ET-多功能熱泵教學(xué)實驗指導(dǎo)書v2018

1、高能效比多功能熱泵空調(diào)教學(xué)實驗一、實驗?zāi)康?視鏡觀察制冷工質(zhì)的蒸發(fā)、冷凝過程及節(jié)流后的二相流型和流動狀態(tài)2了解蒸汽壓縮式制熱循環(huán)工質(zhì)狀態(tài)的變化及循環(huán)全過程的基本特征。3實驗測定，進行制熱循環(huán)的熱力計算。（熱力學(xué)必做實驗內(nèi)容）4實驗測定，利用廢熱后，制熱循環(huán)系統(tǒng)能效比和系統(tǒng)制熱量情況。5實驗測定，不利用廢熱后，制熱循環(huán)系統(tǒng)能效比和系統(tǒng)制熱量情況6實驗測定，板式換熱器換熱性能。（傳熱學(xué)必做實驗內(nèi)容）7理論聯(lián)系實際，加深了解制熱循環(huán)系統(tǒng)的組成。二、實驗原理及裝置圖1多功能熱泵空調(diào)教學(xué)實驗臺流程圖實驗裝置分為制冷系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。所選用的制冷工質(zhì)為R410A,由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器

2、、電子膨脹閥、觀察視鏡、截至閥及銅管路等組成制冷系統(tǒng)；由轉(zhuǎn)子流量計、噴淋頭,水池、水泵及管路等組成水循環(huán)系統(tǒng)；由溫度傳感器、壓力表、壓縮機功率儀表、液位控制開關(guān)、巡檢儀、觸摸屏及數(shù)采后處理軟件組成的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。制冷工質(zhì)工作流程如圖1所示。恒溫水箱水通過水泵進入回?zé)岚鍝Q1（2）,與“廢熱水”實現(xiàn)第一次換熱,再通過冷凝換熱器實現(xiàn)第二次換熱,得到高溫水；高溫水使用后得到“廢熱水”,一部分廢熱在回?zé)岚鍝Q中被一次回收，后進入蒸發(fā)換熱器廢熱被二次回收，回到恒溫水箱。1實驗裝置的儀表設(shè)備：1）壓力傳感器測量制冷劑側(cè)蒸發(fā)和冷凝進口和出口壓力，準(zhǔn)確度±0.001MPa；2）溫度顯示測量制冷劑側(cè)蒸

3、發(fā)和冷凝進口和出口溫度，精度±0.1°C；3）功率儀測量壓縮機功率大小，精度±0.1W；4）溫度顯示測量水循環(huán)進口和出口溫度，精度±0.1C；5）電子膨脹閥絕熱降壓并調(diào)節(jié)制冷劑流量；6）轉(zhuǎn)子流量計測量水的流量，精度±0.001m3/h。7）觸摸屏實時顯示系統(tǒng)各個測點的溫度、流量、功率等數(shù)據(jù)，計算系統(tǒng)能效比和制熱量等參數(shù)。為安全起見，壓縮機裝置設(shè)有高壓繼電器，冷凝壓力超過40bar時，自動關(guān)閉裝置。2實驗裝置的技術(shù)參數(shù)：1）蒸發(fā)溫度：-10C+10C2）冷凝溫度：最高不超過60C，制熱水溫度30C60C3）壓縮機額定功率：1500W，轉(zhuǎn)速880r

4、ev/min4）制熱水量：2000W6000W5）制熱系數(shù)（能效比）：5136）實驗臺重量：150kg三、實驗步驟1. 熟悉實驗指導(dǎo)書，在實驗老師的指導(dǎo)下，檢查實驗裝置及使用的儀器，做好實驗前的準(zhǔn)備工作，設(shè)計繪制測量數(shù)據(jù)表格等；2. 接通實驗臺電源，打開觸摸屏一體機，進入實驗系統(tǒng)；3. 首先熟悉實驗臺各部分操作，查看各處溫度及壓力顯示是否正確；4. 點擊按鍵解鎖，選擇對應(yīng)的換熱器，先打開電磁閥后打開水泵，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥，觀察水流量顯示是否正確；5. 設(shè)置壓縮機頻率50Hz、電子膨脹閥開度150，切換手動控制，開啟壓縮機；6調(diào)節(jié)電子膨脹閥開度，使得蒸發(fā)器前后有2-5C過熱度，待系統(tǒng)穩(wěn)定后（約15

5、分鐘左右），即可進行測試或演示（溫度、壓力、功率及流量等）；7. 視鏡觀察工質(zhì)狀態(tài)并記錄實驗數(shù)據(jù)；8. 實驗結(jié)束后，要先關(guān)閉電子膨脹閥和壓縮機，再關(guān)閉水泵開關(guān)，最后關(guān)閉顯示儀表和總開關(guān)。9實驗注意事項：1）注意觀察壓縮機循環(huán)各部分溫度，及時調(diào)整膨脹閥開度及壓機頻率防止壓縮機積液；2）開機狀態(tài)下，切勿開啟電控箱門及觸摸電控部分元器件，禁止觸摸加熱器及壓縮機本體，以免發(fā)生危險。四、制熱循環(huán)系統(tǒng)的熱力計算在進行系統(tǒng)熱平衡計算時，應(yīng)考慮制冷劑管路和水管路的散熱損失。1制熱量計算自來水換熱量Q=Q1ww1+Qg=60000仏(t3_ti)°w160000Cw(t2_ti)°w2600

