風冷熱泵性能評價系統(tǒng)的節(jié)能性分析與研究

陳玲，錢雪峰，魏昇，曹向軍，張澤國

（合肥通用機械研究院，合肥 230088）

0 引言

近年來，隨著風冷熱泵（以下均是指風冷冷(熱)水機組）在一些大中型中央空調(diào)系統(tǒng)的應用更加廣泛，提高產(chǎn)品質(zhì)量的需求越來越多，測試系統(tǒng)的應用也越來越廣泛。依據(jù)相應的國家標準，對空調(diào)產(chǎn)品測試時要保持一定的工況要求，故測試系統(tǒng)需要提供相應的冷量和熱量，來平衡被測試機組測試時產(chǎn)生的熱量和冷量，所以測試系統(tǒng)能耗很大[1]，因此降低測試系統(tǒng)能耗的需求也就很迫切，現(xiàn)有的很多測試系統(tǒng)也利用地下水換熱、冷卻塔散熱、蒸汽加熱等措施來降低能耗，而本文提及的熱回收系統(tǒng)包括表冷器、板換、水泵、三通調(diào)節(jié)閥等來實現(xiàn)回收不同運行工況時的被測試風冷冷(熱)水機組的散發(fā)的冷熱量和測試系統(tǒng)中的設備自身的能量來維持測試系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，前期設備投入較少而且又能最大限度的降低能耗。

1 風冷熱泵性能評價系統(tǒng)測試方法及原理

1.1 測試方法

對于風冷冷(熱)水機組：制冷量、制熱量按GB/T 10870-2001《容積式和離心式冷水（熱泵）機組性能試驗方法》中5.1 載冷劑法進行試驗[2]。在機組蒸發(fā)器（冷凝器）冷（熱）水進（出）口處安裝有水量測量裝置，試驗時，還應有能提供連續(xù)穩(wěn)定的冷水流量、冷卻水流量和符合試驗工況水溫的附加裝置。機組制冷量按式(1)計算：

熱泵制熱量按式(2)計算：

式中：

Qn——機組凈制冷量，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（熱泵制熱時為冷凝器）冷（熱）水進口溫度，℃；

t2——蒸發(fā)器（冷凝器）冷（熱）水出口溫度，℃；

Qh——熱泵制熱量，W；

Qc——環(huán)境空氣傳入干式蒸發(fā)器冷水側的修正項，W。

1.2 系統(tǒng)原理

根據(jù)標準GB/T 18430.1-2007《蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機組/工商業(yè)用及類似用途的蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機組》要求的測試項目[3]，參考標準GB/T 10870-2001《容積式和離心式冷水（熱泵）機組性能試驗方法》，本文搭建了性能評價系統(tǒng)（系統(tǒng)原理如圖1）。

圖1 評價系統(tǒng)原理圖

由圖1 可知采用聚氨酯發(fā)泡庫板搭建測試間，利用空氣溫度取樣器用來采集被試機周圍的溫濕度參數(shù)，反饋給空氣處理機組，該機組通過各功能段對被試機的排風進行處理，使得測試間內(nèi)的溫濕度滿足國標要求的測試工況。被試機水泵從恒溫水箱抽水用來提供所需的水流量。而恒溫水箱主要用來為評價系統(tǒng)提供穩(wěn)定溫度的水源。

風冷冷(熱)水機組測試時，通過空氣處理機組將風冷冷(熱)水機組風側產(chǎn)生的冷熱負荷進行處理，使得測試間內(nèi)的溫濕度達到國標要求的值。而機組產(chǎn)生的冷熱水回到水箱后，通過水箱配置的冷熱源進行平衡，從而達到機組在國標要求的工況下穩(wěn)定運行，采集系統(tǒng)將所有的測點采集，通過電腦內(nèi)專業(yè)計算軟件進行計算輸出實驗報告。

2 風冷熱泵性能評價系統(tǒng)中表冷器熱回收系統(tǒng)的節(jié)能性分析

風冷冷（熱）水機組制冷評價試驗時，水側的進水溫度是通過調(diào)節(jié)被試機水泵前端三通調(diào)節(jié)閥從水箱進水和被試機回水之間的比例來控制。故恒溫水箱的溫度應比風冷冷（熱）水機組進水溫度要高，根據(jù)實際試驗，恒溫水箱的溫度與風冷冷（熱）水機組制冷評價試驗時的出水溫度之間的溫差一般控制在5℃～8℃左右，也就是12℃～15℃左右，而風冷冷（熱）水機組的冷凝排風一般在40℃～43℃左右，因此空氣處理機組內(nèi)的表冷器熱回收系統(tǒng)就是利用風冷冷（熱）水機組的冷凝排風和恒溫水箱之間進行冷熱負荷平衡，最大限度地利用風冷冷(熱)水機組自身產(chǎn)生的冷熱負荷進行的冷熱量平衡，評價系統(tǒng)在制冷評價試驗時只有壓縮機的功率這部分熱量需要散去[4]，并不需要消耗大量的能量來單獨平衡風冷冷（熱）水機組的使用側產(chǎn)生的冷負荷和熱源側產(chǎn)生的熱負荷，而且風冷冷(熱)水機組的能效比越高，同等制冷量下，需要測試系統(tǒng)散去的壓縮機功率也就越少，測試系統(tǒng)也越節(jié)能。以800 kW 風冷冷（熱）水機組名義制冷為例，表冷器熱回收系統(tǒng)的運用對測試系統(tǒng)的耗能比較見表1。

