摘要：本文对一台80L热泵热水器卧式一体机进行了动态实验研究，设计了四组实验方案验证了不同蒸发器和冷凝器对整体性能的影响。结果表明：材料成本持平时，用16mm扁管代替原机25mm扁管冷凝器，可有效提高整机能效，加快热水加热速度，对应蒸发器，用微通道代替原机铜管翅片，在同等性能时可以降低成本和重量。

开头

空气源热泵热水器利用热泵供暖的“逆卡诺”制冷循环原理，将空气中的低温位热转移到应加热的水中，使水温上升[1]。在家用热水器领域中，电加热式热水器及气体热水器的一部分逐渐被置换。

电加热蓄水式热水器目前仍是家用热水器的主流产品，年规模在1000万台以上，而纯电加热式热水器，尽管随着技术的高度化，安全性基本得到了确保，但由于电热转换效率在95%左右家用壁挂式热水器使用热泵加热代替电加热[2]。成为近年来家电节能技术的方向之一。本文主要介绍在上述类型的热泵热水器中，用微通道换热器代替传统的铜管翅片蒸发器，优化微通道冷凝器，从而提高能效和加热速度，降低成本和重量。

1、系统概要

热泵热水器一体机由空气源热泵系统和水箱构成，相对于现有的电热水器追加了制冷剂系统，系统原理图如图1所示。由于家庭用壁挂安装负荷限制及外观要求，通常如图2所示，具有与以往的电热水器相同的外形。

2、热交换器规格比较

试验样机为国产品牌热泵热水器卧式一体机，制冷剂R134a，水箱标称容积80L，原机蒸发器为传统铜管翅片换热器，冷凝器为微通道扁平管覆盖搪瓷内胆管外壁面的结构。

本文蒸发器如图3所示，采用微通道换热器代替原机铜管翅片换热器，可有效降低重量和成本，冷凝器如图4所示采用新型微通道扁管，优化与内胆外壁面的接触面积在成本持平的情况下，增加了约30%的热交换面积。表1和图5表示蒸发器和冷凝器的规格和重量对比。

3、实验试验方案

按国标GB29541-2013加热方式分类，属于普通静态加热式[4]。而且，一体机用于室内运转状况，不涉及低温结霜问题，试验评价方法和运转状况如表2所示。

热泵系统供暖量（不含辅助电加热）计算采用GB23137-2008的6.3.2.3方法，输出功率6.4方法[3]。最终能效比由以下公式计算：

本文为更好地评价替代方案蒸发器和冷凝器的性能，进行了四组不同换热器组合的实验，详细的实验方案见表3。

4、实验结果分析

四个实施方案均在环境温度20/15的标准条件下将水从15℃加热到55℃时停止测试。

图6和图7分别为4组不同方案，总COP为水温变化情况和水温由15℃加热至55℃的整机能效数值。从图上看，COP随着水温的上升而不断下降。主要原因是随着水温的升高，高低压比增大，压缩机功耗增加，能力降低，COP不断降低

对于同一冷凝器，不同蒸发器COP随水温的变化基本一致，说明蒸发器微通道2列16的替代方案与原机铜管翅片换热器的能力相当。通过方案1与方案3、方案2与方案4的对比，冷凝器16mm扁平管的替代方案可将原机的COP提高0.3左右，相当于将整机的能效水平提高1-2级。

图8为4组不同方案，加热时间引起水温变化情况。4组方案水温随加热时间的变化曲线在水温加热至35℃前基本一致，水温超过35℃后，16mm扁平管冷凝器方案水温上升速度略快于原机。

5、结论

本文通过对四组换热器组合方案热泵热水器动态加热过程的实验探索，得出以下结论：

（1）对于热泵热水器蒸发器来说，微通道换热器与原机铜管翅片蒸发器的能力基本一致，但重量较轻，材料成本较低，可以考虑代替铜管翅片用于热泵热水器卧式一体机蒸发器。

（2）对于热泵热水器冷凝器来说，在成本基本不变的情况下，采用16mm扁管代替原机25mm扁管冷凝器，扁管之间的间隔更小，与储水箱的贴合面积更大，可有效地提高整体能效0.3左右能效水平可提高1-2级，加热速度也略有加快。

（3）本实验侧重于微通道换热器的性能比较，对冷凝器的隔热采用手工覆盖保温材料的方式，与热水器厂家的发泡方式相比，有一定的漏热，但不影响冷凝器的横向比较，如用于正式产品，能效值有进一步提高的空间。