风冷热泵机组运行测试及分析

1、风冷热泵机组运行测试及分析l2 制冷技术 2002 年第 2 期风冷热泵机组运行测试及分析王长庆龙惟定吴清前钟婷(同济大学上海 200092) 【摘要】风冷热泵机组在我国被广泛用作空调系统的冷热源,尤其是在长江中下游地区 .本文对在运行中风冷热泵机组进行测试 ,并对其性能进行了分析.要充分提高风冷热泵运行的效率,应注意空调系统与机组的匹配,注意机组自控设置等 . 【关键词】风冷热泵测试性能空调TESTANDANALYSISONPERFORMANCEOFAIR COOLEDHEATPUMP 1 前言风冷热泵机组在我国被广泛用作空调系统的冷热源,尤其是在长江中下游地区.风冷热泵在夏季能制冷,在冬季

2、能制热 ,建筑空调系统使用风冷热泵机组非常方便 .风冷热泵机组使用空气作为它的冷却介质,相对于水冷机组来说 ,风冷热泵机组省去了冷却塔及冷却水系统 ,这样空调水系统得到了简化.同时,风冷热泵系统可放置在屋顶或户外,从而省去了制冷机房所需的占地 ,节约了建筑面积 ,提高建筑的有效利用率 .因此,在我国的长江中下游地区风冷热泵机组得到了广泛的应用. 风量热泵机组使用时的能效比是我们非常关心的.本文对在使用的风冷热泵机组进行了测试,并对其性能进行了分析 .要充分提高风冷热泵使用的效率,应注意空调系统与机组的匹配,注意机组自控的设置等 . 2 测试内容及测试方法风冷热泵机组的能耗测试分两个方面.一是测

3、试热泵机组的制冷量或制热量.二是测试制取这些热量或冷量时所消耗的电能.通过测试 ,我们计算热泵的能效比 EER,分析热泵的性能 ,结合运行看热泵运行是否合理 ,效率如何 . 为测试风冷热泵机组的制冷量或制热量,我们测试热泵机组的进出水温差,测试冷水或热水的流量 . 冷水或热水的流量采用超声波流量计进行测量.超声波流量计的精度为 1.5%,可贴在管壁外测试管内流量而不需接触流体 .风冷热泵机组的制冷量或制热量由下式计算 : Q.=C?M.(一) 式中, Q.一冷量或热量 ,kW; c 一冷水或热水比热 ,kJ/kgC; M 一冷水或热水流量 ,kg/s; T.一冷水进口温度或热水出口温度,; T

4、 一冷水出口温度或热水进口温度,. 采用精度为 l 级的电表分别测量热泵机组的电流和电压 ,由下式计算风冷热泵机组的耗电. P=?U?l?COSO 式中, P-一热泵机组的耗电 ,kW; U 一电压,V; I 一电流 ,A; c0sD一功率因素 . 风冷热泵机组的能效比ERR 由下式计算 : n EER= j 3 风冷热泵机组在夏季制冷时运行性能分析(1)A 大楼A 大楼占地 25000m,建筑面积为 19000m.它的空调系统配有四台风冷热泵机组,压缩机采用的是活塞式制冷压缩机 ,每台热泵机组的制冷量为581. 4kW,耗电量为 192.4kw.本大楼除二楼为餐厅外 , 其余均为出租办公室

5、,办公楼的出租率为100%.本大楼设有楼宇智能化控制(BA)系统,该系统可根据回水温度控制热泵机组投人运行的台数.测试日有三台机组投入运行 . 图 1 示出了风冷热泵机组的能效比EER 随时间变化的情况 . 2002 年第 2 期制冷技术 13 时间图 1A 大楼 ASHP 的 EER 随时间的变化从现场测试的结果看 ,整个建筑的风冷热泵机组的能效比较低 ,热泵的运行不合理 .尽管测试日的最高气温只有 32,比空调设计的 34低 2C,但热泵机组的能效比远低于样本给出的能效比数值,热泵机组的输出冷量小而且耗电没有降下来.根据分析可能由以下几方面的问题造成机组运行能效比较低的原因. 机组本身可能

6、有问题 .机组本身的故障会直接导致机组比较低 ,比如制冷剂的量不足 ,压缩机的效率较低 ,冷凝器或蒸发器的换热效果不佳等原因均会造成这样的结果 . 机组运行不合理 .由于投人的机组多 ,使几台机组均处于部分负荷下运行,即使机组本身能根据负荷卸载或调节机组压缩投人运行的台数,但每台机组的负荷率太低而导致整个制冷机的能效较低. 机组的自控不合理 .机组是根据冷水的回水温度来控制制冷机投人运行的台数的,当回水温度超过 14C,多投人一台机组运行 .但系统的冷水量大于机组的所需的水量 ,回水温度的变化幅度较小,可能会导致机组的误投人 ,从而使机组在部分负荷下运行降低了机组运行的能效比.如果适当提高机组

