熱泵熱水器換熱盤管內外性能對比分析

摘要：空氣源熱泵熱水器儲水箱主要由內膽、外膽、換熱盤管、保溫材料等組成。 其中，換熱盤管在熱泵系統(tǒng)中起到冷凝器的作用。 高溫高壓的氣態(tài)制冷劑通過換熱盤管將熱量傳給水，溫度升高，從而產生熱水。 根據盤管結構的不同，空氣源熱泵熱水器可分為內置盤管熱泵熱水器和外置盤管熱泵熱水器。 本文詳細介紹了一種應用于內置盤管熱泵熱水器的不銹鋼水箱的技術。

一、簡介

目前，一種用于熱泵熱水器的內置式不銹鋼盤管熱泵水箱（專利號：.9）在佛山市鑫澤昌不銹鋼有限公司研制成功，并申請了多項專利保護。

儲水箱作為熱泵熱水器的主要部件，對熱水器的性能起著重要的作用。 主要體現(xiàn)在水箱（內置冷凝器）的傳熱性能、保溫性能、熱水出水率、內膽防腐性能等方面。 目前市場上的外卷式搪瓷水箱和滾塑水箱存在諸多質量缺陷，如：外卷式傳熱效果差，搪瓷水箱漏水，熱脹冷縮易產生裂紋，必須使用陽極。 鎂棒起到保護作用，陽極鎂棒消耗后浸泡會影響水質。 全國各地水質的差異，導致鎂棒的監(jiān)測和售后服務難度大。 我公司生產的不銹鋼承壓水箱具有承壓、衛(wèi)生、換熱效果好、防腐性強（防腐專利號：.9）、壽命長等優(yōu)點。 水系統(tǒng)的首選。

2、線圈內外部性能對比分析：

1、換熱效率

換熱效率是換熱水箱的一個重要指標，它影響著熱泵熱水器的性能系數(shù)和能效比（即COP值）。

目前，在熱泵熱水器的家電產品中，水箱換熱器主要采用盤管結構。 卷材材質主要有銅卷、鋁卷、不銹鋼卷三種； 從線圈結構上分外置線圈和內置線圈兩種。 其中，外置盤管熱泵熱水器，由于盤管盤繞在內膽的外壁上，當水箱進行熱交換時，盤管中的熱量必須通過內膽壁傳遞給水，且多了一個導熱過程，傳熱效率低。

特別是搪瓷水箱，線圈中的熱量經過內膽壁和搪瓷層兩次傳導。 每個熱傳導都有熱阻，搪瓷層是非金屬材料，其傳熱系數(shù)遠小于金屬材料。 搪瓷熱泵水箱帶盤管的傳熱效率遠低于帶不銹鋼盤管的熱泵水箱。

另外，在熱泵系統(tǒng)的設計中，冷凝器（盤管）的大小是根據壓縮機的匹配來選擇的。 冷凝器（盤管）面積過大，壓縮機潤滑油回流困難，會燒壞壓縮機； 冷凝器（盤管）面積過小，冷凝器溫度過高，壓縮機容易跳閘，縮短壓縮機使用壽命。 因此，外置盤管熱泵水箱要想達到與內置盤管熱泵水箱相同的傳熱能力，即使增加盤管傳熱面積，也不可能達到傳熱效率和節(jié)能效果。內置盤管熱泵水箱的效率比（COP值）。

銅線圈的外圈繞在內膽上一般有三種方式，一種是傳統(tǒng)的圓管外圈304不銹鋼盤管換熱管，一種是D型外圈，還有一種是槽型外圈. 傳統(tǒng)圓管外盤管，水箱內膽與盤管線面接觸，有效換熱面積很?。?對于D型外置盤管，水箱內膽與盤管線面接觸，接觸面大于線面。 接觸良好，但有效換熱面積仍然較小，傳熱速度慢，能效比很低，且銅管因熱脹冷縮不斷變化，管與管之間的接觸緊密度外盤管和水箱內膽用久了也會漲。 變化，傳熱效果逐年下降，D型管的兩個角部在長期的熱脹冷縮下受力不均，容易折斷； 對于溝槽外線圈，需要將膽囊壓成波浪形，將銅管盤繞在溝槽內。 與D型管相比，接觸面積有所提高，但最大接觸面積僅為50%。 熱量總是通過水箱內膽進行交換，能效比還是差強人意。 而且，由于水箱內膽需要壓槽工藝，使得內膽變薄，壓槽工藝也會影響焊接接頭的質量和水箱內膽的壽命。 .

在生產過程中，銅卷外板內槽的結構設計要求很高。 不僅要求線圈靠近水箱內膽，還要注意線圈之間的距離。 如果管道之間的距離太小，冷凝管的利用效率低。 太大，冷凝傳熱面積不夠； 為了加強薄壁管與內膽之間的傳熱，需要較高的盤管密度，導致冷凝器系統(tǒng)過長，內部流阻較大，導致冷卻介質在薄壁銅管內流速低，傳熱效果大打折扣；

內置盤管熱泵熱水器是將盤管（即冷凝管）直接放置在水箱內膽中。 換熱管與水整體接觸，管壁充分參與換熱。 傳熱溫差小，冷凝側壓力較高。 低，不會影響壓縮機的使用壽命。 相同管長的換熱管有效換熱面積大，換熱效率好； 盤管外管壁與水完全接觸。 熱效率相對較高；

