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一 引言 随着人们生活水平的提高以及节能意识的提高，节能舒适的热水器产品成为越来越多普通百姓的选择。空气源热泵热水器是运用逆卡诺循环，用少量的电能驱动压缩机，通过热泵系统中的工作介质将空气中的热量转移到热泵热水器水箱中从而加热水的装置[1]。热泵热水器的水箱，是整个机器的终端换热环节，其内盘管性能的优劣直接关系到整个热泵热水器的运行效果。家用热泵热水器内盘管水箱（如图1所示）的主要问题就是盘管的腐蚀泄露问题。造成热泵热水器盘管腐蚀的因素主要有水中的空气和溶解氧造成腐蚀、水流速流量造成的腐蚀、水质造成的腐蚀以及氯离子含量高造成的腐蚀[2]。从管材的角度去分析，目前家用热泵热水器生产厂家所采用的铜管壁厚不均匀，同时铜管厂家生产工艺参差不齐，导致铜管质地不均匀，从而在上述几种外部原因下，极易产生腐蚀。因此，耐腐蚀首先要从管材自身做起。NiP合金在非晶状态下具有极高的耐腐蚀性和抗冲刷性，则采用镀非晶NiP铜管，可以有效的降低内盘管的腐蚀泄露机率；而壁厚均匀的优质铜管，也可以保证管材拥有较高的腐蚀极限。 针对以上问题，本文提出采用优质厚壁铜管和耐腐蚀铜管来替代目前常用的9.52mm普通铜光管作为内盘管。本文将首先对内盘管水箱的换热模型进行建模，在保证相同换热性能的基础上，来考察优质厚壁铜管和耐腐蚀铜管在家用空气源热泵热水器上的应用前景。 二 计算模型[3] 家用热泵热水器内盘水箱如图1所示，热量从换热铜管内经过管壁传递给水，整个过程分为管内制冷剂侧的对流换热、管壁的导热以及管外水侧的对流换热。 1）管内换热计算公式： 三 计算模型与实验数据的对比 本文采用上述模型，对匹配1.5Hp主机的150L内盘水箱进行了设计计算。设计的水箱采用普通的9.52mm铜光管，计算得到的内盘水箱的管材长度以及水箱参数如表1所示。根据设计结果，加工了150L的内盘水箱，并和1.5Hp主机匹配，在上海金龙热泵实验室进行了运行性能实验。实验测试工况[4]：水侧的进水温度为15℃，出水温度为55℃，空气侧的干球温度为20℃，湿球温度为15℃。结果如下表2，换热量的模型计算值和实验测试值偏差为1.9%，表明该模型对于内盘管水箱设计具有较高的计算精度，可以用来进行内盘管水箱的设计。 内盘管的腐蚀泄漏问题是制约内盘水箱发展的主要因素，目前普通铜管以及不锈钢管都出现了腐蚀泄露的案例。为此，本文对耐腐铜管以及目前使用的不锈钢管的耐腐蚀能力进行了实验研究，结果如表5所示。腐蚀速率表征了管材抵御腐蚀的能力，其值越小，耐腐蚀能力越强。实验中，模拟水箱热水环境，将两种管材置于较高温度的不同介质水溶液中，测得二者的腐蚀速率相差两个量级，耐腐蚀铜管的腐蚀速率要远远小于不锈钢管。采用耐腐蚀管可以有效的抵御盘管腐蚀，延长管材的使用寿命，有效的降低水箱的泄漏概率，提升了整机的使用寿命，节省了售后服务成本。综合考虑盘管的价格和耐腐蚀特性，5mm小管径的耐腐蚀合金铜管可以作为目前不锈钢盘管的理想替代管材。 五 结论 本文建立了热泵热水器内盘水箱的数学模型，并通过实验测试结果验证了该模型的设计计算是准确和有效的。在相同的换热能力下，本文运用该模型设计了不同换热管（9.52 mm普通铜管，9.52 mm 304L不锈钢管，9.52 mm内螺纹铜管，9.52mm厚壁耐腐蚀铜管，5mm耐腐蚀铜管）的水箱，并进行了对比分析，结果表明： （1）和不锈钢盘管相比，将9.52mm的厚壁耐腐蚀铜管应用于热泵热水器水箱，虽然不具有成本优势，但其可以很好的解决水箱内盘管的腐蚀泄露问题。 （2）采用镀非晶NiP合金小管径铜管的内盘箱，其总费用和不锈钢内盘管差别不大，但其抗腐蚀能力远远大于不锈钢盘管，是内盘水箱的理想选择。 （3）考虑到管材腐蚀泄露带来的热泵热水器售后服务成本以及品牌影响，从长远来看，采用小管径耐腐蚀铜管的内盘水箱将更有前景。 [1].李凡, 赵恒谊, 唐壁奎, 等. 空气源热泵热水器[M]. 重庆: 重庆大学出版社,2010 [2].沈鹰尔. 国内外关于铜管的腐蚀研究及对策[J]. 给水排水技术动态, 2004(1): 23-26. [3].杨世铭, 陶文铨. 传热学[M]. 第四版. 北京: 高等教育出版社,2007 [4].GB/T23137-2008, 家用和类似用途热泵热水器[S], 北京:中国标准出版社,2009.
