239重庆某长江水源热泵空调工程冬季测试及分析

1、重庆某长江水源热泵空调工程冬季测试及讨论重庆大学 刘宪英 黄忠重庆市建设技术发展中心 董孟能 姜涵 王晶 张元 杨迪摘要 介绍了重庆某长江水源热空调工程冬季运行的现场实测测试仪表、测试数据、测试结果，并对其节能性进行了分析讨论。关键词 长江水源热泵 现场测试 节能0 引言由于江河水一年四季温度变化较小，水量丰富稳定，是水源热泵良好的低位能源。长江、嘉陵江流经整个重庆主城区，常年年均水流量长江为8500m3/s，嘉陵江为2430m3/s，两江合流后为10930m3/s；冬（12-2月）夏（6-9月）季平均江水温度（水下0.5m处），冬季12.8，夏季23.5；冬夏季平均含砂量，长江夏季745mg

2、/l，冬季30.6mg/l；嘉陵江夏季504mg/l，冬季5.34mg/l（以上数据取自20032004年的有关水文资料）。两江水质为类（占62.5%）类（占37.5%）。由此表明重庆具有应用长江、嘉陵江水的有利条件。本文主要介绍某长江水源热泵空调系统的冬季现场测试情况及有关问题的讨论。文献1介绍了该工程的夏季测试情况，此处不再赘述。1 工程概况该工程为娱乐城，位于重庆南滨路，紧临长江，建筑面积2200m2，空调面积约2086m2，设计制冷量380kW，制热量200kW，采用长江水源热泵空调系统，江水侧采用闭式水环路系统，水下设置盘管换热器。系统采用2台水源热泵机组，机组名义工况制冷/热量为2

3、03.8kW/229.8kW，冷却水流量35.05m3/h，制冷/热输入功率36.39kW/54.07kW，冷/热水流量25.82m3/h，冷却水/冷（热）水侧阻力60kPa/40kPa。冷（热）水及冷却水各采用水泵两台，型号均为ISG80-160A，水流量44m3/h，扬程28m，轴功率4.7kW，转速2000r/min，电机额定功率5.5kW。水下为热镀锌盘管式换热器2个（原系统设计为1个，以后又补加1个），估计换热器面积180m2左右，分别与两台机组的冷却水连接，系统流程见图1所示。系统末端设备为风机盘管和新风机组。 图1 水源热泵空调系统原理图2 测试系统及测试仪表本次测试时，开启一台

4、机组和对应的冷(热)水泵及江水泵，测试时正值娱乐城开业时间，机组、末端设备和新风机组均处于满负荷运行。测试仪表有： 水温测试：金属壳水银温度计，-20+50，0.2刻度； 压力测试：弹簧管式压力表，上海正深仪表厂，01.6MPa，精度2.5级； 电流、电压测试：ZW3433B三相综合电量表，精度0.5级； 系统总耗电量测试：DEL1X1，DT862-4型三相四线制有功电度表(互感器倍数80)，精度2.0级； 室内外空气温度测试：WSC-411P数字温度仪，-50+50，分辨率0.1，测试精度±0.5FX。3 测试数据2008年1月5日下午4时系统开始运行，检查测试仪表及试测试，确定系

5、统比较稳定运行之后，下午6:50开始正式测试，测试共进行9次，间隔为10min，测试数据详见表1。表1 江水源热泵空调系统测试数据表序号123456789平均值测试时间18:5019:0019:1019:2019:3019:4019:5020:0020:10水源热泵机组热水侧进口水压 MPa0.190.190.190.190.190.190.190.190.190.19出口水压 MPa0.170.170.170.170.170.170.170.170.170.17进口水温 37.938.939.038.237.837.238.139.238.638.32出口水温 42.543.842.842.

