梁杰解居志陈炳泉黄娟管祥华
青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司山东青岛 266000
摘要：通过在用户现场分别安装一套水循环空气源热泵采暖系统和热管式空气源热泵采暖系统在冬季进行制热运行，对两种采暖系统的制热特性进行研究。实验结果表明，室外环境温度相当且室内温度相当时，热管式空气源热泵系统耗电量较水循环空气源热泵采暖系统节省 4%；室外环境温度相当时，室内环境温度由15℃升高至20℃，热管式空气源热泵系统耗时仅为水循环空气源热泵采暖系统的37.5%；室外环境温度相当时，室内换热器温度由13.5℃升高至30℃，热管式空气源热泵系统耗时仅为水循环空气源热泵采暖系统的24.5%；研究还进行了
除霜等运行分析，综合为热管式空气源热泵采暖系统的设计提供实验基础。
关键词：热管；采暖；空气源热泵
Experimental study on a heat pipe type air source heat pump heating
system
LIANG Jie JIE Juzhi CHEN Bingquan HUANG Juan GUAN Xianghua
Qingdao Economic & Technology Development Zone Haier Water Heater Co., Ltd. Qingdao 266000
Abstract: By installing a set of water circulation air source heat pump heating system and a heat pipe type air source heat pump heating system on the user's site, the heating characteristics of the two heating systems are studied. The experimental results show that the power consumption of the heat pipe air source heat pump system is 4% less than that of the water cycle air source heat pump system when the outdoor ambient temperature is the same and the indoor temperature is the same; when the outdoor ambient temperature is the same, the indoor ambient temperature rises from 15℃ to 20℃, and the time consumption of the heat pipe air source heat pump system is only 37.5% of that of the water cycle air source heat pump system; when the outdoor ambient temperature is the same When the temperature of the indoor heat exchanger rises from 13.5℃ to 30℃, the time consumption of the heat pipe air source heat pump system is only 24.5% of that of the water circulation air source heat pump heating system; the operation analysis of defrosting is also carried out, which provides the experimental basis for the design of the heat pipe air source heat pump heating system.
Keywords: Heat Pipe; Heating; Air source heat pump
中图分类号：TU83
DOI:10.19784/jki.issn1672-0172.2020.99.002
0 引言
随着社会的不断发展，能源危机愈发严重，寻求清洁能源的开发与利用成为各国都在追寻的目标，我国作为能源消耗大国，建筑能耗约占社会总能耗的30%，燃煤则占总能源消耗的70%左右[1]。同时，燃煤排放出的多种污染物质是造成冬季雾霾、PM
2.5
的主要来源。因此大力推广热泵技术，加快郊区及城市上风口的农村地区采暖“煤改电”工程建设，是实现空气治理行动计划目标的重要措施[2]。
抛光磨头目前“煤改电”工程中最常见是水循环空气源热泵采暖系统，常用暖气片或者地暖作为散热末端，以水为载体，通过水泵将机组中产生的热量输送至散热末端。由于载体“水”的特性，导致初次采暖升温较慢，且低温时存在冻结的风险，因此需要保持机组长时间的运行以保证房间采暖的舒适性，同时需要对水路进行防冻处
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车架总成理。另一种常见的是空气源热泵热风系统，通过室内机直接加热室内空气进行采暖，长时间运行后换热器内积累尘土和有害细菌并产生异味，对人体健康造成损害。
热管作为一种高效的两相传热装置，较常规散热器传热性能更好。将热泵与高效率传热热管结合起来国外也有相关研究。文献[4]采用热管散热器将水箱里的热量抽出冷却热水。文献[5]将热管应用在太阳能换热装置上，结论认为其性能系数比传统换热器提高1.5～4倍。文献[6]将热管应用在地源热泵的蒸发器端，蒸发器置于热管散热器内。与普通的直接膨胀式相比性能系数提高10.3%；与复合回路换热型式相比性能系数提高21.1%。文献[7]将热管应用在地源热泵上，通过热管复合的地板将热量供给办公室。
