水源熱泵機(jī)組變工況特性的試驗(yàn)研究

孔曉鳴，林建泉，王福寶，許敬德，汪揚(yáng)帆，劉杰

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽合肥 230088）

水源熱泵機(jī)組變工況特性的試驗(yàn)研究

孔曉鳴*，林建泉，王福寶，許敬德，汪揚(yáng)帆，劉杰

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽合肥 230088）

通過實(shí)驗(yàn)研究給出了水源熱泵機(jī)組在標(biāo)準(zhǔn)工況和變工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，變工況環(huán)境不會(huì)對(duì)水源熱泵機(jī)組的高能效工作特性產(chǎn)生影響。

水源熱泵機(jī)組；變工況；熱源側(cè)進(jìn)水溫度

0 引言

我國水源熱泵起步于20世紀(jì)80年代，2005年后，隨著我國對(duì)可再生能源應(yīng)用與節(jié)能減排工作的不斷加強(qiáng)，《可再生能源法》[1]、《節(jié)約能源法》[2]、《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》[3]、《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》[4]等法律法規(guī)的相繼頒布和修訂，水源熱泵機(jī)組迎來發(fā)展高潮。國家和地方也出臺(tái)了多項(xiàng)鼓勵(lì)措施，各種型式的水源熱泵系統(tǒng)在全國得到迅猛發(fā)展。根據(jù)中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，水源熱泵機(jī)組的產(chǎn)銷量增長了近80%，如圖1所示。

一般產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)描述的冷水機(jī)組的性能主要包括：制冷量、制熱量、消耗功率、能效比和安全性能等。不難看出，這些參數(shù)和指標(biāo)所描述的都是機(jī)組在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下測試得到的數(shù)據(jù)，反映的是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)和性能。但是，在實(shí)際應(yīng)用場合，由于水源熱泵機(jī)組的選型都是按建筑的最大負(fù)荷需求選定的，因而在更多的情況下，機(jī)組的運(yùn)行都是處在部分負(fù)荷或變化的負(fù)荷狀態(tài)下。

本文根據(jù)實(shí)例論述了水源熱泵機(jī)組在變工況下，隨著熱源側(cè)進(jìn)水溫度的變化，制冷量和制冷性能系數(shù)（EER）的特性變化，從而檢驗(yàn)水源熱泵機(jī)組在實(shí)際工程運(yùn)用中變工況條件下的節(jié)能效果。

圖1 水源熱泵機(jī)組年銷售量

1 水源熱泵試驗(yàn)樣機(jī)簡介

以1臺(tái)制冷量為210 kW，制冷劑為R22的多臺(tái)渦旋式壓縮機(jī)組合式水源熱泵機(jī)組為例，系統(tǒng)原理如圖2所示，該機(jī)組的設(shè)計(jì)蒸發(fā)溫度是5℃，吸氣過熱度2℃，冷凝溫度40℃，過冷度5℃，使用側(cè)進(jìn)水溫度12℃，使用側(cè)出水溫度7℃，熱源側(cè)進(jìn)水溫度 30℃，熱源側(cè)出水溫度 35℃，標(biāo)準(zhǔn)工況下機(jī)組的制冷性能系數(shù)達(dá)到4.2左右，此時(shí)機(jī)組的壓比為 2.6。而當(dāng)使用側(cè)的出水溫度不變，機(jī)組的平均吸氣壓力為0.58 MPa，排氣壓力為1.04 MPa，壓比為 1.8，壓比減小了 30%左右，與此同時(shí)機(jī)組的能效得到大幅提高，EER一般能達(dá)到5.0以上。

圖2 水源熱泵機(jī)組系統(tǒng)圖

2 變工況試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

對(duì)于水源熱泵機(jī)組，制冷量、制熱量按 GB/T 10870-2001《容積式和離心式冷水（熱泵）機(jī)組性能試驗(yàn)方法》[5]中 5.1載冷劑法進(jìn)行試驗(yàn)。參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19409-2003《水源熱泵機(jī)組》要求的測試項(xiàng)目[6-7]，搭建了如圖3所示的試驗(yàn)系統(tǒng)。