6、041.342.043.242.343.542.6江水侧进口水压 MPa0.140.140.140.140.140.140.140.140.140.14出口水压 MPa0.100.100.100.100.100.100.100.100.100.10进口水温 11.510.910.810.911.011.010.810.811.210.99出口水温 8.26.26.76.86.86.86.07.26.86.83三相综合电表相电流平均 A101.4109.482.181.480.7104.8110.155.8107.492.57相电压平均 V233.4234.7235.6235.0235.8234

7、.7234.3235.6234.1234.8供热水泵进口水压 MPa0.050.050.050.050.050.050.050.050.050.05出口水压 MPa0.270.270.270.270.270.270.270.270.270.27三相综合电表相电流平均 A11.5311.5711.5611.5711.5011.6211.6111.5911.5811.57相电压平均 V234.8234.9235.58234.13234.50234.83234.60235.03234.67234.70江水泵进口水压 MPa0000000000出口水压 MPa0.270.270.270.270.270

8、.270.270.270.270.27三相综合电表相电流平均 A11.8211.6611.7211.5911.6311.6311.6011.7411.5411.60相电压平均 V234.63237.60235.00235.07234.47234.47236.07235.17233.77235.14末端设备三相电量表相电流平均 A7.7810.8610.6410.6010.4910.4510.439.929.5210.08相电压平均 V234.83237.00235.43235.50234.87234.30234.10235.10234.13235.03系统总综合电量表相电流平均 V138.33

9、140.00113.67112.33112.00138.00139.6771.00139.67122.74线电压平均 A409409410409410409409409409409.20室外空气干球温度 10.610.610.610.510.510.410.310.210.210.43室内空气干球温度 24-2624-26系统电度表度读数 kWh(测试时间80min)1395.791395.951396.101396.221396.371396.521396.701396.831396.95注：表中“相电流平均”、“相电压平均”、“线电压平均”均为三相相电流、相电压、线电压的实测平均值。4 测

10、试数据整理方法及测试结果4.1 数据处理方法4.1.1 机组制热量Qh计算方法 kW (1)式中，进出水平均温度下的密度，kg/m3；本次测试热水进/出口平均水温为38.32/42.6，平均温度40.46，查水的热物性表，=1011.3Kg/m3；水的定压比热，取4.19kJ/(kg.)；水源热泵机组热水进出口温差，由实测计算可得(42.6-38.32)=4.28；热水循环流量，m3/h；循环流量根据实测的水泵进出口压差(即扬程)，由生产厂家提供的该型号水泵的性能曲线图查得。由实测进出口压差平均值0.22MPa，可得扬程为22.43mH2O(MPa与mH2O的换算关系为1MPa=101.97

11、mH2O)，由水泵性能曲线图查得水泵流量为58.8m3/h(16.25L/s) (见图2)。由表1(9次)实测的平均值，可计算得制热量Qh为： kW4.1.2 机组江水侧的吸热量 (2)式中，进出机组江水平均温度下的密度，kg/m3；本次测试江水进/出水温为10.99/6.83，平均温度38.91，查水的热物性表，=1019.4kg/m3；水的定压比热，取4.19KJ/(Kg.)；、确定方法同Qh。 实测平均温差值=4.16,江水泵进出水压差0.27MPa，图2 水泵性能曲线图可得扬程为27.53mH2O，查水泵性能曲线图查得水泵流量为48.27m3/h(13.41L/s) (见图2)。由上计

12、算得： kW4.1.3 热泵机组、水泵、末端设备耗功率P(即输入功率)用下式计算： kW或 kW (3)式中：相电流(即实测的平均相电流)，A；相电压(即实测的平均相电压)，V；线电压(即实测的平均线电压)，V；功率因数，取0.85。4.1.4 系统总电耗测试开始和结束时的电度表差值(互感器倍数80)，即为测定时间的电耗kWh。折合成耗功率应进行时间换算；如本次测试前后共80分钟，电度表前后读数为(1396.951395.79)×80=1.16×80=92.8kWh；折合成小时耗功率应为92.8×60/80=69.6kW。4.2 测试结果测试结果见表3。 5 测试

13、结果分析 5.1 水源热泵机组测试结果的热平衡检查机组的制热量Qh应与机组江水侧的吸热量和热泵机组耗功率P机表3 测试结果统计表水 源 热 泵 机 组供 热 水 侧机组阻力 m 2.04温差 4.28水泵扬程 m 22.43流量 m3/h (l/s) 58.5 (16.25)水泵耗功 kW 6.92机组制热量 kW 294.7机组耗功量 kW 55.42制热能效比 kW/kW 5.32江 水 侧机组阻力 m 4.08温差 4.16水泵扬程 m 27.53流量 m3/h (l/s) 48.27 (13.41)水泵耗功 kW 6.99机组蒸发器吸热量 kW 238.3末端设备耗功量（由三相电量表值

