低温空气源热泵热水机组冬季运行性能及问题分析_中国暖通空调网 - 技术交流
中国暖通空调网
  首  页
    关于学会
    学会理事
    学会年会
    行业资讯
    政策法规
    技术交流
    专题讨论
    暖通空调奖
    工作者之家
    English
 
技术交流
      供暖·论文
      供暖·案例
      空调·论文
      空调·案例
      热泵·论文
      热泵·案例
      通风·论文
      通风·案例
      模拟·论文
      模拟·案例
      综合·论文
      综合·案例
最新列表
 空气源热泵设计选型问题初探
 环境温度低能效比高的低温供...
 混合动力热泵性能及其节能潜...
 低温空气源热泵热水机组冬季...
 不同渗流条件对竖直埋管换热...
 关于举办“2018年数据中心冷...
 2018年第二十一届全国暖通空...
 太阳能供暖市场将有大动作
 仇保兴:绿色建筑发展要把握...
 国家发改委 能源局印发《关于...
 10部委合力推动北方清洁取暖
 清洁能源改变生活 盘点2017能...
 安徽省暖通空调学会——热泵...
 2017年全国暖通空调模拟学术...
 第2届“海尔磁悬浮杯”绿色设...
更多>> 
当前位置:首页 >> 技术交流 >> 热泵·论文  
热泵·论文

低温空气源热泵热水机组冬季运行性能及问题分析
2018-02-27 | 中国暖通空调网 |【
完整显示   1 2 3

张国辉1,2,曹 阳1,南 硕2,石文星2
1 中国建筑科学研究院;2 清华大学

[摘 要]低温空气源热泵热水机组是寒冷地区替代锅炉制取生活热水的重要方案之一。本文基于对一台安装在北方酒店建筑中的空气源热泵热水机组冬季制热的实测数据,分析机组的逐时运行性能,以及运行过程中存在的启停、待机和除霜问题。结果表明:低温空气源热泵热水机组在寒冷地区能够制取满足要求的生活热水;在测试期间,室外平均干球温度为2.1℃,制取生活热水的平均温度为43.4℃,机组的制热性能系数为2.59kW·h/kW·h;在一周时间内,机组共出现了 29 次“短期启停”和12 次“长期待机”,共进行38 次除霜,其中“误除霜”率约为89%,用于“误除霜”消耗的电能约为38 kW·h,导致机组的制热性能系数有所降低。

[关键词]空气源热泵;实际运行性能;误除霜;性能系数;现场测试

为实现建筑能耗的总量控制,缓解能源与环境问题对社会经济等方面的制约,近年来我国出台了一系列的“煤改电”、“煤改气”等政策法规,其中,空气源热泵被列为“煤改电”的重要技术方案之一。空气源热泵以环境空气作为低温热源,通过消耗部分电力制取热风或热水,不会产生燃煤锅炉所带来的空气污染问题,是一种清洁环保的采暖方式[1]。然而,常规空气源热泵在低环境温度下会遇到制热量衰减、制热效率下降和压缩机排气温度过高导致压缩机频繁启停,甚至不能运行等问题。

对此,诸多学者和企业针对低温环境下的空气源热泵开展研究,并研发出相应产品。如:田长青等将双级压缩和变频技术有机结合,提出了适用于-18℃以上室外环境的双级压缩变频空气源热泵系统[2];马国远等研发出准双级压缩低温空气源热泵,其实验结果表明该产品可在-15℃环境温度下安全运行[3];马最良等将空气源热泵与水空气热泵或水水热泵结合,构建双级耦合热泵系统,可以使空气源热泵在-10℃的环境温度下保障供热效果[4];日本学者丹野英树开发出复叠式空气源热泵样机,在室外环境温度为-15℃的条件下,可制备出90℃的热水[5]。上述研究为低温空气源热泵系统的循环设计和产品研发提供了理论依据。

