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)TESTANDANALYSISONPERFORMANCEOFAIR COOLEDHEATPUMP 1 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

2、能制熱 ,建筑空調(diào)系統(tǒng)使用風(fēng)冷熱泵機組非常方便 .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

3、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,測試冷水或熱水的流量 . 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

4、 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 : n EER= j 3 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

5、,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

6、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荷下運行,即使機組本身能根據(jù)負荷卸載或調(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荷下運行降低了機組運行的能效比.如果適當(dāng)提高機組

7、運行的回水溫度 ,可適當(dāng)增加機組運行的負荷率,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,使得機組的負荷率較低,能效較低 .因此,對 BAS 控制系統(tǒng)的傳感器應(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

8、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 臺機組全部投人運行 .最高的回水溫度曾達到 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

9、在滿負荷下運行,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

10、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,均沒有達到 5C 的溫差 (水流量基本為設(shè)計流量 ,沒有偏大 ).由于溫差偏小 ,幾臺機組均在部分負荷下工作,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

11、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

12、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沒有達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 ,在部分負荷下運行時機組的效率較低等. 4 3.5 3 2.5 2 I.5 l O.5 O / / .-一: l 一 z 亨 U 丑 I I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

13、,三臺機組運行的能效比均較低,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

14、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 臺機組的能效比 ERR 隨室外溫度變化的情況 . 800 , 600 蕾v400 200 纂 O L.,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

15、,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 ,機組處于部分負荷下工作,如果運行控制不當(dāng) ,熱泵機組的能產(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 (

16、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%,機器運行時非常容易結(jié)霜一J一一|,.tL 卜一-|_.1 0JZUIz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

17、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)熱泵機組的負荷越大并接近滿負荷時,熱泵的能效比較高 ,而當(dāng)熱泵機組處于部分負荷運行時,機組的能效比不理想,甚至較差 .由于該熱泵機組的產(chǎn)品樣本中沒有給出部分負荷下的性能 ,故無法判斷熱泵機組在部分負荷下運行是否合理 .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