大溫差水源熱泵冷凍水系統(tǒng)的應(yīng)用分析

1、大溫差水源熱泵冷凍水系統(tǒng)的應(yīng)用分析摘 要：通過對(duì)水源熱泵冷凍水人溫差系統(tǒng)的分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性等 方面做了相關(guān)的闡述，對(duì)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)應(yīng)用起到了指導(dǎo)的意義。關(guān)鍍?cè)~：水源熱泵冷凍水系統(tǒng)人溫簽卩能水源熱泵技術(shù)作為一種冃前流行的節(jié)能技術(shù)，能夠提供比驅(qū)動(dòng)能源影的熱能，在節(jié)約能 源、保護(hù)環(huán)境方面典仃獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，獲得了較為廣泛的應(yīng)用，収得了一定的卩能和環(huán)保效亞。在國內(nèi)的空調(diào)設(shè)計(jì)屮，水源熱泵的額定供回水溫度一般設(shè)計(jì)為7 -C/12 °C,溫差為5 °C。 水源熱泵冷凍水人溫差運(yùn)行方式是近幾年在國內(nèi)逐漸發(fā)展起來的空調(diào)設(shè)計(jì)新思路，梵區(qū)別 常規(guī)系統(tǒng)的主耍特點(diǎn)是在保持冷水機(jī)組供

2、冷彊不變的基礎(chǔ)上，增人供回水溫差，從而減少了 供水流磺。由J：流磺的減小，冷水泵的能耗得以降低.同時(shí)水泵型匕、冷水管路的管徑也可 相應(yīng)減小，降低了初投資。本文將從技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性的角度，再結(jié)介一些實(shí)驗(yàn)對(duì)人溫差高溫?zé)岜玫目尚行赃M(jìn)行分析。1水源熱泵機(jī)組人溫差運(yùn)行狀況1.1水源熱泵冷凍水供回水溫差對(duì)機(jī)組能力的影響雖然人多數(shù)廠家稱，普通的水源熱泵機(jī)組能夠用人溫差系統(tǒng)，但由J：大溫差運(yùn)行模式 卜，水源熱泵機(jī)組冷凍水進(jìn)出水溫度改變，對(duì)機(jī)組的制冷（制熱）能力，以及COP值均發(fā) 生了改變。充分了解機(jī)組能力和COP值的改變，対如何有效地W用人溫差系統(tǒng)是非常晅耍 的。1.1.1水源熱泵進(jìn)出口溫度對(duì)蒸發(fā)溫度的影響171

3、615141312進(jìn)水溫度X?人溫差運(yùn)行模式対水源熱泵機(jī)組COP值的影響直接作用機(jī)組的蒸發(fā)溫度卜.，通過影 響蒸發(fā)溫度從而影響了機(jī)組的COP值。圖1給出了 OAK （歐錯(cuò)）水源熱泵機(jī)組的蒸發(fā)溫 度與進(jìn)、出丨1水溫度的關(guān)系。出水溫度6X? 出水溫度79 出水溫度89圖1機(jī)組蒸發(fā)溫度和進(jìn)出水溫度的曲線關(guān)系從上圖可知，在水源熱泵機(jī)組的出丨1水溫恒定時(shí)，其蒸發(fā)溫度隨進(jìn)II水溫（也即 進(jìn)出II溫差）的増人而提高；而水源熱泵機(jī)組進(jìn)II水溫怛定時(shí)，蒸發(fā)溫度隨出II水溫的增人 而提麗11提升幅度更人，此說明相對(duì)水源熱泵機(jī)組!hi I水溫的變化，水源熱泵機(jī)組進(jìn)11水 溫（進(jìn)出II溫差）對(duì)J：蒸發(fā)溫度的影響相対較

4、小。圖中的數(shù)據(jù)表明，機(jī)組出水溫度由7 °C 降至6 C,蒸發(fā)溫度將降低1 C左右，這對(duì)水源熱泵機(jī)組將產(chǎn)生較大的彩響，但進(jìn)水溫度 從12 C升至17 °C時(shí)，每提高1 C,蒸發(fā)溫度的提升僅0.1 °C左右，對(duì)水源熱泵機(jī)組的影響將非常有限。1.1.2水源熱泵機(jī)組進(jìn)出口水溫對(duì)機(jī)組COP的影響圖2中是OAK水源熱泵機(jī)組隨機(jī)組出丨I水溫和進(jìn)出水溫差的變化曲線。該機(jī)組的額定3.50456789進(jìn)出水溫差5CH1水溫度T6°C出水溫度Tr7t出水溫度-»-8-Cll水溫度o O6 35.5.o OO 75.4.o o O 4 18 4 4 3參數(shù)如表1所示。

