蓄热水箱的设计与实验分析

积。 根据文献［ 绍， １ 月份， ［ ３ 价 在 和７ 这种典型的四口
之家其每天日 用水量分布如图 ２ 。图中的纵坐标为逐 时耗热水量占全天耗水总量的百分 比， 横坐标为小时 数。从图２中可以看出， 在空调大部分运行时间（２ １： ａ ０－２： ） 热水耗量约占全天热水供应量的 ５ ０ ２ ０ 内， ０ ０ １压缩机；－ 一 ｚ蒸发器；一 ３冷凝器；－ ａ节流机构； 蓄热水箱ａ－ ５ － 四通换向阀； ７ 汽液分离器 ；一 － ８ 水泵 ；－ １一 ９ －５ 电磁阀 １－ ６ 安全阀；７ 电加热器 １一 以上， 而在早上的 ７ ０ ２ ０ ： －１： 之间， ０ ０ 热水耗量约占全 天热水供应量的４ ， ０ 其余时间的热水耗量只占不到 图 １ 带热水供应的节能型空调系统原理图
12蓄热水箱的结构设计由于该蓄热水箱其实是一个浸没式的水冷冷凝建筑热能通风空调2006器而有关这种浸没式的水冷冷凝器传热及换热系数计算资料较少参考文献5及文献6中的浸没式水冷换热器的传热系数和热流密度并取热流密度1400wm已经经过校核计算可以采纳来设计计算盘管的大小和长度
文章编号：０３０４ （０６０－７－ １０－３４２０ ） ０４５ ２
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格为０ ２１ ， １ｘ ｍ 形状为螺旋形； ｍ 制冷剂流向为： 制冷
剂在换热盘管内冷凝换热， 上进下出； 水的流向为： 冷 水下进， 热水上出。该蓄热水箱的形状为圆柱形的立 式水罐， 上有封头。其结构参数详见表 １ 。 表 １ 蓄热水箱结构一览表
名称 规格
２ ４ ６ ８ １ １ １ １ １ １ １ １ １ １ ２ ２ ２ ２ ２ （ ３ ５ ７ ９ ０ ２ ４ ６ ７ ９ ０ ２ ４ ） １ ３ ５ ８ １ ３ ｈ
图２ 家庭生活用热水量日 逐时变化规律 由于蓄热水箱的容积并不能完全容纳水， 要剔除 盘管的容积及底层温度较低的水的容积， 故本文引人 了容器的容纳能力系数 Ｓ这里的 Ｓ ０ ５其中Ｓ ， 取 ．， ７ ＝ 需要储存的热水量 ／ 蓄热水箱的容积。主要考虑在早 晨 的 ４ ％日用热水量 ，故蓄热水箱的容积 Ｖ为 ： ０
计算资料较少， 参考文献【及文献［中的 ５ ］ ［ ６ 浸没式水冷 」 换热器的传热系数和热流密度， 并取热流密度 ｑ ｒ ＝ １ ０ ２ ４ Ｗ ｍ（ ０ ／ 已经经过校核计算， 可以采纳） 来设计计算
盘管的大小和长度。设计中的盘管材质为： 紫铜管， 规
蓄热水箱热水的进出口及其内部均布置了温度 采集点（ 用铜一康铜热电偶 ） 来测试温度， 在蓄热水箱 的出口及冷冻水的出口均设有转子流量计测量水量。 压缩机的进出口， 热力膨胀阀的进出口均设有压力传 感元件来测试压力 ； 系统的功率由实验室的测试系统
（ｃｏｌ ｕｉｐｌ Ｅｖｏｍ ｎ ｌ ｉ ｅｎ， ｉＩ ｔ ｔｏＴｃｎｌ ｙ ＳｈｏｏＭ ｎ ｉ ａｄ ｉｎ ｅｔ Ｅｇ ｅ ｉ Ｈｒｎ ｉ ｅ ｅ ｏ ｇ） ｆ ｃ ａ ｎ ｎ ｒ ａ ｎ ｎ ｒｇ ａ ｎ ｔ ｆ ｈ ｏ ｂ ｓｕ
