風(fēng)冷熱泵機組運行測試及分析

1、風(fēng)冷熱泵機組運行測試及分析l2制冷技術(shù)2002年第2期風(fēng)冷熱泵機組運行測試及分析王長慶龍惟定吳清前鐘婷(同濟大學(xué)上海200092)【摘要】風(fēng)冷熱泵機組在我國被廣泛用作空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源,尤其是在長江中下游地區(qū).本文對在運行中風(fēng)冷熱泵機組進行測試,并對其性能進行了分析.要充分提高風(fēng)冷熱泵運行的效率,應(yīng)注意空調(diào)系統(tǒng)與機組的匹配,注意機組自控設(shè)置等.【關(guān)鍵詞】風(fēng)冷熱泵測試性能空調(diào)testandanalysisonperformanceofaircooledheatpump1前言風(fēng)冷熱泵機組在我國被廣泛用作空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源,尤其是在長江中下游地區(qū).風(fēng)冷熱泵在夏季能制冷,在冬季能制熱,建筑空調(diào)系統(tǒng)使用風(fēng)冷

2、熱泵機組非常方便.風(fēng)冷熱泵機組使用空氣作為它的冷卻介質(zhì),相對于水冷機組來說,風(fēng)冷熱泵機組省去了冷卻塔及冷卻水系統(tǒng),這樣空調(diào)水系統(tǒng)得到了簡化.同時,風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)可放置在屋頂或戶外,從而省去了制冷機房所需的占地,節(jié)約了建筑面積,提高建筑的有效利用率.因此,在我國的長江中下游地區(qū)風(fēng)冷熱泵機組得到了廣泛的應(yīng)用.風(fēng)量熱泵機組使用時的能效比是我們非常關(guān)心的.本文對在使用的風(fēng)冷熱泵機組進行了測試,并對其性能進行了分析.要充分提高風(fēng)冷熱泵使用的效率,應(yīng)注意空調(diào)系統(tǒng)與機組的匹配,注意機組自控的設(shè)置等.2測試內(nèi)容及測試方法風(fēng)冷熱泵機組的能耗測試分兩個方面.一是測試熱泵機組的制冷量或制熱量.二是測試制取這些熱量或冷

3、量時所消耗的電能.通過測試,我們計算熱泵的能效比eer,分析熱泵的性能,結(jié)合運行看熱泵運行是否合理,效率如何.為測試風(fēng)冷熱泵機組的制冷量或制熱量,我們測試熱泵機組的進出水溫差,測試?yán)渌驘崴牧髁?冷水或熱水的流量采用超聲波流量計進行測量.超聲波流量計的精度為1.5%,可貼在管壁外測試管內(nèi)流量而不需接觸流體.風(fēng)冷熱泵機組的制冷量或制熱量由下式計算:q.=c?m.(一)式中,q.一冷量或熱量,kw;c一冷水或熱水比熱,kj/kgc;m一冷水或熱水流量,kg/s;t.一冷水進口溫度或熱水出口溫度,;t一冷水出口溫度或熱水進口溫度,.采用精度為l級的電表分別測量熱泵機組的電流和電壓,由下式計算風(fēng)冷熱

4、泵機組的耗電.p=?u?l?coso式中,p-一熱泵機組的耗電,kw;u一電壓,v;i一電流,a;c0sd一功率因素.風(fēng)冷熱泵機組的能效比err由下式計算:neer=j3風(fēng)冷熱泵機組在夏季制冷時運行性能分析(1)a大樓a大樓占地25000m,建筑面積為19000m.它的空調(diào)系統(tǒng)配有四臺風(fēng)冷熱泵機組,壓縮機采用的是活塞式制冷壓縮機,每臺熱泵機組的制冷量為581.4kw,耗電量為192.4kw.本大樓除二樓為餐廳外,其余均為出租辦公室,辦公樓的出租率為100%.本大樓設(shè)有樓宇智能化控制(ba)系統(tǒng),該系統(tǒng)可根據(jù)回水溫度控制熱泵機組投人運行的臺數(shù).測試日有三臺機組投入運行.圖1示出了風(fēng)冷熱泵機組的能