5、我1水源熱泵機(jī)組隨機(jī)組出丨1水溫利進(jìn)出水溫差的變化曲線冷凍水出口溫度/冷卻水出11溫度制冷W：壓縮機(jī)功率COP°Crc/kW/kW值7301 8103664.9圖2機(jī)組進(jìn)出水溫差和COPZ間的曲線關(guān)系從圖2可知，水源熱泵出水溫度，對(duì)機(jī)組的COP值的彩響較人，隨著出水溫度升高， COP （ft也隨之增人，當(dāng)進(jìn)出水溫差維持在5 °C時(shí)，機(jī)組出水溫度由5 °C提高到8C, COP 值人約提高17%:若機(jī)組出水溫度恒定，隨進(jìn)出水溫差變?nèi)?，冷水機(jī)組的COP值也隨之提 高，但變化不人。當(dāng)出水溫度為7 C時(shí)，機(jī)組進(jìn)出水溫差由4 C提商到9C, COP值的提 升輛度不到5%。1.

6、2水源熱泵機(jī)組運(yùn)行分析由上述可知，對(duì)采取冷水人溫差運(yùn)行的水源熱泵系統(tǒng)，可通過以F 3種方式提高水源 熱泵機(jī)組的空調(diào)效率：（1）單機(jī)運(yùn)行，維持水源熱泵機(jī)組的出水溫度為設(shè)計(jì)值，只提高水源熱泵機(jī)組的進(jìn)水 溫度。則采用這種方式水源熱泵機(jī)組的COP值將得到一定程度的提升，但若水源熱泵機(jī)組 進(jìn)水溫度過高時(shí)，將會(huì)影響末端空氣處理設(shè)備的運(yùn)行，尤比是除濕性能，所以為了保證末端 的冷卻除濕能力，末端空氣處理設(shè)備衞要做一定的調(diào)峭。（2）單機(jī)運(yùn)行，降低水源熱泵機(jī)組的出水溫度，增人進(jìn)出水溫差，這種方式可能會(huì)犧 牲機(jī)組的COP值，但機(jī)組出水溫度的降低可以抵消末端空氣處理設(shè)備由J：人溫差工況引起 的性能卜降問題。（3）很多

7、廠家也提出將多臺(tái)水源熱泵機(jī)組串聯(lián)運(yùn)行，對(duì)J：同樣的人溫差工況，例如冷 凍水供回水溫度分別為17 °C/7 °C的情況，卄采取機(jī)組串聯(lián)運(yùn)行的方式，設(shè)置2臺(tái)串聯(lián)的冷 水機(jī)組，先dll#機(jī)組將冷水由17 °C降至12 °C,氏后另1臺(tái)2#機(jī)組將冷水由12 °C降至7 °C, 如圖3所示，低溫冷水機(jī)組運(yùn)行方式與常規(guī)機(jī)組相同，但1#機(jī)組由蒸發(fā)溫度的提高，將 人J常規(guī)機(jī)組，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)組串聯(lián)運(yùn)行的節(jié)能效果。圖3 2臺(tái)水源熱泵串聯(lián)運(yùn)行農(nóng)2各種機(jī)組運(yùn)行策略的能耗對(duì)比運(yùn)行方式制冷鼠 kW進(jìn)出水溫度廠C運(yùn)行費(fèi)用/萬元節(jié)能率/%兩機(jī) 組串聯(lián)運(yùn) 行1#I 0

8、5917/1250.431932#1 05912/7單機(jī)大溫差1 059*217/759.74.5常規(guī)機(jī)組1 059*212/762.502末端空氣處理設(shè)備人溫差運(yùn)行分析冷凍水的供回水溫度C接影響著末端空Y處理設(shè)備換熱器的冷卻、除濕性能。按常規(guī)工況設(shè)計(jì)的換熱器在冷水人溫差丁況卜的運(yùn)行性能如何.以卜將進(jìn)行簡述：2.1大溫差對(duì)末端空氣處理設(shè)備的影響當(dāng)冷凍水供回水溫差增人后，曲供回水溫度和水側(cè)流磺的變化，末端表冷器的性能也 會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，主耍農(nóng)現(xiàn)為冷卻能力和除濕能力的改變，而人溫羞運(yùn)行往往導(dǎo)致冷卻除 濕能力的共同下降，造成室內(nèi)溫濕度的上升，影響舒適度。5t?6X?7rsr9X：進(jìn)出水溫差9當(dāng)表冷