Ａ ｓｒｃ： ｏｗ ｔ ｓ ｒ ｅ ｋ ｎ ｏｋｙ ｔｏ ｓ ｉ － ｅ ｙ ｃｎｉｏｅｗｔｄｍ ｓｃ ｗ ｔ ｓｐｌ ｂ ｔａｔＡ ｔ ｅ ｔ ａ ｔ ｉｏｅ ｅ ｐｒ ｆ ｎ ｅ ｒ ａ ｏｄｉ ｒ ｈ ｅｔ ｈｔ ｅ ｕｐ ． ｈ ａ ｒ ｇ ａ ｓ ｆ ａ ｓ ａ ｇ ｎ ｇ ｉ ｏ ｎ ｖ ｒ ｔｎ ｉ ｏ ｉ ｏ ａ ｒ ｙ Ｉ ｄｓ ｖｒ ｐｒｎ ｔｂ ｓｃｅｄｄ ａｐ ｉ ｔ ｓ ｉ － ｅ ｙ ｔ ｓ ｈ ｈｔ ｅ ｓ ｒ ｅ ｋ ｉ ｔ ｅｉ ｉ ｅ ｉ ｏｔ ｔ ｅ ｃｅｅ ｉ ｐｌｎ ｈ ｓ ｎ ｅ ｒ ｕｉ Ａ ｔｔ ｏ ｗ ｔ ｔ ａ ｔ ｆ ｎ ｓ ｇ ｓ ｍ ａ ｏ ｕ ｎ ｙ ｎ ｙ ｇ ａ ｇ ｎ ｇ ｎ ． ｏ ｉ ｖ ｅ ａ ｒ ｇ ａ ｉ ｇ ｏ ｎ ｔ ｆ ｓ ｉ － ｅ ｙ ｃｎｉ ｎｒ ｄｍ ｓｃ ｗ ｔ ｓｐｌ ｃｐｃｙ ｓｕｔ ｅ ｈ ｈｔ ｅｓ ｒ ｅ ｋ ｏ ａ ｎ ｅ ｒ ａ ｏｄ ｉ ｅｗｔ ｏ ｅ ｉｈｔ ｅ ｕｐ ， ａｉ ａｄ ｃ ｒ ｏｔ ｏｗ ｔ ｔ ａ ｔ ａ ｒ ｇ ｎ ｇ ｉ ｖ ｒ ｔ ｏ ｉ ｈ ｔ ｏ ａ ｒ ｙ ａ ｔ ｎ ｔ ｕ ｆ ｒ ｅ ａ ｒ ｇ ａ ｒ ｏ ｎ ｅ ｒｉ ａｙ ｉ ｅ ｉ ｔｓ ｅ Ａ ｔ ｓ ｅ ｅｖｒｔｎ ｈｔ ｅｔ ｐｒｕ ｉｔ ｈｔ ｅ ｓｒ ｅ ｋ ａｏ ｌ ｄｓ ｄ ｈ ｐｐｒ ｔ ａ ｔ ， ａｏ ｏ ｏｗ ｔ ｅ ｅ ｔ ｅ ｈ ｏ ｗ ｔ ｔ ａ ｔ ｉ ｔｎ ｌ ｅｇ ｎ ａ ． ｈ ｍ ｉ ａ ｉ ｆ ａ ｒ ａ ｒ ｎ ｎ ｉ ｅ ｍ ｉ ｍ ｅ ａ ｒ ｇ ａ ｓ ｏ ｎ ａａ ｚｄ ｃｓ ｏ ｕｉ ｈｔ ｅ ｏ ｎｔ ｈａ ｐ ｓ ｖｔｎ ｔ ｈｔ ｅ ｓ ｒ ｅ ｋ ｔｔ ｔ ｏｇ ｔ ｎｌ ｅ ｉ ａ ｆ ｇ ｗ ｔ ｒ ａｄ ｔ ｅ ａｏ ｏ ｈ ｏ ｗ ｔ ｔａ ｔ ｉ ｅ ｅ ｈ ｕｈ ｙ ｎ ｅ ｓ ｏ ａ ｒ ｏ ｎ ｅ ｒ ｒ ｉ ｆ ｎ ｅ ｅ ａ ｒ ｇ ａ ｓ ｄ ｏ ｎ ｓ ｒ ｈ ｅ ｅｐｒ ｅｔ ｈｓｉｉｃｎｌ ｅ ｔ ｔ ｓｓ ｍ ｎ ｖ ｔ ｃｎ ａｉｉ ｏ ａ ｃｎｉ ｎｒ ｎ ｇ ｅ ｕｉ ｘｅｍ ｎ Ｔ ｕ， ｏｃ ｄｄ ｔｓ ｔ ｃ ｓｌ ｈ ｏｔ ｄ ｔｎ ｉ ｏｄｉ ｅ ｒ ｉ ｔ ａｄ ｎ ｉ ． ｔ ｓ ｕ ｈ ｈ ｙ ｅ ａ ｏ ｅ ａ ｉ ｅ ｒ ｃｏ ｆ ｒ ｔ ｏ ｕ ｎ ｉ ｎ ｓｇ ｎ ｍ ｈｔ ｅ ｔ ｅｉｏｌｔ ｈｔ ｅ ｓ ｒ ｅ ｋ ｔ ｅ ｕｉ ｈｔ ｅ ａ ｒｉ ａｙ ｉ ｅ． ｒ ｖｒｔ ｏ ｗ ｔ ｉ ， ｎ ｈ ｏ ｗ ｔ ｔ ａ ｔ ａｄ ｏ ｓ ｇ ｗ ｔ ｒ ａｏ ｌ ｄｓ ｄＭｏ ｏｅ ｈ ａ ｒ ｆ ｅ ａ ｒ ｇ ａ ｎ ｉ ｆ ｏ ａ ｒ ｔｎ ｌ ｅｇ ｍ ｙ ｏ ｎ ｍ ｎ ｅ ｎ ｅ ， ｅ ｒｓｌ ｃｎ ｖ ｅ ｕ ａｃ ｔｍ ｎｆ ｔ ｅ ｒ ｌ ｒｄｃ ｉｔ ｆ ｕ ． ｅ ｔ ａ ｐ ｉ ａ ｄｎｅ ａｕａ ｕ ａ ａｏｐｏｕｔ ｎ ｕ ｒ ｕ ｓ ｒ ｄ ｇｉ ｏ ｏ ｃ ｒ ｓ ｉ ｆ ｓ ｈ ｔ ｅ ｅ ｅ Ｋ ｙ ｏｄ ： ｗ ｔ ｓ ｒ ｅ ｋｈｔ ｅｓｐｌ ａ － ｎｉｏｅ ｓ ｉ － ｅ ｙ ｅ ｗ ｒ ｓｈｔ ｅ ｔ ａ ｔ ， ｗ ｔ ｕｐ ， ｏｄｉ ｒ ａ ｎ ｅ ｒ ｏ ａ ｒ ｇ ａ ｏ ａ ｒ ｙ ｉｃ ｔｎ ， ｇ ｎ ｇ ｏ ｎ ｒ ｖ
