热泵技术节能测试方法的研究

付红雷（中国石油天然气股份有限公司油田节能评价监测中心）

目前，国内部分标准对热泵机组性能指标的定义与测试方法存在一定差异，对于热泵机组节能效果的评价没有明确的计算方法，通过对热泵机组节能测试方法的研究，来探讨热泵机组性能指标与节能效果的计算方法。

1 热泵机组性能指标的确定

为了衡量制冷压缩机在制冷或制热方面的热力经济性，我们经常用能效比（EER）与性能系数（CO P）来衡量热泵机组的性能指标，但在国内标准中对于能效比（EER）与性能系数（CO P）描述与计算方法却存在一定差异，见表1。

由于热泵机组制冷与制热是两个完全相反的过程，在能量的转化过程中存在着大量的能量损失，而对于机组整体性能的评价，需要考虑机组辅助装置带入的有效功率，因此在评定热泵机组性能指标的时候需要分别对能效比（EER）、性能系数（CO P）进行评价，并参照G B/T 7725—2004《房间空气调节器》中的计算方法进行计算[3]。

1.1 能效比（EER）的计算

1）制冷量的计算

式中：

Q1——热泵机组制冷量，kJ/h；

D1——蒸发器软化水流量，m3/h；

hin——蒸发器软化水进口焓值，kJ/kg；

hout——蒸发器器软化水出口焓值，kJ/kg；

QC——环境空气传入干式蒸发器冷水侧的修正项，W 。

在计算热泵机组的制冷量的时候，需要考虑环境空气传入制冷剂侧的热量，对于满液式蒸发器，由蒸发器对环境空气传入的热量不应计入净制冷量；对于干式蒸发器，当其进行隔热时，QC可忽略不计，无隔热时QC由公式（2）确定：

式中：

K——蒸发器外表面与环境空气之间的传热系数，W /（m2·℃）［可取K=20W /（m2·℃）］；

A——蒸发器外表面积，m2；

ta——环境空气温度，℃；

tm——蒸发器软化水进、出口温度的平均值，℃。

2）热泵机组供给能量的计算

式中：

Q2——热泵机组供给能量，kJ/h；

N1——热泵机组总的输入有功功率，kW 。

3）能效比（EER）的计算

通过公式（1）~（4）计算出热泵机组在制冷过程中的能效比（EER）。

1.2 性能系数（COP）的计算

1）热泵机组制热量的计算

式中：

Q3——热泵机组制热量，kJ/h；

D2——冷凝器软化水流量，m3/h；

表1 热泵机组性能指标的区别

hin1——冷凝器软化水进口焓值，kJ/kg；

hout1——被冷凝器软化水出口焓值，kJ/kg；

QC——环境空气传入干式冷凝器冷水侧的修正项，W 。

在计算热泵机组的制热量的时候，需要考虑制热量对环境的散失，对于满液式冷凝器，由冷凝器对环境空气传入的热量不应计入净制热量；对于干式冷凝器，当其进行隔热时，QC可忽略不计，无隔热时QC由公式（6）确定：

式中：

K——冷凝器外表面与环境空气之间的传热系数，W /（m2·℃）［可取K=20W /（m2·℃）］；

A——冷凝器外表面积，m2；

ta——环境空气温度，℃；

tm——冷凝器软化水进、出口温度的平均值，℃。

通过公式（3）及（5）~（7）计算出热泵机组在制热过程中的性能系数（CO P）。

2 热泵机组节能测试方法的确定

在计算热泵机组节能效果的时候，参照S Y/T 6422—2008《石油企业节能产品节能效果测定》中的计算方法[4]，分别对原态工况的空调制冷（加热炉制热）与节态工况热泵机组制冷（制热）的有效输出冷量单耗（热量单耗）进行计算，并最终得出热泵机组的节能率。

