大温差水源热泵冷冻水系统的应用分析.doc
大温差水源热泵冷冻水系统的应用分析摘 要：通过对水源热泵冷冻水人温差系统的分析，结合实验室的数据，从技术、经济性等 方面做了相关的阐述，对设计人员的设计应用起到了指导的意义。关镀词：水源热泵冷冻水系统人温签卩能水源热泵技术作为一种冃前流行的节能技术，能够提供比驱动能源影的热能，在节约能 源、保护环境方面典仃独特的优势，获得了较为广泛的应用，収得了一定的卩能和环保效亞。在国内的空调设计屮，水源热泵的额定供回水温度一般设计为7 -C/12 °C,温差为5 °C。 水源热泵冷冻水人温差运行方式是近几年在国内逐渐发展起来的空调设计新思路，梵区别 常规系统的主耍特点是在保持冷水机组供冷彊不变的基础上，增人供回水温差，从而减少了 供水流磺。由J：流磺的减小，冷水泵的能耗得以降低.同时水泵型匕、冷水管路的管径也可 相应减小，降低了初投资。本文将从技术及经济性的角度，再结介一些实验对人温差高温热泵的可行性进行分析。1水源热泵机组人温差运行状况1.1水源热泵冷冻水供回水温差对机组能力的影响虽然人多数厂家称，普通的水源热泵机组能够用人温差系统，但由J：大温差运行模式 卜，水源热泵机组冷冻水进出水温度改变，对机组的制冷（制热）能力，以及COP值均发 生了改变。充分了解机组能力和COP值的改变，対如何有效地W用人温差系统是非常晅耍 的。1.1.1水源热泵进出口温度对蒸发温度的影响171615141312进水温度X?人温差运行模式対水源热泵机组COP值的影响直接作用机组的蒸发温度卜.，通过影 响蒸发温度从而影响了机组的COP值。图1给出了 OAK （欧错）水源热泵机组的蒸发温 度与进、出丨1水温度的关系。出水温度6X? 出水温度79 出水温度89图1机组蒸发温度和进出水温度的曲线关系从上图可知，在水源热泵机组的出丨1水温恒定时，其蒸发温度随进II水温（也即 进出II温差）的増人而提高；而水源热泵机组进II水温怛定时，蒸发温度随出II水温的增人 而提丽11提升幅度更人，此说明相对水源热泵机组!hi I水温的变化，水源热泵机组进11水 温（进出II温差）对J：蒸发温度的影响相対较小。图中的数据表明，机组出水温度由7 °C 降至6 C,蒸发温度将降低1 C左右，这对水源热泵机组将产生较大的彩响，但进水温度 从12 C升至17 °C时，每提高1 C,蒸发温度的提升仅0.1 °C左右，对水源热泵机组的影响将非常有限。1.1.2水源热泵机组进出口水温对机组COP的影响图2中是OAK水源热泵机组随机组出丨I水温和进出水温差的变化曲线。该机组的额定3.50456789进出水温差5CH1水温度T6°C出水温度Tr7t出水温度-»-8-Cll水温度o O6 35.5.o OO 75.4.o o O 4 18 4 4 3参数如表1所示。我1水源热泵机组随机组出丨1水温利进出水温差的变化曲线冷冻水出口温度/冷却水出11温度制冷W：压缩机功率COP°Crc/kW/kW值7301 8103664.9图2机组进出水温差和COPZ间的曲线关系从图2可知，水源热泵出水温度，对机组的COP值的彩响较人，随着出水温度升高， COP （ft也随之增人，当进出水温差维持在5 °C时，机组出水温度由5 °C提高到8C, COP 值人约提高17%:若机组出水温度恒定，随进出水温差变人，冷水机组的COP值也随之提 高，但变化不人。当出水温度为7 C时，机组进出水温差由4 C提商到9C, COP值的提 升輛度不到5%。1.2水源热泵机组运行分析由上述可知，对采取冷水人温差运行的水源热泵系统，可通过以F 3种方式提高水源 热泵机组的空调效率：（1）单机运行，维持水源热泵机组的出水温度为设计值，只提高水源热泵机组的进水 温度。则采用这种方式水源热泵机组的COP值将得到一定程度的提升，但若水源热泵机组 进水温度过高时，将会影响末端空气处理设备的运行，尤比是除湿性能，所以为了保证末端 的冷却除湿能力，末端空气处理设备衞要做一定的调峭。（2）单机运行，降低水源热泵机组的出水温度，增人进出水温差，这种方式可能会牺 牲机组的COP值，但机组出水温度的降低可以抵消末端空气处理设备由J：人温差工况引起 的性能卜降问题。