水人 口
不 来 二自
１％ ０ 的全天热水供应量。故在设计蓄热水箱的容积
１ 蓄热水箱的设计
蓄热水箱的设计很重要 ， 它是整个系统能否成功 运行的关键设备 ， 也是今后系统产品化的一个重要研 究环节。目 常用的蓄热水箱有两种： 前， 一种是具有内 置盘管（ Ｕ形和螺旋形） 的储水箱； 另一种是单纯的储 水箱。后者必须连同一个换热器（ 板式换热器或套管 换热器等） 和一个热水泵同时使用 ， 相对于后者， 前者 的初投资较少， 但由于内置盘管要 占据一定的空间， 则水箱的容积稍大。同时， 具有内置盘管的储水箱其 实是一个浸没式的水冷冷凝器 ， 它的传热系数较后者 低， 加热水的速度稍慢。但考虑到系统的运行的特点 和今后产品化以降低初投资的需要， 本文采用前者。 １ ． １蓄热水箱的容积设计 ． 蓄热水箱容积的确定主要与以下几个因素有关： ①蓄热水箱容积的大小与冷凝热负荷 、 机组的工 作时间系数有直接的关联， 设计主要以夏季运行工况
Ｖ２９４％ Ｓ１ ．升， ＝３ｘ０ ＝＝２ ５ 根据此式， ７ 厂家可以依据不
同用户用水方式和用水时间及其空调运行方式， 设计 出一系列适合不同场合下的蓄热水箱型号， 具体的设 计过程这里就不一一介绍了。
１ 蓄热水箱的结构设计 ． ２ 由于该蓄热水箱其实是一个浸没式的水冷冷凝
器， 而有关这种浸没式的水冷冷凝器传热及换热系数
Ｄ ｓｇ ａ ｄ ｐ ｒ ｎ ａ Ａ ａｙ ｉ ｏ ａＨｏ Ｗａ ｅ Ｓ ｏ ａ ｅ ｎ ｅ ｉｎ Ｅ ｅ ｉ ｔ ｌ ｌｓｓ ｎ ｘ ｍｅ ｎ ｎ ｆ ｔ ｒ ｒｇ Ｔ ｋ ｔ ａ
Ｊ ｎ Ｈ ｉｉ Ｗ ｎ Ｙｎ， ｕｉ ｇ Ｙ Ｙｎ Ｚ ｉ ｎ ａｄ ｏ ｇ ｉ ｇ ｍｎ ａｇ ｇＭａ ｌ ａ ｕ ， ａ ａ ｎ ａ ａ
②由于用户用水时间与空调时间（ 也就是系统产 生热水时间） 存在不一致的矛盾 ， 故必须考虑到蓄热 水箱具有一定储能蓄水的能力。同时， 还要考虑到热 水加热速度与用户用水方式和用水时间相一致 ， 以便 合理确定加热盘管的大小和长度， 以避免容器内热水 加热时间过长， 影响用户使用热水。 ③在该产品开发时， 对于不同的用户类型， 可以 确定出一系列相关的蓄热水箱的型号及内部盘管的 大小。这将是以后产品定型后要考虑的问题。 本文采用 Ｓ Ｒ Ａ手册中热水供应（ｅ ｉ Ｗａ ｒ Ａ Ｈ Ｅ Ｓｒｃ ｔ ｖ ｅ ｅ
蓄热水箱的设计与实验分析
江辉民 王洋 马最良 姚杨
（ 哈尔滨工业大学市政环境工程学院）
