熱泵技術節能測試方法的研究

付紅雷（中國石油天然氣股份有限公司油田節能評價監測中心）

目前，國內部分標準對熱泵機組性能指標的定義與測試方法存在一定差異，對于熱泵機組節能效果的評價沒有明確的計算方法，通過對熱泵機組節能測試方法的研究，來探討熱泵機組性能指標與節能效果的計算方法。

1 熱泵機組性能指標的確定

為了衡量制冷壓縮機在制冷或制熱方面的熱力經濟性，我們經常用能效比（EER）與性能系數（CO P）來衡量熱泵機組的性能指標，但在國內標準中對于能效比（EER）與性能系數（CO P）描述與計算方法卻存在一定差異，見表1。

由于熱泵機組制冷與制熱是兩個完全相反的過程，在能量的轉化過程中存在著大量的能量損失，而對于機組整體性能的評價，需要考慮機組輔助裝置帶入的有效功率，因此在評定熱泵機組性能指標的時候需要分別對能效比（EER）、性能系數（CO P）進行評價，并參照G B/T 7725—2004《房間空氣調節器》中的計算方法進行計算[3]。

1.1 能效比（EER）的計算

1）制冷量的計算

式中：

Q1——熱泵機組制冷量，kJ/h；

D1——蒸發器軟化水流量，m3/h；

hin——蒸發器軟化水進口焓值，kJ/kg；

hout——蒸發器器軟化水出口焓值，kJ/kg；

QC——環境空氣傳入干式蒸發器冷水側的修正項，W 。

在計算熱泵機組的制冷量的時候，需要考慮環境空氣傳入制冷劑側的熱量，對于滿液式蒸發器，由蒸發器對環境空氣傳入的熱量不應計入凈制冷量；對于干式蒸發器，當其進行隔熱時，QC可忽略不計，無隔熱時QC由公式（2）確定：

式中：

K——蒸發器外表面與環境空氣之間的傳熱系數，W /（m2·℃）［可取K=20W /（m2·℃）］；

A——蒸發器外表面積，m2；

ta——環境空氣溫度，℃；

tm——蒸發器軟化水進、出口溫度的平均值，℃。

2）熱泵機組供給能量的計算

式中：

Q2——熱泵機組供給能量，kJ/h；

N1——熱泵機組總的輸入有功功率，kW 。

3）能效比（EER）的計算

通過公式（1）~（4）計算出熱泵機組在制冷過程中的能效比（EER）。

1.2 性能系數（COP）的計算

1）熱泵機組制熱量的計算

式中：

Q3——熱泵機組制熱量，kJ/h；

D2——冷凝器軟化水流量，m3/h；

表1 熱泵機組性能指標的區別

hin1——冷凝器軟化水進口焓值，kJ/kg；

hout1——被冷凝器軟化水出口焓值，kJ/kg；

QC——環境空氣傳入干式冷凝器冷水側的修正項，W 。

在計算熱泵機組的制熱量的時候，需要考慮制熱量對環境的散失，對于滿液式冷凝器，由冷凝器對環境空氣傳入的熱量不應計入凈制熱量；對于干式冷凝器，當其進行隔熱時，QC可忽略不計，無隔熱時QC由公式（6）確定：

式中：

K——冷凝器外表面與環境空氣之間的傳熱系數，W /（m2·℃）［可取K=20W /（m2·℃）］；

A——冷凝器外表面積，m2；

ta——環境空氣溫度，℃；

tm——冷凝器軟化水進、出口溫度的平均值，℃。

通過公式（3）及（5）~（7）計算出熱泵機組在制熱過程中的性能系數（CO P）。

2 熱泵機組節能測試方法的確定

在計算熱泵機組節能效果的時候，參照S Y/T 6422—2008《石油企業節能產品節能效果測定》中的計算方法[4]，分別對原態工況的空調制冷（加熱爐制熱）與節態工況熱泵機組制冷（制熱）的有效輸出冷量單耗（熱量單耗）進行計算，并最終得出熱泵機組的節能率。