5、效比eer隨時間變化的情況.2002年第2期制冷技術(shù)13時間圖1a大樓ashp的eer隨時間的變化從現(xiàn)場測試的結(jié)果看,整個建筑的風(fēng)冷熱泵機組的能效比較低,熱泵的運行不合理.盡管測試日的最高氣溫只有32,比空調(diào)設(shè)計的34低2c,但熱泵機組的能效比遠(yuǎn)低于樣本給出的能效比數(shù)值,熱泵機組的輸出冷量小而且耗電沒有降下來.根據(jù)分析可能由以下幾方面的問題造成機組運行能效比較低的原因.機組本身可能有問題.機組本身的故障會直接導(dǎo)致機組比較低,比如制冷劑的量不足,壓縮機的效率較低,冷凝器或蒸發(fā)器的換熱效果不佳等原因均會造成這樣的結(jié)果.機組運行不合理.由于投人的機組多,使幾臺機組均處于部分負(fù)荷下運行,即使機組本身能

6、根據(jù)負(fù)荷卸載或調(diào)節(jié)機組壓縮投人運行的臺數(shù),但每臺機組的負(fù)荷率太低而導(dǎo)致整個制冷機的能效較低.機組的自控不合理.機組是根據(jù)冷水的回水溫度來控制制冷機投人運行的臺數(shù)的,當(dāng)回水溫度超過14c,多投人一臺機組運行.但系統(tǒng)的冷水量大于機組的所需的水量,回水溫度的變化幅度較小,可能會導(dǎo)致機組的誤投人,從而使機組在部分負(fù)荷下運行降低了機組運行的能效比.如果適當(dāng)提高機組運行的回水溫度,可適當(dāng)增加機組運行的負(fù)荷率,從而提高機組運行的能效比.該大樓配有bas系統(tǒng)對制冷機組的投人運行進行控制.如果bas系統(tǒng)的傳感器的精度不夠或出錯,同樣會造成機組誤投人運行,使得機組的負(fù)荷率較低,能效較低.因此,對bas控制系統(tǒng)的傳

7、感器應(yīng)定期進行校正和標(biāo)定,從而保證控制系統(tǒng)讀取的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤.運行管理人員專業(yè)知識或經(jīng)驗不足也會造成運行的不合理,須對運行管理人員進行培訓(xùn).(2)b大樓b大樓的總建筑面積為23800m,一樓是大堂和咖啡廳,二樓為餐廳,四樓為酒家,511樓為酒店客房1224樓為辦公區(qū),辦公區(qū)的出租率為85%.該大樓配了6臺風(fēng)冷熱泵機組(5臺698kw,1臺349kw).大樓沒有配置bas系統(tǒng),制冷機的運行全憑經(jīng)驗手動控制.測試日投人運行的機組為3臺.測試日的最高氣溫為32c.圖2示出了測試日機組能效比隨時間變化的情況.圖2b大樓熱雜機組的能效比隨時問的變化在測試日,由于有3臺機組故障無法進行,故只能是其余3臺機

8、組全部投人運行.最高的回水溫度曾達(dá)到15.6c.但從圖2可以看出,該大樓的風(fēng)冷熱泵機組在測試日運行的能效比相對比較合理,最高能效比為3.61,最低能效比也有3.34.從能效比看,b大樓的運行比a大樓要合理.可見適當(dāng)提高回水溫度,有利于機組在滿負(fù)荷下運行,機組的能效比也較高.盡管與樣本比(相同空氣溫度及相同水溫下,樣本中的能效比為3.74),實際運行能效比還有所差距(小3.510.6%),但已非常接近,機組運行合理.(3)c大樓c大樓占地17000m,大樓的建筑面積12400m.整幢大樓為辦公樓,一樓為大堂及一個機票銷售點,其余均為辦公區(qū),辦公樓的出租率為100%.該大樓配有4臺風(fēng)冷熱泵機組,每