圖3 水源熱泵機(jī)組試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖

2.2 試驗(yàn)工況

標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19409-2003《水源熱泵機(jī)組》規(guī)定的水環(huán)式水源熱泵機(jī)組的名義工況如表1所示。

表1 水源熱泵機(jī)組名義工況

本文進(jìn)行測試的變工況參考了地下水式和地下環(huán)路式等不同形式的水源熱泵機(jī)組的制冷工況，如表2所示。

表2 水源熱泵機(jī)組變工況

2.3 計(jì)算方法

根據(jù)GB/T 10870-2001《容積式和離心式冷水（熱泵）機(jī)組性能試驗(yàn)方法》[5]，水源熱泵機(jī)組制冷量按式(1)計(jì)算：

式中：

Qn——凈制冷量，W；

C——平均溫度下水的比熱容，J/(kg·℃)；

qm——冷（熱）水質(zhì)量流量，kg/s；

t1——蒸發(fā)器（熱泵制熱時(shí)為冷凝器）冷（熱）水進(jìn)口溫度，℃；

t2——蒸發(fā)器（冷凝器）冷（熱）水出口溫度，℃；

Qc——環(huán)境空氣傳入干式蒸發(fā)器冷水側(cè)熱量的修正項(xiàng)，W。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

筆者模擬試驗(yàn)樣機(jī)不同的冷卻水進(jìn)水溫度，即模擬不同形式的水源熱泵機(jī)組制冷運(yùn)行工況，得到的數(shù)據(jù)如表3和表4所示。

從表中可以看出，熱源側(cè)進(jìn)水溫度對(duì)機(jī)組的制冷量和能效性能有很大的影響，試驗(yàn)中保持水源熱泵機(jī)組使用側(cè)出水溫度 7℃，機(jī)組熱源側(cè)進(jìn)水溫度從30℃降到15℃，機(jī)組的能效比在4.277～5.343范圍內(nèi)，均高于 4.2，這說明水源熱泵機(jī)組在變工況條件下仍具有較高的能效，如圖4。

表3 水源熱泵機(jī)組名義工況測試結(jié)果

表4 水源熱泵機(jī)組變工況測試結(jié)果

圖4 機(jī)組性能與冷卻水進(jìn)水溫度的關(guān)系

4 結(jié)束語

整個(gè)試驗(yàn)過程中水源熱泵機(jī)組在“變”工況條件下運(yùn)行時(shí)盡管制冷量和系統(tǒng)壓比隨著熱源側(cè)進(jìn)水溫度的變化而出現(xiàn)波動(dòng)，但整機(jī)的制冷性能系數(shù)EER始終在4.2以上，水源熱泵機(jī)組在“變”工況下的高能效特性完全得到發(fā)揮，說明在工程應(yīng)用中，“變”工況環(huán)境不會(huì)對(duì)水源熱泵機(jī)組的高能效工作特性產(chǎn)生影響。

[1]全國人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì). 中華人民共和國可再生能源法[M/OL]. 2006-01-01[2014-04-28]. http://www. gov.cn/ziliao/flfg/2005-06/21/content_8275.htm.

[2]全國人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì). 中華人民共和國節(jié)約能源法[M/OL]. 2008-04-01[2014-04-28]. http://www. gov.cn/flfg/2007-10/28/content_788493.htm.

[3]國家發(fā)展和改革委員會(huì). 可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃[M/OL]. 2007-08-31[2014-04-28]. http://www.ndrc.gov. cn/zcfb/zcfbtz/2007tongzhi/W020070904607346044110. pdf.

[4]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 民用建筑節(jié)能管理規(guī)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, 容積式和離心式冷水（熱泵）機(jī)組性能試驗(yàn)方法[S].

[6]GB/T 19409-2003, 水源熱泵機(jī)組[S].

[7]樊海彬, 宋有強(qiáng), 錢雪峰, 等. 大型冷（熱）水機(jī)組性能試驗(yàn)方法的研究[J]. 制冷與空調(diào)（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

*孔曉鳴（1979-），男，學(xué)士，工程師。研究方向：制冷試驗(yàn)裝置研究。聯(lián)系地址：合肥市天湖路29號(hào)523室，合肥通用機(jī)械研究院，郵編：230088。聯(lián)系電話：0551-65335582。E-mail：kongxming@gmail.com。