微通道换热器在风冷冷热水热泵中的性能研究

尹 茜，潘李奎

（深圳麦克维尔空调有限公司，深圳 518111）

1 前言

微通道换热器是一种紧凑式高效换热器，具有重量轻，结构紧凑，换热效率高等优点［1～4］。换热器全铝结构降低了材料消耗量和材料成本；同时其内部容积小的特点有利于大大减少制冷剂充注量，符合国家节能及环保相关政策法规。

目前，微通道换热器作为冷凝器已经在家用、商用空调中得到批量使用，研究表明微通道冷凝器的性能优于普通翅片式换热器。葛方根等将批量生产的微通道冷凝器应用于R22商用冷水机组中［5］，测试结果表明在换热器迎风面积不变的情况下，采用微通道冷凝器后系统COP平均提高2.45%，系统充注量减少50%。何国军将微通道换热器应用于R410A商用空调中［6］，测试结果表明微通道换热器能够有效提高空调制冷性能。

微通道换热器作为制冷系统蒸发器，其应用由于制冷剂分配等问题受到限制［7，8］。近几年随着微通道蒸发器关键技术的研究与解决，微通道换热器开始应用于家用热泵型空调机组中。王颖等将微通道换热器分别应用于3HP柜式家用空调的室内机和室外机［9］，对系统性能和充注量等进行了对比研究，试验结果表明不管是只更换室内换热器，还是将室内外换热器都更换为微通道换热器，系统性能均比原机提高；将室内外换热器都更换为微通道换热器后系统充注量降低54%。周晶等将微通道换热器应用到北美市场典型的分体式热泵型空调机组中［10］，将室内室外机均采用微通道换热器后，机组能力提高4%，制冷剂充注量减少51%。严瑞冬等将微通道换热器应用于R22家用空调系统中［11］，研究微通道换热器内分液不均匀对系统性能的影响；张忠斌等将微通道蒸发器应用于3HP分体式房间空调器的室内机［12］，研究制冷剂充注量对系统性能的影响；付玉等将微通道蒸发器应用于5HP分体式房间空调器的室内机［13］，研究不同制冷剂流动方向对机组性能的影响，试验结果表明制冷剂在微通道蒸发器中自下而上的流动方向优于自上而下的流动方式。

然而微通道换热器作为蒸发器应用于商用热泵型空调机组中的研究却很有限。因此，本文将微通道换热器应用在风冷冷热水热泵机组中，通过性能试验对比，验证微通道换热器在风冷冷热水热泵机组中应用的可行性。

2 试验概况

为了对微通道换热器在风冷冷热水热泵机组中的性能进行研究对比，作者在所在公司生产4台样机进行测试，测试在经过国家认可的同一个焓差实验室内进行。

2.1 试验样机

试验样机为4台65 kW风冷冷热水机组，压缩机均为定频压缩机，采用电子膨胀阀节流，水侧换热器采用板换，空气侧换热器有铜管翅片式换热器和微通道换热器2种。

4台样机对比如表1所示。

表1 样机对比

将4台样机的微通道换热器分别按照顺流及逆流两种布置方式在相同工况下进行测试，通过系统性能对比，最后选择出性能较优的放置方式。

2.2 试验工况

按照GB/T 18430.1-2007《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组第1部分：工业或商业用及类似用途的冷水（热泵）机组》，确定机组运行工况，如表2所示，分别测试4台机组的性能。

表2 试验运行工况

3 性能试验结果

按照国家标准规定进行测试，名义工况下调整制冷剂的充注量实现最佳充注量的确定。

3.1 微通道换热器布置方式对比

在样机1中将微通道换热器按照图1中的2种布置方式分别在表2工况下进行测试，测试结果如表3所示。

图1 微通道换热器布置方式

表3 微通道换热器布置方式性能对比 %

由表3可见，微通道换热器制冷逆流的布置形式相比于制冷顺流的布置形式而言，名义制冷工况下，制冷量提高19.7%，COP提高33%；而名义制热工况下，制热量降低2.9%，COP降低3.7%。因此微通道换热器制冷逆流的布置形式有利于制冷工况，而对制热工况略为不利。这是由于制冷工况中，微通道换热器作为冷凝器使用，微通道换热器制冷逆流的布置形式即为冷凝器逆流，而冷凝器逆流相比顺流大大提高换热器的对数平均温差，增强总体换热效果，由此得到的机组制冷量及制冷COP也得到较大幅度的提高；在制热工况中，微通道换热器作为蒸发器使用，微通道换热器制冷逆流的布置形式即为蒸发器顺流，而蒸发器顺流的对数平均温差相比蒸发器逆流的略微降低，换热器总体换热效果略微降低，由此得到的机组制热量及制热COP也略微降低。由表3还可以看到，微通道换热器制冷逆流的布置形式相比于制冷顺流的布置形式而言，冷媒充注量略为降低。