（3）很多厂家也提出将多台水源热泵机组串联运行，对J：同样的人温差工况，例如冷 冻水供回水温度分别为17 °C/7 °C的情况，卄采取机组串联运行的方式，设置2台串联的冷 水机组，先dll#机组将冷水由17 °C降至12 °C,氏后另1台2#机组将冷水由12 °C降至7 °C, 如图3所示，低温冷水机组运行方式与常规机组相同，但1#机组由蒸发温度的提高，将 人J常规机组，从而实现了机组串联运行的节能效果。图3 2台水源热泵串联运行农2各种机组运行策略的能耗对比运行方式制冷鼠 kW进出水温度厂C运行费用/万元节能率/%两机 组串联运 行1#I 05917/1250.431932#1 05912/7单机大温差1 059*217/759.74.5常规机组1 059*212/762.502末端空气处理设备人温差运行分析冷冻水的供回水温度C接影响着末端空Y处理设备换热器的冷却、除湿性能。按常规工况设计的换热器在冷水人温差丁况卜的运行性能如何.以卜将进行简述：2.1大温差对末端空气处理设备的影响当冷冻水供回水温差增人后，曲供回水温度和水侧流磺的变化，末端表冷器的性能也 会发生相应的变化，主耍农现为冷却能力和除湿能力的改变，而人温羞运行往往导致冷却除 湿能力的共同下降，造成室内温湿度的上升，影响舒适度。5t?6X?7rsr9X：进出水温差9当表冷器进水温度为7 C和5 C时，其相对除热帚（全热显热潜热）随表冷器进出水 温差的变化情况，如图4所示。-一5全热值-5C潜热值5X?昭热侑全热值7匸潜热他7"C显热值图4表冷器除热量和进出水温差之间的曲线关系由图4可以看出,随着供回水温差的增人，表冷器的各项除热量均降低,其中以港热的 衰减最大，对进水温度为7 °C的表冷器，肖温差由5 °C增加到7 C时，潜热冷帚减少了 39%。另外，减小衣冷器进水温度能仃效捉高衣冷器的除热最，从而减小冈人温岸引起的除 热量衰减,由图中数据可知,若系统欲运行于7 °C的供回水温差下,只要将机组出水温度 降至5 °C,就能保证末端表冷器的冷却除湿性能，相比常规工况不发生衰减。2.2弥补人温差运行对表冷器损失的措施（1）降低冷冻水的进水温度。由以上的分析不难看出，降低冷冻水供水温度，可以提 高末端的去湿能力和制冷能力，部分抵消冷水供水温差增人対末端农冷器的衰减。（2）增加盘管的排数。文献6以1 000 m3.li风量的风机盘管为例,在冷冻水供、回水 温度分别为7.2 -C/12.8 °C、5.6 55.6 °C的情况卜，通过选型得出的所需水盘管的排数如表3所示。町见，增加末端表冷器的排数，可以提髙末端空气处理设备的制冷能力和去湿能 力，与小温差情况卜达到和同的效果。表3管排数和表冷器性能的变化4排6排8排t=5 ct=io ect=5 rt=io°Ct=5°Ct=10 °C换热量/kw5476.0998.1水最/m3/h0.90.371.20.511.50.68水侧阻力Wa511.51026.81234.56空气阻力/kPa120120180180240240注：（1）风鼠:1 000 1113/h：入11空/（干/湿球温度:27 *C/ 19.5cc；迎而风速：2.5 ni/s： Al为供回水温差。（3）介理设计表冷器的插接方式延长冷冻水在表冷器中的流动时间如图5所示，使其 充分换热。图5农冷器的抽管示意图3结语本文分别从人温差水源热泵冷冻水系统运行模式的适应性、经济性等方而分析，得到相 应的结论如卜：（1）常规水源热泵机组在一泄范阳内都町以不经改造旦接运行人温差系统卜，若维 持机组的出水温度不变，而只是提高进水温度，则机组性能几乎不变：但当出水温度降低时, 将2台水源热泵机组串联运行能一定程度提高人温差丁况卜的制冷效率，是冇效的能源解决 方案。（2）采川冷水人温差运行方式时，若回水温度过高，末端空气处理设备的除湿能力的 衰减最为显若，因此，人温差设计必须校核空气处理设备的除湿能力和冷却能力，并通过增 加表冷器排数、降低进入末端的冷冻水温度等措施进行弥补。（3）在冷水人温差系统的设计中，需要把负荷特性、水源热泵机组的特性，整个系统 初投资和运行费用等多种内索全而舟世，以垠人程度发挥大温差在水源热泵领域的优越性。I参考文献】1 （日）石野裕祠,佐藤正庄周祖毅译.关J：大温差效流量系统的开发空调暧通技术, 19962 9最良，姚杨主编.民用建筑空调设计.北京：化学工业出版社，2003习贾晶，胡海军.人温差小流届的空调水钮方案 全国暧通空调制冷2006年学术年会 20064 冷水人温差运行的适应性研究制冷空调与电力机械2009年5 H5 OAK中央空调样册2009年12月
