内蒙古地区中水源热泵机组变工况性能实验研究

(内蒙古工业大学能源与动力工程学院，内蒙古 呼和浩特 010051)
摘 要：针对内蒙古地区水资源缺乏，常规水源热泵的应用受到限制的现状，本文选择中水作为热泵的冷热源，对中水源热泵机组运行工况进行模拟，得到了该机组在不同工况下的制冷或制热量和耗功量的变化曲线，进一步对其进行分析，得到该机组的性能系数变化曲线，这一试验证明：中水源更适合作为热泵的冷热源。
关键词：中水源；热泵；变工况；性能系数
中图分类号：TM621.4  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)08—0085—02

内蒙古地区地处我国北方寒冷地区，供暖时间长达半年，消耗大量的一次能源，同时内蒙古地区也属缺水地区，常规热泵的应用受到限制［1］，寻找一种经济合理的采暖方式成了当务之急。针对该现状，中水回用有了很大的空间［2］。在内蒙古地区，很多高校都有中水回用的项目，在此基础上对中水的热量进行利用［3-4］，建立中水源热泵系统［5-6］，不仅可以节约一次能源，还可以节约地下水的使用量。
1 实验台的建立及实验方案的确定

经过对内蒙古地区中水温度的测试得知，冬季中水的温度13～17℃，夏季中水的温度20～25℃。本实验利用内蒙古科技厅正在运行的地下水源热泵系统来模拟中水源热泵的运行工况，对中水源热泵系统的各运行工况进行测试。
2 实验测试及计算原理

对机组的测试主要关注中水源热泵机组在各种运行工况下的性能表现，主要测试温度、压力、流量和电流信号。

本实验中热泵机组：①制冷工况机组型号：LSBLG-290，实用制冷量为293.2kW，压缩机功率为62.2kW；②制热工况机组型号：LSBLG-190，实用制热量为187kW，压缩机功率为40.2kW。

国标中规定，制冷量和制热量的测试采用液体载冷剂法，计算公式如下所示：
Q_c=q_m×C_p×(t_ein-t_eout)
Q_h=q_m×C_p×(t_cout-t_cin)
式中：Q_c——机组制冷量，W；
Q_h——机组制热量，W；
q_m——冷热水质量流量，kg/s；
C_p——定压比热容，J/kg•℃；
t_ein——蒸发器进水温度，℃；
t_eout——蒸发器出水温度，℃；
t_cin——冷凝器进水温度，℃；
t_cout——冷凝器出水温度，℃；
机组总输入电功率为：P＝U•I
式中：[ZK(]Ｐ——机组总输入电功率，W；
Ｕ——机组输入电压，V；
Ｉ——机组输入电流，A。
性能系数COP(Coefficient Of  Performance)为：

式中：COP_C——制热工况下的性能系数；
COP_h——制冷工况下的性能系数。
3 实验结果分析
3.1 制热工况下：保证蒸发器侧中水进水温度相同进行测试，图1、2、3是制热量、输入功率、机组制热性能系数曲线。

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从图2可以看出在中水进水温度相同的条件下，热泵机组制热量随冷凝器出水温度的上升有所降低，而且蒸发器侧中水进水温度的上升时，制热量随之上升的比较明显。并从图中知，在蒸发器侧中水温度从13℃上升到15℃时，制热量的变化速度要小于从15℃上升到17℃的过程，说明蒸发器侧中水进水温度愈高对制热量越有帮助。

图3可知：在蒸发器侧中水进水温度不变的情况下，随着冷凝器出水温度的上升，机组的输入功率呈明显上升的趋势，结合图2中表现的制热量下降的趋势，导致了图4中制热性能系数下降；在冷凝器出水温度不变时，随着蒸发器侧中水进水温度的上升，输入功率呈缓慢增大的趋势，机组的制热量也在增大，对应制热工况下的性能系数曲线可看出性能系数也在上升，但它的上升趋势比较平缓。说明制热量的变化趋势要快于输入功率的变化趋势，热泵机组能够以较高的性能运行。
3.2 制冷工况下：保证中水源热泵机组冷凝器侧进水温度相同进行测试。

图5、6、7分别为制冷工况下制冷量、输入功率和制冷性能系数的变化曲线。

由图5可以看出，在冷凝器进水温度相同条件下，制冷量随蒸发器出水温度的上升而增大；在蒸发器出水温度不变时，机组制冷量随冷凝器进水温度上升而减小趋势很明显。但机组的制冷量随冷凝器进水温度的变化的过程中，其变化趋势的大小是不同的，从图中可看出20～22℃的变化趋势要比22～24℃的趋势要快一些。可见：中水温度的变化对热泵机组的制冷量产生十分重要的影响。

由图6、7可以看出：在蒸发器出水温度不变的情况下，随着冷凝器进水温度的上升，机组的输入功率上升，制冷性能系数下降；在冷凝器进水温度不变，蒸发器出水温度上升时，输入功率增大缓慢，增长幅度低于制冷量上升幅度，因此，制冷性能系数呈现逐渐增加的趋势。
4 结论
4.1 对于供暖期较长的内蒙古地区来说，由于中水的温度高于同季节地表水、地下水的水温，中水更适合作为热泵机组的冷源。
4.2 中水作为热泵的冷热源时，各种工况下热泵机组均能在较高的性能下运行，可以达到节能减排的目的。
4.3 该实验研究为内蒙古地区中水源热泵的应用提供了有价值的数据。
［参考文献］
［1］ 江亿.建筑节能——实现可持续发展的必由之路［J］.科技潮，2005，198(6)：1～3.
［2］ Siwei L. Chinese market and technical development overview［J］.In:7t International Energy Agency Heat Pump Conference. Beijing，China，May.

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