9、臺熱泵機組的冷量為326kw.測試日的最高氣溫為32c,測試日所有的4臺機組均投人運行.圖3為測試日風(fēng)冷熱泵機組的能效比隨時間變化的情況.該大樓沒有配備bas控制系統(tǒng),風(fēng)冷熱泵的運行根據(jù)經(jīng)驗手動控制的.如果回水溫度超過14c,管理人員多投人一臺熱泵機組運行.從圖3看,整個四臺熱泵機組運行的能效比均不高,測試日最高的能效比為2.33,最低能效比為2.01,與樣本中給出的機同室外空氣溫度相同水溫的能效比3.31相差了29.639.2%.分析原因主要是機組的供回水溫差偏小造成的.測試日,最大的供回水溫差為3.1,最小供回水溫差為2.3c,均沒有達(dá)到5c的溫差(水流量基本為設(shè)計流量,沒有偏大).由于溫

10、差偏小,幾臺機組均在部分負(fù)荷下工作,機組的能效比偏小也就不14制冷技術(shù)2002年第2期足為奇了.八/一/r/圖3c大樓風(fēng)冷熱泵機組的能效比隨時i司的變化4風(fēng)冷熱泵在冬季運行的能效比(1)d大樓d大樓是一幢七層的辦公樓.在屋頂安裝了3臺風(fēng)冷熱泵機組作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源.每臺熱泵機組的額定制熱量為285kw,耗電量為83.2kw.圖4示出了d大樓的風(fēng)冷熱泵機組制熱時的能效比err隨時間變化的情況.測試日,三臺機組均投入運行,測試日的室外溫度最高溫度為5c.從圖4可知,1號熱泵機組的最高eer為3.44,所供熱水溫度為41,供回水溫差為3.圖5示出了1號機組的能效比eer隨室外空氣溫度的變化情況.隨

11、著室外空氣溫度的升高,熱泵機組的能效比是升高的,但與樣本上相應(yīng)工況所對應(yīng)的值則要小得多.也就是說機組的運行性能遠(yuǎn)沒有達(dá)到樣本上所給出的能效比.熱泵機組在制熱運行時還存在一定的問題.這包括機組運行的供回水溫差偏低,在部分負(fù)荷下運行時機組的效率較低等.43.532.52i.5lo.5o/.-一:l一z亨u丑ii圖4熱泵機組的eer隨時間的變化從圖4中可知,1號熱泵機組的最高eer為3.44,所供熱水溫度為41,供回水溫差為3;2號熱泵機組運行的最高能效比僅為2.29,機組的供水溫度為42;3號機組的最大能效比為3.29,其供水溫度為41.從對這三臺熱泵機組的測試可知,在測試日,三臺機組運行的能效比

12、均較低,主要是三臺機組的供回水溫差均較低,三臺機組均在部分負(fù)荷下運行,其能效比較低.其次空調(diào)系統(tǒng)可能不合理,也有可能造成系統(tǒng)的能效比偏低.再者可能是運行控制不合理,造成機組運行的能效比偏低.還有可能是機組樣本中的能效比數(shù)據(jù)偏高,而實際上沒有那么高024醢()101214圖51號熱泵機組的eer隨室外空氣溫度的變化情況(2)e大樓e大樓是16層的辦公樓,總建筑面積為7000m,其中空調(diào)面積為5000m.大樓選擇了3臺熱泵機組作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源,每臺熱泵機組的額定制熱量為349kw,耗電103kw,機組安裝在屋頂上.圖6示出了3臺熱泵機組在測試日制熱量隨室外空氣溫度變化的情況.圖7示出了3臺機組