2.1 節能率的測試計算

式中：

§——節能率，%；

B1——原態工況的有效輸出冷量（熱量）單耗；

B2——節態工況的有效輸出冷量（熱量）單耗。

有效輸出冷量（熱量）單耗：為系統供給能量與有效輸出冷量（熱量）之比。

2.2 有效輸出冷量的計算

在制冷過程中，我們要分別對原態工況與節態工況的有效輸出冷量進行計算：

對于原態工況室內空調有效輸出冷量的計算我們可以參照G B/T 7725—2004《房間空氣調節器》A .3的計算方法進行計算[3]；而節態工況的有效輸出冷量計算見公式（9）。

第一，關于研究生國際合作的論文，主要有：譚敏的《我國研究生國際合作培養現狀及其質量保障研究》；何勇靈的《研究生國際合作教學模式研究和實踐》；殷允杰、王潮霞的《我國研究生國際合作與聯合培養新模式探索》。

式中：

Q0——節態工況有效輸出冷量，kJ/h；

h1——在t1溫度下空氣的焓值，kJ/kg；

h2——在t2溫度下空氣的焓值，kJ/kg；

h′1——在t1溫度下水蒸氣的焓值，kJ/kg；

h′2——在t2溫度下水蒸氣的焓值，kJ/kg；

ρ——空氣的密度，kg/m2；

m1——被測環境下的空氣量，m3/h；

W ——被測環境下的空氣濕度（絕對濕度），kg/m3。

2.3 有效輸出熱量的計算

室內采暖，則計算過程與制冷過程相反，計算方法與2.2近似，僅溫度相反而已；在油田生產過程中，對生產介質進行加熱計算方法見公式（10）。

式中：

Q′0——被加熱介質有效輸出熱量，kJ/h；

D0——被加熱介質流量，m3/h；

ρin——被加熱介質進口密度，kg/m3。

ρout——被加熱介質出口密度，kg/m3；

hin1——被加熱介質進口焓值，kJ/kg；

hout1——被加熱介質出口焓值，kJ/kg。

3 應用實例分析

3.1 加熱爐與熱泵機組的測試參數

加熱爐的現場測試與計算按照S Y/T 6381—2008《加熱爐熱工測定》，加熱爐加熱介質的性能參數及測試參數見表2。

表2 加熱爐被加熱介質性能參數及測試參數

熱泵機組的現場測試與計算按照G B/T 7725—2004《房間空氣調節器》[3]，熱泵機組加熱介質的性能參數及測試參數見表3。

3.2 節能率的計算

1）加熱爐有效制熱量的計算

依據表（2）中的測試數據，根據公式（10）計算：Q′0=4 055 547.02（kJ/h）

2）熱泵機組有效制熱量的計算

依據表（2）中的測試數據，根據公式（10）計算：Q′0=2250072.62（kJ/h）

3）加熱爐供給熱量的計算

按照公式（11）計算：Q′2=5 165 559.1（kJ/h）

4）熱泵機組供給熱量的計算

按照公式（3）計算：Q2=875 160（kJ/h）

5）節能率的計算

§= （[ 1.274-0.389）/1.274]×100=69.47%

表3 熱泵機組被加熱介質性能參數及測試參數

3.3 節能效益的分析

設備年運行天數按340d計算，油田天然氣的折標煤系數按1.33kg/m3計算，年節約實物量為：1 131.73t標煤。

4 結論

結合油田生產的實際情況，用能效比（EER）、性能系數（CO P）準確評價熱泵機組的性能指標。，

2）由加熱爐、熱泵機組的有效輸出單耗，得出項目的節能率，評價熱泵技術的節能效益。

（3）油田生產過程中，存在著大量的脫油污水，污水源熱泵技術，通過現場測試與數據的分析，為熱泵技術的節能效果的評價提供依據。

[1]全國冷凍空調設備標準化技術委員會.GB/T19409-2003水源熱泵機組[S].北京:中國標準出版社,2004.

[2]全國冷凍空調設備標準化技術委員會.GB/T10870-2001 容積式和離心式冷水（熱泵）機組性能試驗方法[S].北京:中國標準出版社,2001.

[3]全國家用電器標準化技術委員會.GB/T7725-2004 房間空氣調節器[S].北京:中國標準出版社,2005.

[4]石油工業標準化技術委員會石油工業節能節水專標委.SY/T6422-2008 石油企業節能產品節能效果測定[S].北京:石油工業出版社,2009.