本文主要将室外机相同，室内换热器换热面积相当的水循环空气源热泵采暖系统和热管式空气源热泵采暖系统安装在某农村的实际运行数据进行分析，为热管式空气源热泵采暖系统的设计提供实验基础。
1 系统原理
一种热管式空气源热泵采暖系统原理如图1所示。系统包括空气源热泵室外机和室内热管换热器两部分，通过冷媒连接管进行连接；其中，空气源热泵室外机主要包括压缩机、蒸发器、四通阀、节流装置等，室内热管换热器主要包括冷凝器、中间换热工质等，各室内热管换热器采用串联的方案连接。其工作过程为：压缩机排出的高温高压制冷剂气体通过四通阀后进入室内热管换热器中的冷凝器，将热量传递给中间换热工质后液化，液态制冷剂经过节流装置后进入蒸发器，在蒸发器中蒸发吸收室外空气中的热量，蒸发后的气态制冷剂回到压缩机。室内热管换热器中的中间换热工质吸收热量后开始工作，通过辐射和自然对流将热量传递给室内，达到加热室内空气的目的。
图1 一种热管式空气源热泵采暖系统原理图
2 实验条件
2.1 实验方案
室外机相同，室内换热末端面积相当的水循环空气源热泵采
暖系统和热管式空气源热泵采暖系统安装在同一民房中，布置相关实验仪器，主要采集数据包括：室外环境温度、室内环境温度、室内换热末端温度、制热运行耗电量等。冬季采暖期间，分别运行水循环空气源热泵采暖系统或热管式空气源热泵采暖系统使得室内环境温度达18～24℃，采暖结束后，进行数据分析：对比相同室外环境温度，相同室内温度时耗电量差异；相同室外环境温度，相同室内初始温度，不同采暖系统升温速率差异；以及除霜运行热性等。 2.2 实验场地
某农村民房，单排4个面积相同的房间，各房间面积约为15 m 2，
合计面积约为60 m 2。
其中在房间2中总共布置10个热电偶，记录房间2中的室内温度变化。实验场地见图2：房间温度热电偶布置见图3、图4。
图2
实验场地及安装示意图
图3 房间2
干球温度热电偶点布置——立面示意图
图4 房间2干球温度热电偶点布置—平面示意图
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3 实验结果与分析
缘114
3.1 耗电量数据分析
取室外环境温度-4～4℃，室内温度18～24℃数据进行耗电量
视频直播系统 高清数据分析，在室外温度相当，室内温度相当时，热管式空气源热泵采暖系统耗电量较水循环空气源热泵采暖系统节省4%，数据分析见表1。
表1 耗电量数据分析
类别室外温度均值
室内温度均值
耗电量
℃℃KW •h 水循环0.1421.7719.76热管式0.1621.7818.96偏差
0.020.01
-0.80
3.2 升温速率数据分析
取室外温度10℃左右，房间初始温度15℃，室内换热器初始温
度13.5℃进行升温速率比对测试，温升曲线见图5。
图5 升温速率数据分析
如图5所示：热管&水循环两套加热系统开始加热前，室内1.6 m 处温度均为15℃，从主机开始运行至室内1.6 m 处温度温度达20℃，热管系统耗时39 min ，此时水循环系统耗时1 h44 min ；
开始加热前，热管&水循环加热系统中的室内换热器表面温度均为13.5℃，从主机开始运行至室内换热器表面温度达30℃，热管系统耗时13 min ，水循环系统耗时53 min 。
3.3 室内温度稳定性数据分析取室内连续采暖18 h 的运行数据进行分析，室内温度波动曲线
漏泄同轴电缆见图6、图7。
图6 热管&水循环采暖系统室内换热器温度曲线
图7 热管&水循环采暖系统室内温度曲线
如图6所示：停机期间热管采暖系统室内散热器温度波动大于水循环采暖系统室内散热器温度波动，18h 采暖期间，热管采暖系统室内散热器最大温度降低达11.4℃，水循环采暖系统室内散热器最大温度降低仅4.4℃；
如图7所示：停机期间热管采暖系统室内温度波动大于水循环采暖系统室内温度波动，两者差异不大，18h 采暖期间，热管采暖系统室内散热器最大温度降低1.1℃，水循环采暖系统室内散热器最大温度降低0.8℃。
3.4 热管采暖系统除霜数据分析
取室外机出现结霜动作的数据进行分析，室外环境干球温
度-1.6℃，湿度97%，中雪天气，除霜过程中，热管采暖系统室内换热器上、中、下部温度变化曲线见图8。
浸涂
图8 热管采暖系统室内换热器除霜运行时温度曲线
如图8所示：在除霜运行期间，热管采暖系统室内换热器温度迅速降低，其中上部和中部温度下降相当，下部温度降低幅度较大，除霜期间热管采暖系统室内换热器下部温度最低将至5℃。
4 结论
本文搭建了一套水循环空气源热泵采暖系统和热管式空气源热泵采暖系统在用户现场进行冬季采暖运行数据比对分析的测试系统，通过冬季采暖期间，分别运行水循环空气源热泵采暖系统或热管式空气源热泵采暖系统使得室内环境温度达18～24℃进行测试，获取两套系统各自运行特性。研究两套系统：相同室外环境温度，相同室内温度时耗电量差异；相同室外环境温度，相同室内初始温度，不同采暖系统升温速率差异；以及除霜运行特性等，并得到以下结论：
（1）水循环空气源热泵采暖系统和热管式空气源热泵采暖系
统主要区别点在于：水循环系统通过液态水作为载体，
将热量传递
给室内空气；热管式系统通过相态变化的冷媒作为载体，将热量传递给室内空气，降低了两部分的传热热阻，即：空气源热泵机组与热量载体之间换热管壁外侧的热阻、热量载体与室内空气之间换热管壁内侧的热阻；
（2）由于整个采暖系统热阻主要存在于空气侧，热管式空气源热泵采暖系统耗电量较水循环空气源热泵采暖系统略有降低，降幅为4%；
（3）热管式空气源热泵采暖系统升温速度大大提升，室温由15℃升高至20℃，热管式空气源热泵采暖系统所需时间仅为水循环空气源热泵采暖系统的37.5%；室内换热器温度由13.5℃升高至30℃，热管式空气源热泵采暖系统所需时间仅为水循环空气源热泵采暖系统的24.5%；
（4）由于水循环采暖系统液态水，充注量较大，蓄热效果强于热管式采暖系统，采暖停机期间热管式空气源热泵采暖系统室内温度&室内散热器表面温度波动大于水循环空气源热泵采暖系统；同时，除霜过程中，室内温度&室内散热器表面温度降低幅度，热管式空气源热泵采暖系统要大于水循环空气源热泵采暖系统。参考文献
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