6、00Cw(t3_t2)10式中，p為水的密度，kg/m3；Vw為自來水流量，L/min；cw為水比熱，kJ/（kgK）；片為回?zé)釗Q熱器入口溫度，°c；t2為冷凝換熱器入口溫度，°c；t3為冷凝換熱器出口溫度，。c。2制熱系數(shù)（能效比）計算熱泵性能系數(shù)/能效比（CoefficiencyofPerformance，COP）是評價熱泵節(jié)能性的最重要的指標(biāo)之一。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱泵將低品位熱源的熱量品位提高，需要消耗一定的高品位能量。因此，熱泵的能量消耗是一項重要的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。熱泵的性能系數(shù)是指熱泵的收益（制熱量）與付出代價（所消耗的機械功）的比值。壓縮機的消耗功率Nt由制冷

7、機組壓縮機輸出功率儀上讀得。實驗用壓縮制熱系統(tǒng)循環(huán)在壓-焓圖的表示見圖2。制熱系數(shù)（能效比）Q制熱量w._N壓縮機功率t>!ftI!BH#H*-PW1<*RKmIP«l£-BISU!MU!圖2壓-焓圖(R410A)3板式回?zé)崞鲄?shù)Themi迅incpahcspdMJDcdtoh-jrrii'A"hnuIliir|il:ik-zaxI'KCh<iiixclu-.ulhCr1.-111IinmcIi'ill-:>-prjfni;.-Ci.iNj.a-aiti：?;h-hnTJui-tirb'v.rkkHr-jfi

8、Ei.T.i.rsrj-liipilin'ipvi"liulr:-iui'iAvl|；rliiiLOllisrlUTdhlhJlEM.I遍f:上FnbdiJViWilhv：-b.'TrffUnrn匸卩訕館Ihn;1、ti£C!r.M<ktn'!iirH£已咄MJrfWtnroundik-卜貞holmrvlv#clhm<jilr.'.ir-qxniiiy.nkflli-.-n.-fiirIh?lii'|iiidingfHilhckIXsp：圖3板式換熱器結(jié)構(gòu)形式阪片波鏡竟度詵計底丈黑度昶小需慝兩祁藝永井Fl

9、iLlcCkNirnjuiim.；Lnglcisde.dn-Liltor1;空芒亡uirkisdmallank.there材削儁叱DJIHidXchumijfls-Widupc10ufpretaixliiL和n氐型(A.ily(YDtlrsifanfik)H里(久小角度淀育i£h?HrlarceiikiniLscditlVldNmu.Lt爪證小弟度lypcX(STi>lljsijjlej圖4板片結(jié)構(gòu)形式換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)見下表。名稱片數(shù)片角度厚度(mm)滯留液(L)換熱面積(M2)換熱器A42D型10+2.35N0.025(N2)0.026(N-2)（外側(cè)）(90°)換熱

10、器B（內(nèi)側(cè)）42X型(120°)10+2.35N0.025(N2)0.026(N-2)4實驗數(shù)據(jù)記錄表項目參數(shù)實驗號12備注冷凝器水側(cè)進口溫度T2°C冷凝器水側(cè)出口溫度T3°C冷凝器制冷劑側(cè)進口溫度T8C冷凝器制冷劑側(cè)出口溫度T9C冷凝壓力（絕壓）PcMPa冷凝壓力對應(yīng)飽和溫度TcC蒸發(fā)器水側(cè)進口溫度T5C蒸發(fā)器水側(cè)出口溫度T6C蒸發(fā)器制冷劑側(cè)進口溫度T10C蒸發(fā)器制冷劑側(cè)出口溫度TiiC蒸發(fā)壓力（絕壓）PeMPa蒸發(fā)壓力對應(yīng)飽和溫度TeC壓縮機功率NtW自來水流量VwL/min回?zé)崞髯詠硭M口溫度TiC回?zé)崞髯詠硭隹跍囟萒2C回?zé)崞鲝U熱水進口溫度T4C回?zé)崞鲝U

11、熱水出口溫度T5C冷凝器換熱量QckW蒸發(fā)器換熱量QekW回?zé)崞鲹Q熱量QwkW系統(tǒng)總能效比-膨脹閥開度L步五、寫出實驗報告，并進行實驗誤差分析內(nèi)容包括：1實驗名稱；2實驗?zāi)康模?測試原理和方法；4使用儀器（包括儀器精確級的校核）；5觀察兩相流型，記錄實驗數(shù)據(jù)；6結(jié)果（表，圖）（1）實驗工況時的制熱量Qw；w（2）實際制熱系數(shù)/能效比8；（3）在壓焓圖上標(biāo)出熱泵循環(huán)曲線。7完成思考題某區(qū)域供暖熱負(fù)荷為5MW,現(xiàn)有兩種方案供選擇，一是采用工業(yè)鍋爐燃燒低位熱值為26000kJ/kg的煤，鍋爐效率為80%；二是采用熱泵供暖，消耗的電能由電廠供應(yīng)，電廠的供電效率為36%，使用煤種與方案一的相同，那么為了使熱泵消耗的煤量不比方案一多，熱泵的能效比不應(yīng)低于多少？熱泵調(diào)試注意事項：由于熱泵實驗臺給學(xué)生提供的調(diào)節(jié)自由度比較大，為避免實驗臺損壞，調(diào)試過程中需注意避免誤操作或操作不當(dāng)出現(xiàn)惡劣工況，損壞設(shè)備。需注意以下幾個方面：1、需保證蒸發(fā)器前后有2-5°C過熱度；實驗臺過熱度較小或者沒有過熱度時，制冷劑未完全蒸發(fā)，液態(tài)制冷劑進壓機易損壞壓縮機。實驗臺過熱度較大時膨脹閥后溫度低于零下，易造成管路損壞或者蒸發(fā)器結(jié)冰脹裂實驗臺過熱度主要由電子膨脹閥開度及