風(fēng)冷熱泵機(jī)組節(jié)流裝置的改進(jìn)及其系統(tǒng)的火用

風(fēng)冷熱泵機(jī)組節(jié)流裝置的改進(jìn)及其系統(tǒng)的火用分析摘要：本文對(duì)風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組節(jié)流裝置進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)不同的試驗(yàn)工況條件下的性能及其各種相關(guān)狀態(tài)參數(shù)的測(cè)試，比較了系統(tǒng)改進(jìn)前后的制冷量和能效比，并采用制冷系統(tǒng)的火用分析方法，從理論上分析和驗(yàn)證電子膨脹閥的應(yīng)用將有利于系統(tǒng)工作狀態(tài)的改善與機(jī)組性能的進(jìn)一步提高。關(guān)鍵字：風(fēng)冷熱泵電子膨脹閥性能實(shí)驗(yàn)0引言風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組自90年代在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用以來(lái)，使用地域由南向北迅速推廣。這類機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)是一機(jī)二用，提高了機(jī)組的利用率。制冷時(shí)，冷凝器采用風(fēng)冷，省去了水冷冷水機(jī)組所需要的冷卻水系統(tǒng)；制熱時(shí)采用熱泵運(yùn)行方式，節(jié)能且無(wú)使用鍋爐造成的對(duì)環(huán)境的污染；機(jī)組安裝、布置方便，可置于屋頂而無(wú)需專門設(shè)置機(jī)房等。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使我國(guó)電力越來(lái)越緊張，而空調(diào)耗電占夏季耗電的比例越來(lái)越高，促使國(guó)家提高了對(duì)空調(diào)器的節(jié)能要求，在對(duì)空調(diào)器的改造過(guò)程中，用電子膨脹閥替代熱力膨脹閥成為了一種趨勢(shì)，而電子膨脹閥具有流量調(diào)節(jié)范圍寬、控制精度高和適于電路控制等特點(diǎn),可以根據(jù)負(fù)荷變化而改變系統(tǒng)的流量,保證蒸發(fā)器在很小的出口過(guò)熱度下穩(wěn)定工作,使空調(diào)器的啟動(dòng)和變負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性大大改善。1實(shí)驗(yàn)裝置與測(cè)試方法圖1實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置圖1為實(shí)驗(yàn)研究測(cè)試裝置原理圖。采用名義制冷量為18.40KW的MH008型風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組樣機(jī)，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各種空調(diào)工況[7。8]條件下，測(cè)得風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組在不同節(jié)流裝置下機(jī)組的制冷量、制熱量和能效比。系統(tǒng)中水側(cè)換熱器的進(jìn)、出口都設(shè)置了溫度傳感器，進(jìn)水管路上設(shè)置了渦輪流量計(jì)，這些測(cè)點(diǎn)的布置為分析系統(tǒng)的熱力性能提供了具體的實(shí)測(cè)值。由于不同季節(jié)的水溫不同，冷卻水系統(tǒng)中冷卻塔和電加熱器用來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)出口水溫。2試驗(yàn)系統(tǒng)工作原理試驗(yàn)時(shí)用4個(gè)截止閥來(lái)實(shí)現(xiàn)熱力膨脹閥和電子膨脹閥之間的切換，用熱力膨脹閥作為節(jié)流元件時(shí)，截止閥5和13關(guān)閉，4和10打開(kāi)；而用電子膨脹閥作為節(jié)流元件時(shí)，截止閥4和10關(guān)閉，5和13打開(kāi)。在電子膨脹閥處我們并聯(lián)了兩根毛細(xì)管，目的是在電子膨脹閥的調(diào)節(jié)能力不夠時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)節(jié)。1渦旋壓縮機(jī)；2四通換向閥；3空氣側(cè)換熱器；4、5、10、13、25、26、27、28截止閥；14、15、16、17單向閥；6、19、21干燥過(guò)濾器；9、18儲(chǔ)液器；11板式換熱器；7、22視液鏡；8熱力膨脹閥；20電子膨脹閥；23、24毛細(xì)管；12氣液分離器；29進(jìn)水管30出水管圖2系統(tǒng)原理圖3試驗(yàn)結(jié)果及分析根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4329——1997我們測(cè)試了系統(tǒng)分別在熱力膨脹閥和電子膨脹閥的作用下，制冷時(shí)在最大負(fù)荷工況、標(biāo)準(zhǔn)制冷工況、低溫工況的制冷量和能效比；制熱時(shí)在最大負(fù)荷工況、標(biāo)準(zhǔn)制熱工況和除霜工況的制熱量和能效比，下面給出了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較圖。圖3制冷量比較圖圖4制冷能效比比較圖圖5制熱量比較圖圖6制熱能效比比較圖從圖3和4看出在相同的工況條件下，系統(tǒng)的制冷量和制熱量在用電子膨脹閥作為節(jié)流元件時(shí)要比熱力膨脹閥的大，尤其是制熱時(shí)，大的更多，都在3000瓦左右，在制冷時(shí)也在1000瓦以上。從圖5和6可以看出，能效比在相同的工況下也得到了相應(yīng)的提高，這說(shuō)明了用電子膨脹閥替代傳統(tǒng)的熱力膨脹閥提高了系統(tǒng)的性能，使系統(tǒng)更加節(jié)能。