7、运行的回水温度 ,可适当增加机组运行的负荷率,从而提高机组运行的能效比 . 该大楼配有 BAS 系统对制冷机组的投人运行进行控制 .如果 BAS 系统的传感器的精度不够或出错,同样会造成机组误投人运行,使得机组的负荷率较低,能效较低 .因此,对 BAS 控制系统的传感器应定期进行校正和标定 ,从而保证控制系统读取的数据准确无误 . 运行管理人员专业知识或经验不足也会造成运行的不合理 ,须对运行管理人员进行培训. (2)B 大楼B 大楼的总建筑面积为23800m,一楼是大堂和咖啡厅 ,二楼为餐厅 ,四楼为酒家 ,511楼为酒店客房 1224 楼为办公区 ,办公区的出租率为85%.该大楼配了 6

8、台风冷热泵机组 (5 台 698kW,1台349kW).大楼没有配置 BAS 系统,制冷机的运行全凭经验手动控制 .测试日投人运行的机组为3 台. 测试日的最高气温为32C. 图 2 示出了测试日机组能效比随时间变化的情况. 图 2B 大楼热杂机组的能效比随时问的变化在测试日 ,由于有 3 台机组故障无法进行 ,故只能是其余 3 台机组全部投人运行 .最高的回水温度曾达到 15.6C.但从图 2 可以看出 ,该大楼的风冷热泵机组在测试日运行的能效比相对比较合理,最高能效比为 3.61,最低能效比也有 3.34.从能效比看 , B 大楼的运行比 A 大楼要合理 .可见适当提高回水温度,有利于机组

9、在满负荷下运行,机组的能效比也较高.尽管与样本比 (相同空气温度及相同水温下, 样本中的能效比为3.74),实际运行能效比还有所差距(小 3.510.6%),但已非常接近 ,机组运行合理 . (3)C 大楼C 大楼占地 17000m,大楼的建筑面积 12400m. 整幢大楼为办公楼 ,一楼为大堂及一个机票销售点, 其余均为办公区 ,办公楼的出租率为100%.该大楼配有 4 台风冷热泵机组 ,每台热泵机组的冷量为326kW.测试日的最高气温为32C,测试日所有的 4 台机组均投人运行 . 图 3 为测试日风冷热泵机组的能效比随时间变化的情况 . 该大楼没有配备 BAS 控制系统 ,风冷热泵的运行

10、根据经验手动控制的 .如果回水温度超过14C, 管理人员多投人一台热泵机组运行.从图 3 看,整个四台热泵机组运行的能效比均不高,测试日最高的能效比为 2.33,最低能效比为 2.01,与样本中给出的机同室外空气温度相同水温的能效比3.31相差了 29. 639.2%.分析原因主要是机组的供回水温差偏小造成的 .测试日 ,最大的供回水温差为3.1,最小供回水温差为 2.3C,均没有达到 5C 的温差 (水流量基本为设计流量 ,没有偏大 ).由于温差偏小 ,几台机组均在部分负荷下工作,机组的能效比偏小也就不14 制冷技术 2002年第 2 期足为奇了 . 八/ 一/ r/ 图 3C 大楼风冷热泵

11、机组的能效比随时I 司的变化4 风冷热泵在冬季运行的能效比(1)D 大楼D 大楼是一幢七层的办公楼.在屋顶安装了 3 台风冷热泵机组作为空调系统的冷热源.每台热泵机组的额定制热量为285kW,耗电量为 83.2kW. 图 4 示出了 D 大楼的风冷热泵机组制热时的能效比 ERR 随时间变化的情况 . 测试日 ,三台机组均投入运行 ,测试日的室外温度最高温度为 5C.从图 4 可知,1 号热泵机组的最高 EER 为 3.44,所供热水温度为41,供回水温差为 3.图 5 示出了 1 号机组的能效比 EER 随室外空气温度的变化情况 .随着室外空气温度的升高,热泵机组的能效比是升高的,但与样本上相

12、应工况所对应的值则要小得多 .也就是说机组的运行性能远没有达到样本上所给出的能效比.热泵机组在制热运行时还存在一定的问题 .这包括机组运行的供回水温差偏低 ,在部分负荷下运行时机组的效率较低等. 4 3.5 3 2.5 2 I.5 l O.5 O / / .-一: l 一 z 亨 U 丑 I I图 4 热泵机组的 EER 随时间的变化从图 4 中可知 ,1 号热泵机组的最高EER 为 3. 44,所供热水温度为 41,供回水温差为 3;2 号热泵机组运行的最高能效比仅为2.29,机组的供水温度为 42;3 号机组的最大能效比为3.29,其供水温度为 41.从对这三台热泵机组的测试可知,在测试日