在这些产品研发过程中,一般是在实验室内进行各种室外工况的性能试验、研究蒸发器的结霜特性和除霜控制策略。然而,在产品的实际使用过程中,室外工况变化频繁,且有安装位置的限制容易出现排风短路影响进风,同时也受灰尘、雨雪、外风等不确定因素的影响,其性能和运行状态与实验室的测试数据往往存在较大的偏差。为了探明空气源热泵在工程中的实际效果和运行性能,目前已开始重视现场性能的考察测评工作。例如:艾凇卉等人对北京某办公楼的低环境温度空气源热泵机组进行了现场性能测试,结果表明,其制热季节能效系数约为3.20kW·h/kW·h[6];对太原一座旅馆建筑用的低环境温度空气源热泵热水机进行了一年的实地测试,获得了该机组全年的运行性能和运行规律[7]

上述现场测试主要关注的是机组的运行性能和使用效果,但很少对机组的运行状态,如启停、待机、结霜、除霜等细节进行考察。然而,探明空气源热泵在实际使用过程中的运行状态是改进机组控制策略、优化空气源热泵系统设计与运行管理的基础信息,但至今为止的现场测试尚未关注这个重要问题。因此,本文对一台低温空气源热泵热水机组进行了为期一周的现场测试,基于采集周期为1min 的实测数据,分析空气源热泵的逐时运行性能,并对机组启停、待机状态进行考察,并定量分析机组的“误除霜”现象,以期为产品的研发和热泵系统的工程设计提供基础数据。

1 现场测试

1.1 项目概况

京津冀地区某酒店安装有40 余台空气源冷(热)水模块机组,为酒店提供空调冷(热)水;同时安装有2 台冷凝热回收空气源热泵模块机组(简称:热回收机组),为客房提供生活热水。笔者选取其中1 台热回收机组进行测试,其系统原理和测试现场如图1 和图2 所示。

制备空调冷(热)水和生活热水的空气源热泵系统原理示意
1 制备空调冷(热)水和生活热水的空气源热泵系统原理示意
 空气源热泵热回收模块机组的测试现场
2 空气源热泵热回收模块机组的测试现场

热回收机组的制冷剂为R22,采用涡旋压缩机中间补气方式实现准双级压缩,通过制冷剂回路的管路设计和四通阀的换向功能,可以制取空调用冷水、采暖用热水,也可在过渡季或冬季作为空气源热泵热水器使用以制取生活热水,三种功能的名义工况与性能参数如表1所示。此外,该机组采用了冷凝热回收技术,在制冷运行时可回收冷凝热制取生活热水。

1 空气源热泵热回收机组的名义工况参数
空气源热泵热回收机组的名义工况参数

1.2 测试方法

在测试期间,热回收机组按照空气源热泵热水机组模式运行,为建筑制取生活热水。采用图3 所示的水侧量热计法测量机组的制热量,并用功率采集仪监测机组的耗电量,温度和相对湿度传感器用于监测室外环境在测试期间的变化情况。

测量参数及传感器测点布置示意
3 测量参数及传感器测点布置示意

参数的采集周期为1min,测试期为2015 1 3111:00 2015 2 6 21:00,各被测物理量及其测试仪器如表2

2 各被测物理量及测试仪器
各被测物理量及测试仪器

机组在使用环境下的实际运行性能受随时变化的室外环境参数和负荷需求等诸多因素的影响,不可能运行在稳定工况,故一般采用逐时累计制热量QhkW·h)、耗电量Eh kW·h)以及逐时制热性能系数HHPFHeating hourly performance factor)(kW·h/kW·h)或某一时段(如采样时段、测试期)的制热性能系数等指标来描述其实际运行性能[4]

完整显示   1 2 3

本站内容未经协议授权不得转载、链接或以其他方式复制发布/发表,违者本网将依法追究责任。

 

您是本站第 位访客    版权所有:中国暖通空调网        京ICP备10045562号-15    京公网安备11010502023352
地址:北京市朝阳区北三环东路30号中国建筑科学研究院  邮编:100013       E-mail:chvac2008@sina.com