從能源有效利用來(lái)考慮，熱力學(xué)第二定律分析法（火用分析法）從能量的角度來(lái)評(píng)價(jià)熱力循環(huán)。揭示出能量中火用的轉(zhuǎn)換、傳遞、利用和損失的情況，從而尋找改善整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性的改進(jìn)方案。通過(guò)對(duì)小型風(fēng)冷式冷熱水機(jī)組系統(tǒng)的火用分析，尋找系統(tǒng)各部件火用損失狀況和規(guī)律，為系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的改善提供參考。系統(tǒng)運(yùn)行中各過(guò)程的損失計(jì)算式如下：壓縮過(guò)程：Δecom=w+ein-eout（1）冷凝過(guò)程:Δecon=ein-eout（2）節(jié)流過(guò)程:Δethr=ein-eout（3）蒸發(fā)過(guò)程:Δeeva=ein-eout+Eq0/qm（4）上式中：ein是各過(guò)程的進(jìn)口處的火用值；eout是各過(guò)程的出口處的火用值；w是壓縮機(jī)的耗功，Eq0為制冷劑從低溫?zé)嵩此鶐氲臒崃炕鹩?，qm為制冷劑的制冷流量。下表是電子膨脹閥和熱力膨脹閥作為節(jié)流元件時(shí)系統(tǒng)各過(guò)程的火用損失占四過(guò)程損失總數(shù)的百分?jǐn)?shù)。表1各過(guò)程火用損失計(jì)算結(jié)果制冷最大負(fù)荷制冷標(biāo)況低溫工況制熱最大負(fù)荷制熱標(biāo)況除霜工況壓縮過(guò)程火用損損失所占比比例（％）熱力膨脹閥32.4239.0635.7536.4537.9838.42電子膨脹閥22.916.9514.0719.9220.517.57冷凝過(guò)程火用損損失所占比比例（％）熱力膨脹閥35.61555.0836.91622.9441.34666.3341.82611.7743.96633.7942.967..2電子膨脹閥蒸發(fā)過(guò)程火用損損失所占比比例（％）熱力膨脹閥18.86155.3312.15144.1712.94133.4410.11133.589.9212..6111.61111.14電子膨脹閥節(jié)流過(guò)程火用損損失所占比比例（％）熱力膨脹閥13.116..6911.875..949.976.11611.624..738.153.1117.084.110電子膨脹閥從表1中可以看出，用電子膨脹閥時(shí)，節(jié)流過(guò)程的損失要比用熱力膨脹閥時(shí)小，在四個(gè)過(guò)程中冷凝損失占的比例最大，減小損失的辦法是采用強(qiáng)化傳熱，減少制冷劑和冷卻介質(zhì)的傳熱溫差，可以采用高效傳熱螺紋管，提高冷卻介質(zhì)的流速，減少污垢和油垢熱阻等辦法，還可以利用回收冷凝熱生成生活熱水等辦法減少冷凝器的火用損失。節(jié)流過(guò)程中的損失是由于粘性流體流動(dòng)過(guò)程中因摩擦阻力引起的不可逆節(jié)流，電子膨脹閥的調(diào)節(jié)靈敏度比熱力膨脹閥高，所以損失要低。所以今后對(duì)系統(tǒng)的改造可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)兩器的匹配，降低火用損失使系統(tǒng)的效率得到提高。4結(jié)論利用電子膨脹閥替代熱力膨脹閥后，系統(tǒng)性能測(cè)試與能效分析計(jì)算結(jié)果證明：1）在相同的制冷和制熱工況下，系統(tǒng)的制冷和制熱能力得到了提高，表現(xiàn)在制冷量和制熱量的增加上，系統(tǒng)的能效比也得到了相應(yīng)的提高，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。2）利用電子膨脹閥之所以使系統(tǒng)的性能得到了改善，主要是因?yàn)殡娮优蛎涢y通過(guò)傳感器對(duì)參數(shù)進(jìn)行采集計(jì)算，通過(guò)驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)閥的開(kāi)閉，反應(yīng)速度比熱力膨脹閥快，所以特別適合于工況變化劇烈的熱泵機(jī)組的使用，另外，電子膨脹閥的感溫部件為熱電偶或熱電阻，比感溫包更能準(zhǔn)確反應(yīng)過(guò)熱度的變化，所以適應(yīng)的溫度低，電子膨脹閥的過(guò)熱度調(diào)節(jié)要比熱力膨脹閥方便。3）此外，在制冷、制熱過(guò)程中，冷凝過(guò)程的損失最大，所以今后可以通過(guò)調(diào)整兩器的匹配，減少冷凝過(guò)程的火用損失來(lái)進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能。而系統(tǒng)的水側(cè)換熱器在熱泵時(shí)是順流方式，而熱泵在制熱時(shí)，板式換熱器的負(fù)荷要比制冷時(shí)大，所以如果把順流方式該成逆流方式應(yīng)該能夠提高系統(tǒng)的性能。同時(shí)還可以應(yīng)用變頻技術(shù)，改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在變工況下系統(tǒng)中制冷劑的流量，使機(jī)組在較高效率下運(yùn)行。參考文獻(xiàn)1.何法明．電子膨脹閥與熱力膨脹閥的比較．《世界海運(yùn)》，2004年10月2.薛勍、顧中平等．電子膨脹閥在小型中央空調(diào)中的應(yīng)用研究．《制冷與空調(diào)》，2002年4月3.談磊等．風(fēng)冷式熱泵機(jī)組應(yīng)用中電子膨脹閥與熱力膨脹閥的比較．《制冷技術(shù)》，2001年第4期。4.張祉祐．《制冷原理與設(shè)備》．北京，機(jī)械工業(yè)出版社5.張龍，孫暢等．過(guò)冷式小型冰蓄冷系統(tǒng)火用分析．《節(jié)能技術(shù)》，2005年4月6.MohsenFarzad，Dennisl.o，neal．SystemPerformanceCharacter