摘 要： 蓄热水箱是带热水供应的节能型空调器关键设备之一， 它的设计是否合理直接关系到这种节能空调器运 用的成败。本文针对适合于带热水供应的节能型空调器蓄热水箱， 对其容积和结构进行了合理的设计 ， 并通过实 验， 分析了系统在用水和不用水的两种情况下， 蓄热水箱内水温的变化情况。 同时， 还对蓄热水箱的保温情况进行 了测试。实验结果表明， 只要能合理设计蓄热水箱及合理分配用水时间， 就可以解决系统产水时间与用水时间不 一致的矛盾， 满足用户用水的要求。本文的研究结果能对今后设备产品化提供重要的指导作用。 关键词： 蓄热水箱 热水供应 空调器 节能
为准。
时， 必须充分考虑到在早晨 ７ ０－２ ０ ： １： 之间热水量的 ０ ０ 存储， 同时， 又必须考虑到在空调运行时间内蓄热水箱 的容积能够平衡产水量与用户用热水量之间的矛盾。 最后， 还需综合考虑加热盘管的加热能力与用户用水 之间的关系， 从而合理地确定出加热盘管的尺寸。
１ ５ １ ４ １ ３ １ ２ １ １ ０ ９ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ １ ０
温度） 仍超限， 则再开启风机进ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ强迫对流冷却。
在文献［ 中， 通过实验对系统运行的 ［ ２ 」 运行特性进
行了实验研究， 实验结果证明了该系统的制冷量和较 常规系统都增加了，同时还具有热水供应的功能。带 热水供应的节能型空调系统设计的一个重要环节是 蓄热水箱的合理设计 ， 必须充分体现系统在不影响制 冷功能的前提下 ，尽可能合理地满足用户用水的特 点。本文着重研究蓄热水箱的容积和结构设计， 并通 过实验来验证其合理性。
０ 前言 文献［提出了一种带热水供应的节能型家用空 １ ］
调系统， 该系统较常规空调系统最大的不同是在原系 统中增加了冷凝热回收设备— 蓄热水箱 ， 以回收系 统的冷凝热用于加热生活热水之用，如图 １ 所示。系 统运行时， 先由蓄热水箱对系统进行独立冷却 ， 待冷 凝压力（ 或压缩机排气温度） 超过设定值后， 再开启风 冷冷凝器， 与之共同承担冷凝负荷。而风冷冷凝器可 先不开风机进行 自然对流冷却 ， 若冷凝压力（ 或排气
Ｈａ ｇ的 ｅｉ ） 有关章节［对于 ｔ ｎ ［ 典型的 ３ １ ， 普通四口 之家平均
６
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每天的 用热水量为２９ 天。 ［证明了， ３ 升／ 文献［ ４ ］ 在考虑
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水出口
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１
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一般家用空调器的间歇运行系数 Ｒ 夏季取 ０ ［的情 （ ． ７ 况下， 其冷凝负荷明显大于日 用热水负荷的， 即使是在 过渡季节也是这样。因此， 可以直接根据用户的用水 量、 用水方式及系统的运行特点来确定蓄热水箱的容