摘要:空氣源熱泵熱水器根據盤管結構的不同，可分為內置盤管熱泵熱水器、外置盤管熱泵熱水器。本文就一種應用于內置盤管熱泵熱水器的不銹鋼水箱技術進行介紹。

0前言

儲水箱作為空氣源熱泵熱水器的主要部件，對熱水器性能起到重要作用，主要體現在水箱的換熱性能（內置冷凝器）、保溫性能、熱水輸出率和內膽的防腐性能。

1盤管內置、外置性能比較分析

1. 換熱效率

換熱效率是換熱水箱的一個重要指標，它影響著空氣源熱泵熱水器的性能系數與能效比（即COP值）。

目前空氣源熱泵熱水器家用機中，水箱換熱器以盤管式結構為主。從盤管材質上分為：銅盤管、鋁制盤管和不銹鋼盤管；從盤管結構上分為外置盤管和內置盤管。其中空氣源外置盤管熱泵熱水器，由于盤管是盤繞在內膽外壁，水箱換熱時盤管中的熱量必須經內膽壁才能傳遞給水，所以，降低了傳熱效率。

特別是對于搪瓷內膽水箱，盤管中的熱量經內膽壁、搪瓷層兩次熱傳導，每次熱傳導都有熱阻，且搪瓷層屬于非金屬材料，其傳熱系數遠小于金屬材料，所以外置盤管搪瓷熱泵水箱傳熱效率遠低于內置不銹鋼盤管熱泵水箱。

另在熱泵系統的設計中，冷凝器（盤管）的大小，是根據壓縮機匹配進行選型，冷凝器（盤管）面積過大導致壓縮機潤滑油難以返回，燒壞壓縮機；反之，壓縮機易出現跳機，縮短了壓縮機的使用壽命。故外置盤管熱泵水箱要想達到內置盤管熱泵水箱相同的換熱量，即使增大盤管換熱面積也不可能達到內置盤管熱泵水箱的換熱效率和能效比（COP值）。

從銅盤管外盤纏繞在內膽上的方式，可分為傳統圓管外盤管、D型外盤管和凹槽型外盤管。傳統圓管外盤管，水箱內膽與盤管線面接觸，有效換熱面積非常小；D型外盤管，水箱內膽與盤管面面接觸好于線面接觸，但有效換熱面積依然較小，熱量傳遞速度慢，能效比很低，且銅管不斷地熱脹冷縮，導致外盤管與水箱內膽的接觸緊密度也隨之產生變化，換熱效果逐年下降，且D型管的兩個邊角因受力不均在長期熱脹冷縮作用下易破裂；凹槽型外盤管，需將水箱內膽壓成波浪型，銅管盤在凹槽內，比D型管的接觸面積有所提高，但最大接觸面積也只有50%，還是隔著水箱內膽換熱，能效比還是不理想，且因水箱內膽壓槽工藝的需要，內膽變薄了，影響焊接口的質量及水箱內膽的壽命。

在制作過程中，銅盤管外盤內膽方式的結構設計要求高，不僅要求盤管與水箱內膽緊貼，還要注意管間距大小，管間距太大則冷凝換熱面積不夠，為了增強薄壁管與內膽水箱的換熱，需提高單根盤繞密度，結果造成冷凝器系統過長，內側流動阻力較大，從而導致制冷介質在薄壁銅管中的流速較低，降低了換熱效果。

而內置盤管空氣源熱泵熱水器，是將盤管（即冷凝管）直接放置于水箱內膽中，熱交換管整體與水接觸，管壁完全參與換熱，傳熱溫差較小，冷凝側壓力相對較低，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高，換熱效率較好，且盤管外管壁完全與水接觸，傳熱效率均比較高。

下面是外置盤管熱阻與內置盤管熱阻性能比較計算：

對內置盤管式空氣源熱泵熱水器，以管外側面積為基準的傳熱系數計算式為：

計算式中，k 為總的傳熱系數，d0，d1分別為盤管的外徑和內徑，姿為盤管材料的導熱系數，h0，h1分別為外表面和內表面的傳熱系數，A0，A1分別為外表面和內表面面積，l為盤管長度。其中，

計算式中，R為盤管螺旋的曲率半徑，Nu為努賽爾數，Re為雷諾數，Pr為普朗特數，ρ為流體密度，u1為管內流速，μ為運動粘度。

計算式中，是水的導熱率，Gr為格拉曉夫數，g為重力加速度，琢為流體的體積膨脹率，△t為溫差。

對于外置盤管式熱泵熱水器，傳熱系數計算式為:

計算式中，d2，d3分別為內膽的外徑和內徑，為內膽的導熱系數，h3為內膽內表面的傳熱系數，A3為內膽的表面面積。

內置盤管空氣源熱泵熱水器和外置盤管空氣源熱泵熱水器的熱阻比較：

2. 對壓縮機使用壽命的影響

壓縮機在熱泵系統中起著決定性因素，它直接影響整個系統的COP 值。而外置盤管熱泵水箱因其自身因素，傳熱效果不好，且盤管被水箱中保溫層包圍，系統運行過程中盤管中的冷媒長期處于高溫狀態，導致壓縮機吸、排氣溫度較高，嚴重縮短了壓縮機的壽命。

而大部分熱泵生產廠家解決此現象的辦法就是將壓縮機使用的冷媒充注量減小，經過研究與分析發現，這種方法會導致熱泵機組中的蒸發器吸熱量小，延長了系統的加熱時間。而對壓縮機來說，當制冷劑沖入量少時，其流量也會隨之減小，而蒸發器的過熱度大，使吸氣溫度升高，吸入蒸氣比熱容增大；吸氣溫度升高，吸入蒸氣比熱容增大又會引起壓縮熱增大，致使排氣溫度升高，從而導致壓縮機發熱，引起壓縮功能增大，耗電量增大，既不利于系統壽命，也不利于節能，還會影響熱泵機組的COP 值。

綜上所述，我們會發現內置換熱器的換熱效果比外置換熱器的效果好得多。（黃石東貝機電集團太陽能有限公司技術開發部/甘華趙知　清華大學/劉鑫）