13、,三台机组运行的能效比均较低,主要是三台机组的供回水温差均较低 ,三台机组均在部分负荷下运行,其能效比较低 .其次空调系统可能不合理,也有可能造成系统的能效比偏低.再者可能是运行控制不合理 ,造成机组运行的能效比偏低.还有可能是机组样本中的能效比数据偏高,而实际上没有那么高024醢()101214 图 51 号热泵机组的 EER 随室外空气温度的变化情况(2)E 大楼E 大楼是 16层的办公楼 ,总建筑面积为7000m,其中空调面积为5000m.大楼选择了 3 台热泵机组作为空调系统的冷热源,每台热泵机组的额定制热量为 349kW,耗电 103kW,机组安装在屋顶上. 图 6 示出了 3 台热

14、泵机组在测试日制热量随室外空气温度变化的情况 .图 7 示出了 3 台机组的能效比 ERR 随室外温度变化的情况 . 800 , 600 蕾v400 200 纂 O L.,l , lJ ,1r,1I,1. 一5432-10l2345 室外空气温度 () 图 6 制热量随室外空气温度的变化从图 6 中可知 ,随着室外空气温度的升高,热泵机组的制热量反而减少 .这是因为室外温度升高了, 建筑所需的热量减少了 ,因此空调系统所需的热量也就减少 ,机组的制热量减少 .这对采用风冷热泵机组作空调系统热源来说是一个比较矛盾的地方,一方面室外气温降低 ,建筑需要更多的热量 ,而此时热泵机组的制热效果却变差

15、,制热量减少 ;另一方面 ,当室外气温升高时 ,建筑所需的热量减少 ,但热泵却能制取更多的热量 ,机组处于部分负荷下工作,如果运行控制不当 ,热泵机组的能产比可能会处于较低的水平; 再者,当室外气温降低时 ,蒸发温度降低 ,风冷热泵机组的能效比降低 ,而当室外气温升高时 ,蒸发温度升2002 年第 2 期制冷技术 15 高,热泵的能效比增大 .在本测试中 ,当室外气温为4C,热泵机组的出水温度为40C 时,热泵机组的能效比为 2.86,与样本中给出在相同工况下的能效比为 3.5差 18.3%.另外,热泵机组的制热量还受室外空气相对湿度的影响 ,当空气相对湿度高时 ,热泵制热时 ,空气换热器 (

16、蒸发器 )非常容易结霜 ,结霜不仅增大空气换热器的霜层热阻而且会降低蒸发温度,再者,机组在融霜时会消耗一定的能量,同时循环热水的温度会降低 .本测试的室外温度为0C 时,空气的相对湿度已超过75%,机器运行时非常容易结霜一J一一|,.tL 卜一-|_.1 0JZUIz室外空气温度 () 7EER随室外空气温度的变化(3)F 大楼F大楼是一家医院 ,它使用了 6 台风冷热泵机组作该大楼空调系统的冷热源.每台热泵机组的制热量为 680kkW,制热所消耗的电能为200kW.测试日,开启了 4 台热泵机组制热 . F大楼热泵的能效比随热水进出口温差变化的情况见图 8. 8 热泵 EER 随热水进出口温

17、差变化情况从图 8 中可知 ,四台热泵机组的能效比EER 均随热水进出口温差的增大而升高,这说明当热泵机组的负荷越大并接近满负荷时,热泵的能效比较高 ,而当热泵机组处于部分负荷运行时,机组的能效比不理想,甚至较差 .由于该热泵机组的产品样本中没有给出部分负荷下的性能 ,故无法判断热泵机组在部分负荷下运行是否合理 .测试日 ,1 号热泵机组热水进出口温差最大 ,一般在 3C 以上,最大达到或接近 5,1 号机组相对其它 3 台机组能效比高 .2 号机组的进出水温差最小 ,最高进出水温差为2.5,最低进出水温差只有 0.5.造成这样的结果可能是由于: 一,投人运行的机组太多 ,使得部分机组一直处于部分负荷下运行 ,这样可以关掉一台或两台机组,提高饥组的和能效比 ;二,机组本身可能有故障 ,应进行检查并维修 ;三,控制设置不合理 ,造成机组运行不合理;四,运行管理人员应根据热泵运行的实际情况对热泵机组的运行进行适当调整,以免出现机组运行不合理,从而造成能源的浪费 .因此,控制风冷热泵的进出水温差 ,保证机组运行的负荷率可有效提高机组的能效比 ,节约能源 . 5 结论从以上的叙述中 ,我们可以得出以下几点结论: (1)风冷热泵机组使用非常方便.它不仅可以作