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水源热泵机组变工况特性的试验研究

2014-05-08孔晓鸣林建泉王福宝许敬德汪扬帆刘杰

制冷技术 2014年2期
关键词:制冷量热源源热泵

孔晓鸣,林建泉,王福宝,许敬德,汪扬帆,刘杰

(合肥通用机械研究院,安徽合肥 230088)

水源热泵机组变工况特性的试验研究

孔晓鸣*,林建泉,王福宝,许敬德,汪扬帆,刘杰

(合肥通用机械研究院,安徽合肥 230088)

通过实验研究给出了水源热泵机组在标准工况和变工况下的运行数据,对比分析实验数据表明,变工况环境不会对水源热泵机组的高能效工作特性产生影响。

水源热泵机组;变工况;热源侧进水温度

0 引言

我国水源热泵起步于20世纪80年代,2005年后,随着我国对可再生能源应用与节能减排工作的不断加强,《可再生能源法》[1]、《节约能源法》[2]、《可再生能源中长期发展规划》[3]、《民用建筑节能管理规定》[4]等法律法规的相继颁布和修订,水源热泵机组迎来发展高潮。国家和地方也出台了多项鼓励措施,各种型式的水源热泵系统在全国得到迅猛发展。根据中国制冷空调工业协会的统计数据,水源热泵机组的产销量增长了近80%,如图1所示。

一般产品标准描述的冷水机组的性能主要包括:制冷量、制热量、消耗功率、能效比和安全性能等。不难看出,这些参数和指标所描述的都是机组在稳态运行条件下测试得到的数据,反映的是产品的设计参数和性能。但是,在实际应用场合,由于水源热泵机组的选型都是按建筑的最大负荷需求选定的,因而在更多的情况下,机组的运行都是处在部分负荷或变化的负荷状态下。

本文根据实例论述了水源热泵机组在变工况下,随着热源侧进水温度的变化,制冷量和制冷性能系数(EER)的特性变化,从而检验水源热泵机组在实际工程运用中变工况条件下的节能效果。

图1 水源热泵机组年销售量

1 水源热泵试验样机简介

以1台制冷量为210 kW,制冷剂为R22的多台涡旋式压缩机组合式水源热泵机组为例,系统原理如图2所示,该机组的设计蒸发温度是5℃,吸气过热度2℃,冷凝温度40℃,过冷度5℃,使用侧进水温度12℃,使用侧出水温度7℃,热源侧进水温度 30℃,热源侧出水温度 35℃,标准工况下机组的制冷性能系数达到4.2左右,此时机组的压比为 2.6。而当使用侧的出水温度不变,机组的平均吸气压力为0.58 MPa,排气压力为1.04 MPa,压比为 1.8,压比减小了 30%左右,与此同时机组的能效得到大幅提高,EER一般能达到5.0以上。

图2 水源热泵机组系统图

2 变工况试验研究

2.1 试验系统

对于水源热泵机组,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》[5]中 5.1载冷剂法进行试验。参考标准GB/T 19409-2003《水源热泵机组》要求的测试项目[6-7],搭建了如图3所示的试验系统。

图3 水源热泵机组试验系统原理图

2.2 试验工况

标准GB/T 19409-2003《水源热泵机组》规定的水环式水源热泵机组的名义工况如表1所示。

表1 水源热泵机组名义工况

本文进行测试的变工况参考了地下水式和地下环路式等不同形式的水源热泵机组的制冷工况,如表2所示。

表2 水源热泵机组变工况

2.3 计算方法

根据GB/T 10870-2001《容积式和离心式冷水(热泵)机组性能试验方法》[5],水源热泵机组制冷量按式(1)计算:

式中:

Qn——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,℃;

Qc——环境空气传入干式蒸发器冷水侧热量的修正项,W。

3 试验结果分析

笔者模拟试验样机不同的冷却水进水温度,即模拟不同形式的水源热泵机组制冷运行工况,得到的数据如表3和表4所示。

从表中可以看出,热源侧进水温度对机组的制冷量和能效性能有很大的影响,试验中保持水源热泵机组使用侧出水温度 7℃,机组热源侧进水温度从30℃降到15℃,机组的能效比在4.277~5.343范围内,均高于 4.2,这说明水源热泵机组在变工况条件下仍具有较高的能效,如图4。

表3 水源热泵机组名义工况测试结果

表4 水源热泵机组变工况测试结果

图4 机组性能与冷却水进水温度的关系

4 结束语

整个试验过程中水源热泵机组在“变”工况条件下运行时尽管制冷量和系统压比随着热源侧进水温度的变化而出现波动,但整机的制冷性能系数EER始终在4.2以上,水源热泵机组在“变”工况下的高能效特性完全得到发挥,说明在工程应用中,“变”工况环境不会对水源热泵机组的高能效工作特性产生影响。

[1]全国人民代表大会常务委员会. 中华人民共和国可再生能源法[M/OL]. 2006-01-01[2014-04-28]. http://www. gov.cn/ziliao/flfg/2005-06/21/content_8275.htm.

[2]全国人民代表大会常务委员会. 中华人民共和国节约能源法[M/OL]. 2008-04-01[2014-04-28]. http://www. gov.cn/flfg/2007-10/28/content_788493.htm.

[3]国家发展和改革委员会. 可再生能源中长期发展规划[M/OL]. 2007-08-31[2014-04-28]. http://www.ndrc.gov. cn/zcfb/zcfbtz/2007tongzhi/W020070904607346044110. pdf.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部. 民用建筑节能管理规定[M/OL]. 2006-01-01[2014-04-28]. http://www.mo hurd.gov.cn/zcfg/jsbgz/200611/t20061101_159082.html.

[5]GB/T 10870-2001, 容积式和离心式冷水(热泵)机组性能试验方法[S].

[6]GB/T 19409-2003, 水源热泵机组[S].

[7]樊海彬, 宋有强, 钱雪峰, 等. 大型冷(热)水机组性能试验方法的研究[J]. 制冷与空调(四川), 2010, 24(6): 52-57.

Experimental Research of Water Source Heat Pump

KONG Xiao-ming*, LIN Jian-quan, WANG Fu-bao, XU Jing-de, WANG Yang-fan, LIU Jie
(Hefei General Machinery Research Institue, Hefei, Anhui 230088, China)

The operation data of the water source heat pump at standard condition and variable condition have been obtained experimentally. The comparative analysis of experimental data shows that variable environmental conditions will not affect the operating characteristics of high efficiency water source heat pump.

Water source heat pump; Variable condition; Inlet water temperature at heat source side

10.3969/j.issn.2095-4468.2014.02.109

*孔晓鸣(1979-),男,学士,工程师。研究方向:制冷试验装置研究。联系地址:合肥市天湖路29号523室,合肥通用机械研究院,邮编:230088。联系电话:0551-65335582。E-mail:kongxming@gmail.com。

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