发器和冷凝器，其由内螺纹铜管和亲水铝箔组成。微通道样件及原机样件尺寸见表1。

图1 百叶窗翅片微通道换热器结构简图

表1 实验样件的结构

1.2 实验设备

如图2所示，根据国家标准GB/T 7725的要求，实验空调在焓差台中进行。焓差法实验台包括蒸发器室和冷凝器室两个房间，每个房间都有一套空调机组，用于控制房间的空气状态。蒸发器室内的风洞可测试风量和出口焓值，用于计算被测空调的制冷能力。实验台的各个被测参数的测试精度如表 2所示。

图2 焓差法实验台

表2 实验台各参数及测试精度

2 实验过程及工况

实验先对原机的性能进行了测试，然后将室内换热器更换为微通道换热器，在制冷制热两个工况下进行了测试，并与原机对比了制冷量、功耗、COP和风量等参数。再将室内外换热器全部更换为微通道换热器，对其在不同制冷剂充注量的情况下进行了测试，由于微通道换热器在热泵工况下存在结霜等问题，因此，实验只研究系统在制冷工况下的性能。根据国家标准GB/T 7705-2004，实验制冷工况如表3所示。

表1 实验工况

3 实验结果及分析

实验首先将室内换热器更换为微通道换热器，根据结果，跟换室内蒸发器后，系统R22制冷剂的充注量从2200 g降到1850 g，降低了15.9%。图3至图 6则显示了在制冷/制热工况下，系统的换热量、功耗、COP及通风量与原机的对比情况。

图3 新系统与原机的换热量对比图

图4 新系统与原机的功耗对比图

图5 新系统与原机的COP对比图

图6 新系统与原机的通风量对比图

由图3可以看出，只更换室内换热器的新系统与原机相比，制冷时，换热量相差不大，新系统比原机降低了1.0%，功耗则降低了3.1%，COP与原机相比则提高了2.2%；制热时，新系统的制热量比原机提高3.9%，功耗降低了6.6%，系统COP则提高了11.2%。这主要是由于微通道换热器与原机的管片式换热器相比，其结构更加紧凑，在换热面积增大的同时，其内容积更小。因此，将室内管片式换热器更换为微通道换热器后，系统的充注量减小。制冷时，受到微通道换热器的排水问题的影响，新系统的性能较原机相比，性能略微下降，但其由于新系统的流量与原机相比更小，其系统功耗更小，因此，新系统整体COP较原机提高。制热时，微通道换热器作为冷凝器，不存在排水问题，其换热面积更大的优势更为明显。新系统制热量比原机提高的同时，其系统功耗由于流量减小而同样减小，因此，新系统的性能较原机有较大提升。

同时，从图6中可以看出，制冷时，新系统的通风量比原机少18 m3/h,同时实验可观察到微通道蒸发器表面并无冷凝水集聚，制热时，新系统的通风量则比原机少了35 m3/h。

图7～图9则显示了在上述制冷工况下，室内及室外换热器全部更换为微通道换热器后的系统的制冷能力、耗电量及 COP在不同充注量情况下的对比图。

由图7～图9可以看出，充注量从950 g增加到1000 g时，系统制冷量提高1.8%，功耗增加1.1%，系统COP提高0.7%，充注量从1000 g增加到1050 g时，系统制冷量无明显变化，功耗则增加6.5%，系统COP降低了6.4%。

这主要是由于随着制冷剂的增加，系统流量增加，系统制冷量和功耗都会相应增加。当制冷剂不足时，制冷量的提升高于系统功耗，系统的 COP提高；当制冷剂偏多时，制冷量提升则并不明显，功耗则会增加，系统COP下降。

分析可得出，当室内室外都更换为微通道换热器后，系统的最佳充注量从原来的 2200 g降低到1000 g，降低54.5%。当充注量为1000 g时，通过与图3～图5中所示原机性能相比，使用全微通道换热器的系统制冷量提高0.8%，功耗下降4.1%，系统COP则提高5.2%。