9、器進(jìn)水溫度為7 C和5 C時(shí)，其相對(duì)除熱帚（全熱顯熱潛熱）隨表冷器進(jìn)出水 溫差的變化情況，如圖4所示。-一5全熱值-5C潛熱值5X?昭熱侑全熱值7匸潛熱他7"C顯熱值圖4表冷器除熱量和進(jìn)出水溫差之間的曲線關(guān)系由圖4可以看出,隨著供回水溫差的增人，表冷器的各項(xiàng)除熱量均降低,其中以港熱的 衰減最大，對(duì)進(jìn)水溫度為7 °C的表冷器，肖溫差由5 °C增加到7 C時(shí)，潛熱冷帚減少了 39%。另外，減小衣冷器進(jìn)水溫度能仃效捉高衣冷器的除熱最，從而減小岡人溫岸引起的除 熱量衰減,由圖中數(shù)據(jù)可知,若系統(tǒng)欲運(yùn)行于7 °C的供回水溫差下,只要將機(jī)組出水溫度 降至5 °

10、;C,就能保證末端表冷器的冷卻除濕性能，相比常規(guī)工況不發(fā)生衰減。2.2彌補(bǔ)人溫差運(yùn)行對(duì)表冷器損失的措施（1）降低冷凍水的進(jìn)水溫度。由以上的分析不難看出，降低冷凍水供水溫度，可以提 高末端的去濕能力和制冷能力，部分抵消冷水供水溫差增人対末端農(nóng)冷器的衰減。（2）增加盤管的排數(shù)。文獻(xiàn)6以1 000 m3.li風(fēng)量的風(fēng)機(jī)盤管為例,在冷凍水供、回水 溫度分別為7.2 -C/12.8 °C、5.6 55.6 °C的情況卜，通過選型得出的所需水盤管的排數(shù)如表3所示。町見，增加末端表冷器的排數(shù)，可以提髙末端空氣處理設(shè)備的制冷能力和去濕能 力，與小溫差情況卜達(dá)到和同的效果。表3管排數(shù)和表冷器

11、性能的變化4排6排8排t=5 ct=io ect=5 rt=io°Ct=5°Ct=10 °C換熱量/kw5476.0998.1水最/m3/h0.90.371.20.511.50.68水側(cè)阻力Wa511.51026.81234.56空氣阻力/kPa120120180180240240注：（1）風(fēng)鼠:1 000 1113/h：入11空/（干/濕球溫度:27 *C/ 19.5cc；迎而風(fēng)速：2.5 ni/s： Al為供回水溫差。（3）介理設(shè)計(jì)表冷器的插接方式延長冷凍水在表冷器中的流動(dòng)時(shí)間如圖5所示，使其 充分換熱。圖5農(nóng)冷器的抽管示意圖3結(jié)語本文分別從人溫差水源熱泵冷凍

12、水系統(tǒng)運(yùn)行模式的適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性等方而分析，得到相 應(yīng)的結(jié)論如卜：（1）常規(guī)水源熱泵機(jī)組在一泄范陽內(nèi)都町以不經(jīng)改造旦接運(yùn)行人溫差系統(tǒng)卜，若維 持機(jī)組的出水溫度不變，而只是提高進(jìn)水溫度，則機(jī)組性能幾乎不變：但當(dāng)出水溫度降低時(shí), 將2臺(tái)水源熱泵機(jī)組串聯(lián)運(yùn)行能一定程度提高人溫差丁況卜的制冷效率，是冇效的能源解決 方案。（2）采川冷水人溫差運(yùn)行方式時(shí)，若回水溫度過高，末端空氣處理設(shè)備的除濕能力的 衰減最為顯若，因此，人溫差設(shè)計(jì)必須校核空氣處理設(shè)備的除濕能力和冷卻能力，并通過增 加表冷器排數(shù)、降低進(jìn)入末端的冷凍水溫度等措施進(jìn)行彌補(bǔ)。（3）在冷水人溫差系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要把負(fù)荷特性、水源熱泵機(jī)組的特性，整個(gè)系統(tǒng) 初投資和運(yùn)行費(fèi)用等多種內(nèi)索全而舟世，以垠人程度發(fā)揮大溫差在水