13、的能效比err隨室外溫度變化的情況.800,600蕾v400200纂ol.,l,lj,1r,1i,1.一5432-10l2345室外空氣溫度()圖6制熱量隨室外空氣溫度的變化從圖6中可知,隨著室外空氣溫度的升高,熱泵機組的制熱量反而減少.這是因為室外溫度升高了,建筑所需的熱量減少了,因此空調(diào)系統(tǒng)所需的熱量也就減少,機組的制熱量減少.這對采用風(fēng)冷熱泵機組作空調(diào)系統(tǒng)熱源來說是一個比較矛盾的地方,一方面室外氣溫降低,建筑需要更多的熱量,而此時熱泵機組的制熱效果卻變差,制熱量減少;另一方面,當(dāng)室外氣溫升高時,建筑所需的熱量減少,但熱泵卻能制取更多的熱量,機組處于部分負(fù)荷下工作,如果運行控制不當(dāng),熱泵機

14、組的能產(chǎn)比可能會處于較低的水平;再者,當(dāng)室外氣溫降低時,蒸發(fā)溫度降低,風(fēng)冷熱泵機組的能效比降低,而當(dāng)室外氣溫升高時,蒸發(fā)溫度升2002年第2期制冷技術(shù)15高,熱泵的能效比增大.在本測試中,當(dāng)室外氣溫為4c,熱泵機組的出水溫度為40c時,熱泵機組的能效比為2.86,與樣本中給出在相同工況下的能效比為3.5差18.3%.另外,熱泵機組的制熱量還受室外空氣相對濕度的影響,當(dāng)空氣相對濕度高時,熱泵制熱時,空氣換熱器(蒸發(fā)器)非常容易結(jié)霜,結(jié)霜不僅增大空氣換熱器的霜層熱阻而且會降低蒸發(fā)溫度,再者,機組在融霜時會消耗一定的能量,同時循環(huán)熱水的溫度會降低.本測試的室外溫度為0c時,空氣的相對濕度已超過75%

15、,機器運行時非常容易結(jié)霜一j一一|,.tl卜一-|_.10jzuiz室外空氣溫度()7eer隨室外空氣溫度的變化(3)f大樓f大樓是一家醫(yī)院,它使用了6臺風(fēng)冷熱泵機組作該大樓空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源.每臺熱泵機組的制熱量為680kkw,制熱所消耗的電能為200kw.測試日,開啟了4臺熱泵機組制熱.f大樓熱泵的能效比隨熱水進出口溫差變化的情況見圖8.8熱泵eer隨熱水進出口溫差變化情況從圖8中可知,四臺熱泵機組的能效比eer均隨熱水進出口溫差的增大而升高,這說明當(dāng)熱泵機組的負(fù)荷越大并接近滿負(fù)荷時,熱泵的能效比較高,而當(dāng)熱泵機組處于部分負(fù)荷運行時,機組的能效比不理想,甚至較差.由于該熱泵機組的產(chǎn)品樣本中沒

16、有給出部分負(fù)荷下的性能,故無法判斷熱泵機組在部分負(fù)荷下運行是否合理.測試日,1號熱泵機組熱水進出口溫差最大,一般在3c以上,最大達(dá)到或接近5,1號機組相對其它3臺機組能效比高.2號機組的進出水溫差最小,最高進出水溫差為2.5,最低進出水溫差只有0.5.造成這樣的結(jié)果可能是由于:一,投人運行的機組太多,使得部分機組一直處于部分負(fù)荷下運行,這樣可以關(guān)掉一臺或兩臺機組,提高饑組的和能效比;二,機組本身可能有故障,應(yīng)進行檢查并維修;三,控制設(shè)置不合理,造成機組運行不合理;四,運行管理人員應(yīng)根據(jù)熱泵運行的實際情況對熱泵機組的運行進行適當(dāng)調(diào)整,以免出現(xiàn)機組運行不合理,從而造成能源的浪費.因此,控制風(fēng)冷熱泵的進出水溫差,保證機組運行的負(fù)荷率可有效提高機組的能效比,節(jié)約能源.5結(jié)論從以上的敘述中,我們可以得出以下幾點結(jié)論:(1)風(fēng)冷熱泵機組使用非常方便.它不僅可以作為夏季空調(diào)系統(tǒng)的