表1 表冷器熱回收系統(tǒng)性能評價系統(tǒng)主要電能耗

除去其他正常設備的耗功，無表冷器的測試系統(tǒng)的電消耗主要在平衡風側熱量的壓縮冷凝機組耗功（能效比按3.5 計算）與平衡制冷量的電加熱耗功之和共計1058 kW，而有表冷器的測試系統(tǒng)與之對應的只有表冷器水泵22 kW 的電消耗，按工業(yè)用電1.2 元計算，有無表冷器熱回收系統(tǒng)時性能評價系統(tǒng)電費消耗如圖2。

圖2 有無表冷器熱回收系統(tǒng)時性能評價系統(tǒng)電費消耗對比

從圖2 可以看出有了表冷器熱回收系統(tǒng)時性能評價系統(tǒng)每小時可節(jié)省1243 元，大大減少了空調(diào)企業(yè)的的測試成本。

3 風冷熱泵性能評價系統(tǒng)中冷凝熱回收系統(tǒng)的節(jié)能性分析

表冷器熱回收系統(tǒng)就是利用風冷冷（熱）水機組的冷凝排風和恒溫水箱之間進行冷熱負荷平衡，當做一些非標工況，測試間的溫度與水箱溫度接近的時候，無法用表冷器熱回收系統(tǒng)，比如測試間干球溫度15℃及以下的低溫制冷工況，此時沒有熱負載去平衡風冷冷（熱）水機組的制冷量，而此時為了維持測試間的溫度壓縮冷凝機組必須開啟，而壓縮冷凝機組的冷卻水出水溫度一般在35℃～40℃，供回水溫差4℃～7℃左右[5]，此時將被試機組產(chǎn)生的冷水直接與壓縮冷凝機組的冷卻水在板換里進行換熱，通過調(diào)節(jié)熱回收三通閥可調(diào)節(jié)被試機出水進入板換的水量，從而調(diào)節(jié)換熱量來適應風冷冷（熱）水機組的制冷量的變化。此系統(tǒng)稱為冷凝熱回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)的使用不僅提高了壓縮冷凝機組的效率，降低了壓縮機功率，也減少性能評價系統(tǒng)中熱負載的配置，降低了性能評價系統(tǒng)的運行成本。以700 kW 風冷冷（熱）水機組15℃制冷為例，冷凝熱回收系統(tǒng)的運用對性能評價系統(tǒng)的耗能比較見表2。

表2 冷凝熱回收系統(tǒng)性能評價系統(tǒng)主要電能耗

除去其他正常設備的耗功，無冷凝熱回收系統(tǒng)的性能評價系統(tǒng)的電消耗主要在平衡風側熱量的壓冷機組耗功（能效比按3.5 計算）與平衡制冷量的電加熱耗功之和共計1001 kW，而有冷凝熱回收系統(tǒng)的性能評價系統(tǒng)與之對應的只有平衡風側熱量的壓冷機組耗功221 kW 的電消耗，按工業(yè)用電1.2 元/kWh 計算，有無冷凝熱回收系統(tǒng)時性能評價系統(tǒng)電費消耗如圖3。

從圖3 中可以看出有了冷凝熱回收系統(tǒng)時性能評價系統(tǒng)每小時可節(jié)省936 元，也可相應減少了測試成本。

圖3 有無冷凝熱回收系統(tǒng)時性能評價系統(tǒng)電費消耗對比

4 結束語

通過對風冷熱泵性能評價系統(tǒng)節(jié)能性的理論分析與試驗驗證，可以得出：

（1）應用了表冷器熱回收系統(tǒng)和冷凝熱回收系統(tǒng)的風冷熱泵性能評價系統(tǒng)的設計制造均符合國內(nèi)相關標準的要求，方案先進，結構合理。

（2）該表冷器熱回收系統(tǒng)和冷凝熱回收系統(tǒng)能夠使評價系統(tǒng)能在不同測試負荷，不同運行工況時，充分利用被評價機組自身的冷負荷或熱負荷使得風冷熱泵性能評價系統(tǒng)穩(wěn)定運行，減少了評價系統(tǒng)本身的熱負載或冷負載的配置，實現(xiàn)了節(jié)能的目的，同時響應國家節(jié)能減排的號召。也為了降低空調(diào)企業(yè)測試成本，可以推廣應用。

[1]徐衛(wèi)榮,杜塏.風冷冷熱水機組性能測試系統(tǒng)節(jié)能運行分析及改進([J].東南大學學報:自然科學版,2008,38(6):1067-1071.

[2]GB/T 10870-2001,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,2002.

[3]GB/T 18430.1-2007,蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機組/工商業(yè)用及類似用途的汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機組[S].北京:中國標準出版社,2008.

[4]郝穎磊，張秀平等.如何實現(xiàn)冷水機組性能試驗裝置最大限度地節(jié)能[J].制冷與空調(diào)（北京）,2006,6(1):101-104.

[5]習紅軍,趙登育.冷水機組低品位冷凝熱的回收與利用[J].制冷與空調(diào),2011,25(4):374-376.