风冷热泵性能评价系统的节能性分析与研究

2013-04-08陈玲钱雪峰魏昇曹向军张泽国

制冷技术 2013年2期

陈玲，钱雪峰，魏昇，曹向军，张泽国

（合肥通用机械研究院，合肥 230088）

0 引言

近年来，随着风冷热泵（以下均是指风冷冷(热)水机组）在一些大中型中央空调系统的应用更加广泛，提高产品质量的需求越来越多，测试系统的应用也越来越广泛。依据相应的国家标准，对空调产品测试时要保持一定的工况要求，故测试系统需要提供相应的冷量和热量，来平衡被测试机组测试时产生的热量和冷量，所以测试系统能耗很大[1]，因此降低测试系统能耗的需求也就很迫切，现有的很多测试系统也利用地下水换热、冷却塔散热、蒸汽加热等措施来降低能耗，而本文提及的热回收系统包括表冷器、板换、水泵、三通调节阀等来实现回收不同运行工况时的被测试风冷冷(热)水机组的散发的冷热量和测试系统中的设备自身的能量来维持测试系统的稳定运行，前期设备投入较少而且又能最大限度的降低能耗。

1 风冷热泵性能评价系统测试方法及原理

1.1 测试方法

对于风冷冷(热)水机组：制冷量、制热量按GB/T 10870-2001《容积式和离心式冷水（热泵）机组性能试验方法》中5.1 载冷剂法进行试验[2]。在机组蒸发器（冷凝器）冷（热）水进（出）口处安装有水量测量装置，试验时，还应有能提供连续稳定的冷水流量、冷却水流量和符合试验工况水温的附加装置。机组制冷量按式(1)计算：

热泵制热量按式(2)计算：

式中：

Qn——机组净制冷量，W；

C——平均温度下水的比热容，J/（kg·℃）；

qm——冷（热）水质量流量，kg/s；

t1——蒸发器（热泵制热时为冷凝器）冷（热）水进口温度，℃；

t2——蒸发器（冷凝器）冷（热）水出口温度，℃；

Qh——热泵制热量，W；

Qc——环境空气传入干式蒸发器冷水侧的修正项，W。

1.2 系统原理

根据标准GB/T 18430.1-2007《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组/工商业用及类似用途的蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组》要求的测试项目[3]，参考标准GB/T 10870-2001《容积式和离心式冷水（热泵）机组性能试验方法》，本文搭建了性能评价系统（系统原理如图1）。

图1 评价系统原理图

由图1 可知采用聚氨酯发泡库板搭建测试间，利用空气温度取样器用来采集被试机周围的温湿度参数，反馈給空气处理机组，该机组通过各功能段对被试机的排风进行处理，使得测试间内的温湿度满足国标要求的测试工况。被试机水泵从恒温水箱抽水用来提供所需的水流量。而恒温水箱主要用来为评价系统提供稳定温度的水源。

风冷冷(热)水机组测试时，通过空气处理机组将风冷冷(热)水机组风侧产生的冷热负荷进行处理，使得测试间内的温湿度达到国标要求的值。而机组产生的冷热水回到水箱后，通过水箱配置的冷热源进行平衡，从而达到机组在国标要求的工况下稳定运行，采集系统将所有的测点采集，通过电脑内专业计算软件进行计算输出实验报告。

2 风冷热泵性能评价系统中表冷器热回收系统的节能性分析

风冷冷（热）水机组制冷评价试验时，水侧的进水温度是通过调节被试机水泵前端三通调节阀从水箱进水和被试机回水之间的比例来控制。故恒温水箱的温度应比风冷冷（热）水机组进水温度要高，根据实际试验，恒温水箱的温度与风冷冷（热）水机组制冷评价试验时的出水温度之间的温差一般控制在5℃～8℃左右，也就是12℃～15℃左右，而风冷冷（热）水机组的冷凝排风一般在40℃～43℃左右，因此空气处理机组内的表冷器热回收系统就是利用风冷冷（热）水机组的冷凝排风和恒温水箱之间进行冷热负荷平衡，最大限度地利用风冷冷(热)水机组自身产生的冷热负荷进行的冷热量平衡，评价系统在制冷评价试验时只有压缩机的功率这部分热量需要散去[4]，并不需要消耗大量的能量来单独平衡风冷冷（热）水机组的使用侧产生的冷负荷和热源侧产生的热负荷，而且风冷冷(热)水机组的能效比越高，同等制冷量下，需要测试系统散去的压缩机功率也就越少，测试系统也越节能。以800 kW 风冷冷（热）水机组名义制冷为例，表冷器热回收系统的运用对测试系统的耗能比较见表1。

表1 表冷器热回收系统性能评价系统主要电能耗

除去其他正常设备的耗功，无表冷器的测试系统的电消耗主要在平衡风侧热量的压缩冷凝机组耗功（能效比按3.5 计算）与平衡制冷量的电加热耗功之和共计1058 kW，而有表冷器的测试系统与之对应的只有表冷器水泵22 kW 的电消耗，按工业用电1.2 元计算，有无表冷器热回收系统时性能评价系统电费消耗如图2。

图2 有无表冷器热回收系统时性能评价系统电费消耗对比

从图2 可以看出有了表冷器热回收系统时性能评价系统每小时可节省1243 元，大大减少了空调企业的的测试成本。

3 风冷热泵性能评价系统中冷凝热回收系统的节能性分析

表冷器热回收系统就是利用风冷冷（热）水机组的冷凝排风和恒温水箱之间进行冷热负荷平衡，当做一些非标工况，测试间的温度与水箱温度接近的时候，无法用表冷器热回收系统，比如测试间干球温度15℃及以下的低温制冷工况，此时没有热负载去平衡风冷冷（热）水机组的制冷量，而此时为了维持测试间的温度压缩冷凝机组必须开启，而压缩冷凝机组的冷却水出水温度一般在35℃～40℃，供回水温差4℃～7℃左右[5]，此时将被试机组产生的冷水直接与压缩冷凝机组的冷却水在板换里进行换热，通过调节热回收三通阀可调节被试机出水进入板换的水量，从而调节换热量来适应风冷冷（热）水机组的制冷量的变化。此系统称为冷凝热回收系统，该系统的使用不仅提高了压缩冷凝机组的效率，降低了压缩机功率，也减少性能评价系统中热负载的配置，降低了性能评价系统的运行成本。以700 kW 风冷冷（热）水机组15℃制冷为例，冷凝热回收系统的运用对性能评价系统的耗能比较见表2。

表2 冷凝热回收系统性能评价系统主要电能耗

除去其他正常设备的耗功，无冷凝热回收系统的性能评价系统的电消耗主要在平衡风侧热量的压冷机组耗功（能效比按3.5 计算）与平衡制冷量的电加热耗功之和共计1001 kW，而有冷凝热回收系统的性能评价系统与之对应的只有平衡风侧热量的压冷机组耗功221 kW 的电消耗，按工业用电1.2 元/kWh 计算，有无冷凝热回收系统时性能评价系统电费消耗如图3。

从图3 中可以看出有了冷凝热回收系统时性能评价系统每小时可节省936 元，也可相应减少了测试成本。