图7 制冷量随不同充注量的变化曲线

图8 功耗随不同充注量的变化曲线

图9 COP随不同充注量的变化曲线

4 结论

文章通过将微通道换热器应用在 3 HP空调柜机，并对其在不同充注量情况下的性能进行了检测，并与原机进行了对比。从结果可以看出以下两点。

1) 使用微通道换热器可以有效降低系统充注量：当只更换室内换热器时，系统的充注量由原来的2200 g降到1850 g左右，降低15.9%；当将室内外的管片式换热器都更换为微通道换热器后，系统的充注量由原来的2200 g降到1000 g左右，降低大约54.5%。

2) 将室内侧换热器更换为微通道换热器后，制冷时，系统的制冷量略有变化，但相差不大，系统功耗则降低3.3%，COP提高2.2%；制热时，系统的制热量比原机提高3.9%，功耗降低了6.6%，系统COP则提高了11.2%。当室内外换热器全部更换为微通道换热器后，在1000 g的最优充注量下：制冷量提高0.8%，功耗下降4.1%，系统COP则提高5.2%。

综上所述，微通道换热器应用于家用空调仍具有较大优势。更进一步，新的带有微通道换热的系统性能仍有优化提高的空间：通过对蒸发器结构及翅片参数的进一步优化，可有效提高系统性能；对分液结构进行优化，进一步提高制冷剂进入蒸发器的均匀性，也可使系统性能进一步提高。

[1]陈芝久, 陈江平, 刘敬辉. 平行流换热器用于家用空调的可行性分析[C]// 上海市制冷学会 2003年学术年会论文集. 上海, 2003: 307-309.

[2]严瑞东, 徐博, 陈江平. 微通道换热器两项分配特性对空调系统性能的研究[J]. 制冷学报, 2013(3): 20-24.

[3]李峰, 覃兴文, 汪年结. 新型微通道换热器在家用空调中的实验研究[C]// 2012年中国家用电器技术大会论文集. 北京, 2012: 314-317.

[4]金听祥, 成剑, 林崐, 等. 平行流换热器换热性能影响因素的分析[J]. 家电科技, 2009(1): 49-50.

[5]DEVENPORT C J. Correlation for heat transfer and flow fiction characteristics of louvered fin[J]. AICHE Symposium Ser. 225, 1983, 79(25): 19-27.

[6]XU B, HAN Q, CHEN J P, et al. Experimental investigation of frost and defrost performance of microchannel heat exchangers foe heat pump systems[J]. Applied Energy, 2013(103): 180-188.

Research on application of Microchannel Heat Exchanger in Domestic Air Conditioning System

WANG Nian-jie*1, WANG Ying3, LI Feng1, WANG Feng2, GE Fang-gen2, XU Bo3, CHEN Jiang-ping3
(1-Sichuan Changhong Electric Appliance Co., Ltd, Mianyang, Sichuan 621100, China; 2-Zhejiang Dunan Artificial Environment Co., Ltd, Hangzhou, Zhejiang 310051, China; 3-School of Mechanical and Power Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

The application of microchannel heat exchanger is becoming more widely. The application of microchannel heat exchanger on domestic air conditioning system was investigated by introducing the microchannel heat exchanger into the 3 HP floor type air-conditioner, and the performances and refrigerant charge were compared between the original and new machines. The result shows that, when only the indoor heat exchanger was changed into the microchannel heat exchanger, the charge of refrigerant for the system was reduced from 2200 g to about 1850 g; in refrigerating mode, the cooling capacity of the new system was 1% lower than that of the original one, and the COP was 2.2% higher than that of the original one; While when in heating mode, the heating capacity of the new system was 3.9% higher than that of the original one, and the COP was 11.2% higher than that of the original one. When all the heat exchangers were changed into the microchannel heat exchangers, the charge of refrigerant for the system was reduced from 2200 g to about 1000 g. Comparing with the original system, the cooling capacity of the new system was 0.8% lower and the COP was 5.2% higher in refrigerating mode.

Air conditioning system; Charge of refrigerant; Cooling capacity; COP

10.3969/j.issn.2095-4468.2014.02.202

*汪年结（1977-），男，工程师，学士。研究方向：家用空调绿色设计。联系地址：绵阳市高新区绵兴东路35号四川长虹电器股份有限公司工程技术中心，邮编：621000。联系电话：0816-2416743。E-mail：nianjie.wang@changhong.com。

十二五国家科技支撑项目（No. SQ2011GX03D03999）