2.1 节能率的测试计算

式中：

§——节能率，%；

B1——原态工况的有效输出冷量（热量）单耗；

B2——节态工况的有效输出冷量（热量）单耗。

有效输出冷量（热量）单耗：为系统供给能量与有效输出冷量（热量）之比。

2.2 有效输出冷量的计算

在制冷过程中，我们要分别对原态工况与节态工况的有效输出冷量进行计算：

对于原态工况室内空调有效输出冷量的计算我们可以参照G B/T 7725—2004《房间空气调节器》A .3的计算方法进行计算[3]；而节态工况的有效输出冷量计算见公式（9）。

第一，关于研究生国际合作的论文，主要有：谭敏的《我国研究生国际合作培养现状及其质量保障研究》；何勇灵的《研究生国际合作教学模式研究和实践》；殷允杰、王潮霞的《我国研究生国际合作与联合培养新模式探索》。

式中：

Q0——节态工况有效输出冷量，kJ/h；

h1——在t1温度下空气的焓值，kJ/kg；

h2——在t2温度下空气的焓值，kJ/kg；

h′1——在t1温度下水蒸气的焓值，kJ/kg；

h′2——在t2温度下水蒸气的焓值，kJ/kg；

ρ——空气的密度，kg/m2；

m1——被测环境下的空气量，m3/h；

W ——被测环境下的空气湿度（绝对湿度），kg/m3。

2.3 有效输出热量的计算

室内采暖，则计算过程与制冷过程相反，计算方法与2.2近似，仅温度相反而已；在油田生产过程中，对生产介质进行加热计算方法见公式（10）。

式中：

Q′0——被加热介质有效输出热量，kJ/h；

D0——被加热介质流量，m3/h；

ρin——被加热介质进口密度，kg/m3。

ρout——被加热介质出口密度，kg/m3；

hin1——被加热介质进口焓值，kJ/kg；

hout1——被加热介质出口焓值，kJ/kg。

3 应用实例分析

3.1 加热炉与热泵机组的测试参数

加热炉的现场测试与计算按照S Y/T 6381—2008《加热炉热工测定》，加热炉加热介质的性能参数及测试参数见表2。

表2 加热炉被加热介质性能参数及测试参数

热泵机组的现场测试与计算按照G B/T 7725—2004《房间空气调节器》[3]，热泵机组加热介质的性能参数及测试参数见表3。

3.2 节能率的计算

1）加热炉有效制热量的计算

依据表（2）中的测试数据，根据公式（10）计算：Q′0=4 055 547.02（kJ/h）

2）热泵机组有效制热量的计算

依据表（2）中的测试数据，根据公式（10）计算：Q′0=2250072.62（kJ/h）

3）加热炉供给热量的计算

按照公式（11）计算：Q′2=5 165 559.1（kJ/h）

4）热泵机组供给热量的计算

按照公式（3）计算：Q2=875 160（kJ/h）

5）节能率的计算

§= （[ 1.274-0.389）/1.274]×100=69.47%

表3 热泵机组被加热介质性能参数及测试参数

3.3 节能效益的分析

设备年运行天数按340d计算，油田天然气的折标煤系数按1.33kg/m3计算，年节约实物量为：1 131.73t标煤。

4 结论

结合油田生产的实际情况，用能效比（EER）、性能系数（CO P）准确评价热泵机组的性能指标。，

2）由加热炉、热泵机组的有效输出单耗，得出项目的节能率，评价热泵技术的节能效益。

（3）油田生产过程中，存在着大量的脱油污水，污水源热泵技术，通过现场测试与数据的分析，为热泵技术的节能效果的评价提供依据。

[1]全国冷冻空调设备标准化技术委员会.GB/T19409-2003水源热泵机组[S].北京:中国标准出版社,2004.

[2]全国冷冻空调设备标准化技术委员会.GB/T10870-2001 容积式和离心式冷水（热泵）机组性能试验方法[S].北京:中国标准出版社,2001.

[3]全国家用电器标准化技术委员会.GB/T7725-2004 房间空气调节器[S].北京:中国标准出版社,2005.

[4]石油工业标准化技术委员会石油工业节能节水专标委.SY/T6422-2008 石油企业节能产品节能效果测定[S].北京:石油工业出版社,2009.