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住宅用小型水源热泵机组动态性能实验研究
摘要:利用 Fluke DAQ V2.0软件及式自带的数据采集器对自行设计开发的
10kW住宅用小型水源热泵机组的启、停机以及稳定运行工况进行实时监测、控
制、,通过与计算机接口输出得到该机组在各工况下的可视化动态性能曲线。对
实验所测的输出数据进行进一步的分析、计算,得到该机组启动和停机过稈中温
度和利压力的逐时变化曲线,对产生变化的原因及影响因素进行了分析,最终得到
该机组的制冷系数、制热系数以及COP值。说明该家用小型水源热泵推广的可行
性和开发为系列产品的必要性。
关键词:住宅水源热泵动态性能曲线COP
1引言
近年来,随着建筑能耗的逐年上升和人们对于室内环境舒适度要求的不断提
高,具有显著节能效果的热泵技术越米越受到普遍的关注。从世界范围看,空气
源热泵已处于成熟期,而空气源热泵的性能受外界气温的影响较人,并且当气温
过高或过低时还会出现不能正常运行的情況。于是就出现了以水作为冷热源的水
源热泵。由于水体温度比大气温度要相对稳定得多,水源热泵系统可以获得较
高的COP( Coefficient of Performance)值,也就是获得较高的能源利用效率
国内对水源热系统多限于经济性方面和稳态特性方面的研究,对其本身的运
行特性,例如机组的动态特性、部分负荷情况下的能耗变化等还缺乏必要的资料,
使得该系统在应用和推广上:受到一定的限制。为了解决上述问题,我们自行设计
开发了10kW小型水源热泵机组(见图1),并搭建了该机组的性能研究实验台,
采用理论分析与实验相结合的方法,对机组的动态性能和运行进行分析研究。
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1水源热灵机组
2系统介绍
该住宅用小型水源热泵机组由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置、四通換
向阀和水系统组成(见图2)。
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图2水源热泵系统原理图
1、渴旋式压缩机2、板式換热器3、毛细管4、四通换向阀5、膨胀水箱
6、风机盐管7、冷却水循环水泵8、冷水循环水泵9、水流开关
由于本试验重点研究的是地上机组的运行状况,为降低试验台成本、缩短试
验台搭建时间,采用“台活塞式冷水机组和一台10kW电加热器串联为试验台提
供7℃~25℃冷却(热源)用水,用以模拟地下水源出水工況。整套实验装置就
是由相对比较独立的四个部分一热泵机组、冷却水模拟系统、室内负荷模拟系
统、参数测量和数据处理系统组成。
3实验参数测量仪器
压力传感器:测量精度0.05%(.S),输出标准信号0~90mV(dc),使用
前经天津市计量技术研究所检验校正;
温度传感器:在热泵系统的冷凝器、蒸发器进出口的制冷剂管路和水管路上
埋设热电偶接口。热电偶直接接至数据采集器。为满足测量的快速与准确,试验
全部采用经过严格校正的K型铜一康铜热电偶,测量精度0.3%
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流暈测量:采用英国 Micronic公司生产的小管径专用超声波流量计;
功率测量:主要包括压缩机、冷却水循环水泵、冷冻水循环水泵和风机盘管。测
试仪器为单相功率表。
图3实測输出的机组性能曲线
数米集、记录:该机组采用美国福禄克(Fuke)公司2680 A Data
Acquisition Systcm(DAS)数据采集系统和2686 A Data Logging Systcm(DLS)
数据记录系统,与该公司开发的F1 uke DAQ v2.0软件相结合,能完成实时米集
数据及生成图表并管理PCド文件的功能。图3为试验实测输出的机纽动态性能
曲线
4实验数据整理
4.1启动工况
4.1.1夏季工况
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218:42
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图4冷凝压力、蒸发压力与时间的关系图图5冷凝温度、蒸发温度与时间的关系图
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4.2停机工况
在热泵使用过程中压缩机从正常制冷(制热)工作到停机,到再次启动,冷
凝压力和蒸发压力接近平衡时间也是我们最关心的。所以本义对停机后的情况不
作过多描述,图8和图9是冷凝压力、蒸发压力、冷凝温度、蒸发温度在停机前
后随时间的变化曲线
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8冷縦压力、蒸发压力与时间的关系图
图9冷縦温度、蒸发温度与时间的关系图
4.3性能系数与时间的关系
制冷系数和COP值在机组启动过程中也有类似于正弦波的变化趋势。随着时
间的推移振幅逐渐减小并沿稳定曲线上下波动。图10制冷系数、COP与时间的
关系图,图11制热系数、COP与时间的关系图。
制热系数和COP值的变化趋势类似于夏季工况的变化趋势,但冬季工况的性
能系数明显优于夏季工况的性能系数,平均差值在0.6~1.2之间,因此也从实
验的角度验证了:对于同一台制冷机,制热系数=制冷系数+1。
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图10制冷系数、CF与时间的关系图
图11制热系数、COF与时间的关系图
5结论
本文采用理论分析与试验验证相结合的方法,对自行设计开发的住宅用水源
热泵机组的动态性能进行分析,机组員有运行性能稳定、体积小、便于操作等优
点。随着我国城市化进程的不断推进,人民的物质生活水平的不断提高,具有明
显节能效果的热泵系统将会得到广泛的应用,其完备性、实用性仍有待进一步的