因此对于仅仅供冷的冷水机组而言，微通道换热器推荐采用制冷逆流的布置形式；而对于仅仅供热的热水机组而言，微通道换热器推荐采用制冷顺流的布置形式；对于冷暖两用型的机组，需要权衡制冷制热的需求进行选择。在本文中，由于本机组偏重于制取冷水，且制冷的提升效果远远大于制热的衰减效果，因此本文中4台样机全部按照微通道换热器制冷逆流的方式进行布置。

3.2 不同空气侧换热器类型的R410A机组性能对比

将样机1及样机2分别按照表2中工况进行测试，结果见表4。

表4 R410A机组性能对比 %

由表4可见，R410A风冷冷热水热泵机组中，使用微通道换热器取代铜管翅片式换热器后，名义制冷量提高0.8%，制冷COP提高2.7%；而名义制热量降低2.6%，制热COP降低3.5%；而冷媒充注量减少33.3%。

因此对于R410A风冷冷热水热泵机组而言，使用微通道换热器取代铜管翅片式换热器后，虽然微通道换热器迎风面积略微减小，仍然可以达到与铜管翅片式相当的性能；而且微通道换热器的体积及重量大大减小，机组充注量也得到较大幅度的降低。

3.3 不同空气侧换热器类型的R22机组性能对比

将样机3及样机4分别按照表2中工况进行测试，结果见表5。

表5 R22机组性能对比 %

由表5可见，R22风冷冷热水热泵机组中，使用微通道换热器取代铜管翅片式换热器后，名义制冷量提高0.1%，制冷COP降低1.6%；而名义制热量降低4.1%，制热COP降低2.6%；而冷媒充注量减少46.7%。

因此对于R22风冷冷热水热泵机组而言，使用微通道换热器取代铜管翅片式换热器后，虽然微通道换热器迎风面积略微减小，仍然可以达到与铜管翅片式相当的性能；而且微通道换热器的体积及重量大大减小，机组充注量也得到较大幅度的降低。

4 结语

笔者将微通道换热器应用在冷暖两用的风冷冷热水机组中，通过试验验证了微通道换热器在冷暖两用的风冷冷热水机组中应用的可行性。并提出在冷暖两用的风冷冷热水机组中将微通道换热器按照制冷逆流的方式放置的建议。

［1］ 王亚男，夏燚，鹿世化.微通道平板换热器内流体分配不均的研究进展［J］.流体机械 , 2015, 43(9):83-87.

［2］ 周乃香，冷学礼，王树军，等.双V型波纹板式换热器的数值研究［J］.压力容器，2015,32（11）：27-32.

［3］ 李文，冯毅，涂盛辉.球突翅片强化换热性能的数值研究［J］.压力容器，2016,33（12）：20-27.

［4］ 卢芳,苗刚,张向南，等.翅化比对扁管翅片管性能的影响［J］. 压力容器，2015,32（6）：61-64.

［5］ 葛方根，汪峰，钟建法，等. 采用微通道冷凝器的商用空调系统性能的实验研究［J］. 制冷技术，2014,34（2）：16-19.

［6］ 何国军.平行流换热器在R410A商用空调上的应用［J］. 制冷与空调，2014,14（6）：33-36.

［7］ 丁汉新，王利，任能.微通道换热器及其在制冷空调领域的应用前景［J］.制冷与空调，2011,11（4）：111-115.

［8］ 张超，刘婷，周光辉.微通道换热器在制冷空调系统中的应用分析［J］.低温与超导，39（9）：42-46.

［9］ 王颖，徐博，陈江平，等.微通道换热用于家用柜机空调时整机性能的对比实验研究［J］. 制冷学报，2015,36（1）:24-29.

［10］ 周晶，刘华钊，高强，等.微通道换热器在热泵型空调机组中的应用［J］.制冷与空调，2013，13(3) :101-104.

［11］ 严瑞冬，徐博，陈江平，等.微通道换热器在家用空调中的应用［J］. 电器，2012（S1）:305-309.

［12］ 张忠斌，杜垲，黄虎，等.制冷剂充注量对微通道蒸发器房间空调器性能影响的试验研究［J］. 东南大学学报，2014，44（3）:567-572.

［13］ 付玉，张忠斌，黄虎，等.制冷剂流动方向对微通道蒸发器房间空调器性能影响的对比试验研究［J］.南京师范大学学报，2015,15（1）：21-24.