下面是外線圈熱阻和內線圈熱阻的對比計算：

對于嵌入式盤管熱泵熱水器，根據管外面積計算傳熱系數(shù)的公式為：

式中，R為線圈的曲率半徑，Nu為努塞爾數(shù)，Re為雷諾數(shù)，Pr為普朗特數(shù)，p為流體密度，u1為管內流速，u為運動粘度。

內置盤管熱泵熱水器與外置盤管熱泵熱水器的熱阻對比：

從上式可以看出，外盤管式的熱阻遠大于內置盤管式，即外盤管式的傳熱性能比內置盤管式差很多- 線圈類型。 上式還表明，與內置式相比，外置盤管式的熱阻多了內膽的熱傳導熱阻，原來盤管外的對流熱阻變成了內膽的對流熱阻內膽，性能也有一定的下降。 如果是搪瓷水箱，在水箱內膽上加了一層搪瓷層，而搪瓷層是非金屬的，熱阻較大，使熱泵水箱盤管的傳熱性能變差，整個系統(tǒng)的加熱時間會變長。

2、對壓縮機使用壽命的影響

壓縮機在熱泵系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，直接影響到整個系統(tǒng)的COP值。 但由于自身因素，外置盤管熱泵水箱的傳熱效果并不好，盤管在水箱內被保溫層包圍。 1、排氣溫度高、超負荷運行，長此以往會嚴重縮短壓縮機的壽命。

大多數(shù)熱泵制造商解決這一現(xiàn)象的方法是減少壓縮機使用的制冷劑充注量。 這樣的解決方案，經過研究分析，會導致參與熱泵系統(tǒng)循環(huán)的制冷劑不足。 因此，熱泵機組中的蒸發(fā)器吸收的熱量較少，整個系統(tǒng)的供暖時間就會變長。 對于壓縮機來說，制冷劑沖洗量少時，其流量也會降低，蒸發(fā)器的過熱度會使吸氣溫度升高，吸氣蒸汽比容增大； 隨著溫度升高，吸入蒸汽的比容會增加壓縮熱，從而導致排氣溫度升高，從而使壓縮機升溫，增加壓縮功能，增加功率消耗，這對系統(tǒng)的壽命是非常不利的。 ，同時也不利于節(jié)能，嚴重影響熱泵機組的COP值。

三、防腐性能分析：

內置式換熱器的換熱效果要好于外置式換熱器，這一點我們在上面已經討論過了。 然而，市面上的熱泵水箱大多是外置式的。 是什么原因？ 經過我們的調查分析得知，最主要的因素是廠家無法有效解決內置線圈長期浸泡在水中造成的腐蝕現(xiàn)象，尤其是在水質較差的地區(qū)，腐蝕現(xiàn)象很嚴重。 比如河南宜川等地的內置盤管水箱，幾乎100%都會因盤管穿孔腐蝕導致整機報廢。 為了避免這個問題造成的損失，其廠家只能選擇生產外置盤管熱泵水箱。

佛山市鑫澤昌不銹鋼有限公司自主創(chuàng)新的“防腐壁”專利技術（防腐專利號：.9）是由加壓水箱中與水接觸的部件304不銹鋼盤管換熱管，如內膽、水管、線圈等。然后，與水接觸的表面被鈍化。 鈍化是提高不銹鋼材料防腐性能的關鍵，最終形成一層致密均勻的含鉻鈍化膜，完全覆蓋在金屬表面。

以下是未經防腐處理的不銹鋼板與經過防腐處理的不銹鋼板的對比試驗：

測試一：

取兩塊相同的經過自動氬弧焊的不銹鋼板，一塊已經鈍化，另一塊未鈍化的樣品分別放在5%的鹽水和清水中。

結果：浸泡兩個月后觀察，經過防腐處理的不銹鋼板在濃度為5%的鹽水中基本沒有生銹。 未經防腐處理的不銹鋼板在清水中腐蝕嚴重。

說明：西北、華北等地區(qū)水質再差，水質（水中氯離子含量）也優(yōu)于5%鹽水（NaCl溶液）。

測試二：

取兩塊經過自動氬弧焊的相同不銹鋼板，一塊經過防腐處理，另一塊未經過防腐處理，放入5%鹽霧試驗箱中進行鹽霧試驗，時間為：16h（見表 1）。

表1 鹽霧試驗

試驗1中，圖2中的工件未經鈍化防腐處理。 不銹鋼雖然具有防腐性能，但在空氣中也能自然形成Cr2O3保護膜。 Cr2O3保護膜可以延緩點腐蝕和縫隙腐蝕的發(fā)展。 影響。 但是，對于經過切割、冷加工，特別是焊接和熱處理的不銹鋼材料，保護膜有破損、不完整和不均勻的現(xiàn)象。 由于水中存在Cl-，在正常使用中會發(fā)生嚴重的氧化和腐蝕。 而試驗一圖一是應用佛山市新澤昌不銹鋼有限公司自主創(chuàng)新的“防腐壁”專利技術，沒有出現(xiàn)任何腐蝕現(xiàn)象。

4、完美品質源于48年的管理制造基因

作為東北集團的子公司，東北太陽能繼承了東北集團48年的制造和管理基因，擁有強大的研發(fā)團隊。 研發(fā)新能源（熱泵、太陽能、暖通空調等）以滿足各領域需求。 各種不同類型的水箱產品。

佛山市鑫澤昌不銹鋼有限公司擁有近10年的不銹鋼承壓水箱制造經驗，已擁有先進的生產設備。 這款內置式盤管熱泵水箱融合了公司多項技術，包括不銹鋼焊接和防腐技術，同時應用了“防腐壁”特殊保護內膽技術。

東貝太陽能憑借領先的不銹鋼專業(yè)技術、9年市場零退貨率品質和完善的售后服務，贏得了消費者的一致好評。 在熱泵行業(yè)、太陽能行業(yè)、暖通空調行業(yè)，東北太陽能的熱泵承壓水箱已成為部分客戶的指定產品。