14、计算） kW6.04系统总耗功量（由总综合电量表值计算） kW73.91由系统电度表值计算的系统总耗功量 kW69.6 (由表2，测试值为55.42kW)之和相平衡，测试结果两者的偏差为：Qh(Q0P机)/Qh 294.7(238.355.42)/294.70.33%热平衡检查表明，测试精度较高，测试结果可信。5.2 系统总耗电量测试结果的比较系统总耗电量测试值应等于热泵空调系统机组耗电量，热水泵耗电量、江水泵耗电量及末端设备耗电量之和，测试结果两者的偏差取绝对值为：73.91(55.426.926.996.04)/73.911.97%系统总耗电量与电度表测试偏差为：73.9169.6/73.

15、915.83%综上，三种耗功率测试结果相差均在6%以内，表明电功率测试结果可信。5.3 测试工况下水源热泵机组的制热能效比(EERh)按表2测试结果，机组制热量294.7kW，耗功率55.42kW，则EERh=294.7/55.42=5.32 kW/kW5.4 本工程空调系统总能效比(EER宗)本工程的系统制热总能效比EER总等于系统制热量除以系统总耗电量，即EER总=294.7/73.91=3.99kW/kW。5.5 系统节能性探讨由于没有类似常规空调工程实例的数据，下面仅就重庆市冬季供暖目前最常用的两种方式进行一些能效和运行费方面的近似比较。5.5.1 与国内知名品牌风冷热泵冷热水机组比较

16、表3列出了与测试机组容量相近的几种知名品牌风冷热泵冷热水机组额定工况和测试工况下的制热量、耗功率和制热能效比，其中耗功率值包括机组压缩机和室外侧换热器风扇的耗功率；本工程水源热泵机组的耗功率包括压缩机耗功率和江水泵的耗功率。采用如上两种机组空调系统的热水泵和末端设备基本相同，不在比较范围内。表3 几种知名品牌风冷热泵冷热水机组性能工况性能参数 30RQ232G（R410A涡旋式）RTXA209（R22螺杆式）AWHC-L75（R22活塞式）ACDXHP-070（R22螺杆式）30SHP250（R134A螺杆式）SALS080HB（R22螺杆式） M4AC850A（R407C涡旋式）本工程测试额

17、定工况制热量 kw228248255285291245270-输入功率 kw6775.575.976.885.670.693.5-制热能效比 kw/kw3.43.283.363.713.463.472.89-测试工况制热量 kw236.5271.5281.5310316.3266294.3294.7输入功率 kw64.577.2576.8382.184.968.692.562.41制热能效比 kw/kw3.843.513.663.783.723.883.184.72表中，额定工况为进/出水温度40/45，室外环境温度7；测试工况为进/出水温度38.32/42.6，室外环境温度10.43。表中值

18、是根据产品样本中的变工况性能表或变工况性能曲线换算得到。由表中看出，7个知名品牌机组在测试工况下得到的制热能效比由3.183.88，平均值为3.65。与水源热泵机组测试的制热能效比4.72，相差1.07，本工程的江水源热泵机组EERh比风冷热泵机组高29.3%，有较高的节能性。5.5.2 与燃气热水机组（锅炉）供暖相比采用燃气热水机组供暖，其热水泵和末端设备基本相同，故本比较和风冷热泵机组比较一样，不包括该部分的能耗和运行费比较。1 折合成一次能比较按照空调通风系统运行管理规范（GB50365-2005）附录B空调通风系统能耗系统的计算方法，把各种能耗量转换为一次能。重庆市天然气每m3热值为36430kJ（8700kcal/h），每1kW的电相当于11708kJ的一次能，则1 m3天然气相当于3.104kW（36430/11708）的电。按照实测机组能效比4.72计算，则消耗3.104kW的电可得到3.104×4.72×860×4.18=52667kJ的热量。取燃气热水机组热效率0.9，则消耗1 m3燃气可产生36430×0.9=32787kJ的热量，两者相比，本工程水源热泵机组比燃气热水机组的一次