爱华网热泵热水器是继电热水器、燃气热水器以及太阳能热水器之后的新一代热水器。热泵热水器采用逆卡诺循环，用少量的电能驱动热泵机组，通过热泵系统中的工作介质进行相变循环，把自然环境中热量吸收后传递到水中以产生热水。家用空气源热泵热水器具有节能高效、运行费用低、安全环保等优点。近些年，随着居民生活水平的提高以及国家对节能产品的大力推广，家用空气源热泵热水器在市场上的应用越来越多。 家用空气源热泵热水器主要由压缩机、蒸发器、节流机构、水箱四大部件组成。蒸发器是空气源热泵热水器中体积较大的部件之一，其主要构成为换热铜管和铝翅片，其中铜管成本占据个蒸发器原材料成本的主要部分。在保证蒸发器性能的基础上，降低管材的成本将成为降低整个家用热泵热水器成本的一个有效途径。
上海金龙制冷技术有限公司作为一家专门从事于热泵研发制造的高新技术企业，依托于金龙精密铜管集团强大的铜管研发制造能力，提出采用5mm内螺纹铜管替代目前空气源热泵热水器广泛应用的9.52mm内螺纹铜管的蒸发器，以减小翅片管蒸发器的体积、重量和耗材，从而降低整个热泵热水器的成本。 一、蒸发器的计算模型 翅片管式蒸发器的主要部件为铜管和铝翅片，制冷剂在管内流动，翅片盘于管外。工作时，外掠翅片的空气将热量传递给铝翅片，铝翅片再将吸收的热量传递给铜管，最终通过铜管管壁将热量传递给管内的制冷剂。计算模型一般采用分布参数模型，沿制冷剂流动方向，将换热器划分成若干单元，如图1所示，对每个单元分别进行换热计算。 图1 蒸发器单元划分 具体的数学模型及实验验证参见文献，其中制冷剂物性采用REPROP8.0计算，翅片侧采用Wang et al. 提出的传热、压降关联式；内螺纹铜管管内换热系数和压降采用金龙制冷技术有限公司开发的实验关联式，湿空气物性则采用西安交通大学传热教研室提供的物性程序。 二、 9.52mm和5mm内螺纹铜管蒸发器的设计 两种蒸发器采用上述模型进行设计计算，以目前市场上常见的采用9.52mm蒸发器的热泵热水器样机为设计基准，其运行参数如表1 所示。 表1 蒸发器运行参数表 原机采用的9.52mm的内螺纹铜管以及设计选用的5mm内螺纹铜管的参数如下表2所示，两种蒸发器选用的翅片参数相同，如表3所示。 由于采用较小管径的铜管，制冷剂侧压降会增大，为了保证5mm内螺纹铜管蒸发器达到9.52mm蒸发器的换热性能，需要对5mm铜管蒸发器的制冷剂流路进行重新设计。9.52mm铜管的蒸发器为如图2所示的流路结构，而5mm铜管的蒸发器将采用图3所示的流路结构。两种蒸发器的外形尺寸如表4所示。5mm内螺纹管蒸发器的换热量计算结果为2905W，而9.52mm内螺纹铜管蒸发器的换热量计算结果为2980W，二者相差2.5%，可以认为两种换热器的换热性能是基本相当的。 表4 两种蒸发器的外形尺寸 三、 9.52mm和5mm热泵热水器蒸发器综合对比 分别采用9.52mm和5mm内螺纹铜管的热泵热水器蒸发器重量及成本对比分析如表5所示。可以看出，当二者的换热量一致的时候，采用5mm内螺纹铜管蒸发器相对于9.52mm铜管蒸发器重量降低了40%，成本减少了38%，这将有效的降低整个热泵热水器的重量以及成本，提高热泵热水器的市场竞争力。 表5 两款蒸发器重量和成本对比 四、结论 本文采用现有的蒸发器计算模型，以目前市场上常用的家用热泵热水器蒸发器运行参数为基准，设计了性能相当的9.52mm和5mm内螺纹铜管蒸发器，并对9.52mm铜管和5mm铜管两种蒸发器进行了成本对比分析，得到的结论如下： 1、5mm内螺纹铜管蒸发器，用于替代9.52mm铜管蒸发器是完全可行的。 2、性能相当的情况下，相对于9.52mm铜管蒸发器，5mm铜管蒸发器重量降低40%，成本下降38%。 3、采用小管径铜管，是降低蒸发器成本，减轻热泵热水器主机重量，提高热泵热水器市场竞争力的有效途径之一。
