小型风冷冷热水机组节流装置改造的试验研究

(德州学院 机电工程系，山东 德州 253000)
摘 要： 对风冷热泵冷热水机组节流装置进行改进，通过不同的试验工况条件下的性能及其各 种相关状态参数的测试，比较了系统改进前后的制冷量和能效比和响应时间，验证了使用电 子膨胀阀机组能够达到节能的效果，并且提出了改进系统的进一步措施。
关键词：风冷热泵；电子膨胀阀；性能试验；节能
中图分类号：TK414.2  文献标识码：A  文章编号：[ HTK]1007—6921(2008)23—0092—02

能源是经济发展的命脉。人类社会进入21世纪，能源的短缺已经成为制约世界经济发展的主 要因素。据有关统计，现在已经探明的石油储量，只能够维持100年左右的使用，所以寻找 新的能源和替代能源已经如火如荼地进行。相应的我国已经成为石油进口大国，能源的短缺 也摆在了我们的面前，因此国家提出了建设节约型社会的口号和目标。如何使有限的资源发 挥最大的效能，是当前建设节约型社会的一个最直接、最有效途径。而本文正是基于此思想 ，对当前大量使用的小型风冷热泵机组的一个具体型号的节流装置(热力膨胀阀)进行改造 ，在机组改动不大的前提下，以达到提高能源的利用率，实现节能的目的，并分析了其可能 性。
1 试验装置与测试方法

图1为试验研究测试装置的原理图。为了获得 风冷热泵冷热水机组分别使用热力膨胀阀和电 子膨胀阀机组的具体数据，对上海豪申空调设备有限公司型号M08H名义制冷量为18.40kW的 家用中央空调风冷热泵冷热水机组样机在标准规定的各种工况下进行测试。测试机组工况环 境通过焓差法实验台外室(配有工况机、电加热器和加湿器)来模拟。在所设计的实验装置 中，系统制冷量(制热量)是通过对水侧换热器进、出口水温的测量以及室外冷却水系统水 流量的测量，然后将三者的测量值做计算得到(进出水焓差乘冷却水流量)。系统中水侧换 热器的进、出口都设置了温度传感器，进水管路上设置了涡轮流量计，这些测点的布置为分 析系统的热力性能提供了具体的实测值。由于不同季节的水温不同，冷却水系统中冷却塔和 电加热器用来调节进出口水温。
2 试验系统工作原理

用热力膨胀阀(电子膨胀阀)作为节流元件时，截止阀8和9关闭，6和7打开(截止阀6和7关 闭，8和9打开)。制冷工况时，从压缩机1排除出的制冷剂气体通过四通换向阀2进入空气侧 换热器3，冷凝液体进入干燥过滤器4进行干燥过滤，然后再进入热力膨胀阀10(电子膨胀阀 11)进行节流降温。节流后的制冷剂进入储液器12，再进入板式换热器13，在板式换热器内 吸收水侧水的热量蒸发变为气体，水的温度降低变为空调用的冷水。制冷剂蒸汽在经过四通 换向阀2进入气液分离器14，分离出混在蒸汽中的小液滴，然后进入压缩机1进行压缩，以防 止压缩机产生液击，损坏压缩机，如此连续不断地制取冷水。制热时，四通换向阀换向，经 压缩机排出的制冷剂气体首先进入板式换热器13，放出冷凝热，并加热水，供空调系统使用 。冷凝液进入储液器12，经热力膨胀阀10(电子膨胀阀11)节流降温，然后再进入空气侧换 热器，吸收空气中的热量而蒸发，再经四通换向阀2，气液分离器14，返回压缩机1。

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3 试验结果及分析

根据标准JB/T4329——1997我们测试了系统分别在热力膨胀阀和电子膨胀阀的作用下，制冷 时在最大负荷工况、标准制冷工况、低温工况的制冷量和能效比；制热时在最大负荷工况、 标准制热工况和除霜工况的制热量和能效比，为了说明在标准外的工况下机组的工作情况， 制冷时选择了环境温度干球39℃、湿球15℃和干球28℃、湿球12℃；制热时干球7℃、湿球5 ℃，出水47℃和干球6℃、湿球4℃，出水44℃时的一般公况进行试验，下面给出了试验数据 的比较图：

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图3和图4中的1、2、3、4、5分别代表制冷最大负荷、环境39℃、标况制冷、环境28℃和低 温工况。

图5和图6中的1、2、3、4和5分别表示制热时的最大负荷、出水47℃、标况制热、出水44℃ 和除霜工况。

从上面的图表我们可以看出，在对原系统进行了节流装置的改造后，制冷量和制热量都得到 了显著的提高，制冷时制冷量的提高都在2 000W左右，而制热时甚至可以达到3 000W。制冷 时最大负荷、标况制冷、低温工况的能效比依次降低，是因为空气侧温度依次降低，制冷剂 在相应的温度下冷凝，需要压力不断降低，而压缩机的功耗增大比例要比制冷量增加的比例 小，所以能效比依次升高。制热时，出水温度不断降低，制冷剂在板式换热器内冷凝，压力 也是不断降低，制热量变化比例小于压缩机功率变化比例，所以能效比也依次降低。从机组 达到稳定工况的时间响应来看，使用热力膨胀阀的时间要比使用电子膨胀阀的时间长，这是 因为热力膨胀阀感温包内使用的是制冷剂液体，它对温度的感应有个迟滞性，而电子膨胀阀 通过传感器对参数进行采集，通过驱动板驱动阀的开闭程度，反应速度只有不到1s的时间， 而热力膨胀阀的反应时间要达到几分钟，所以机组达到稳定工况要比使用电子膨胀阀化费的 时间长。
4 改造后机组节流装置存在的问题

相对于热力膨胀阀，电子膨胀阀虽然有很多优点，但其本身也有自身的缺点：
4.1 电子膨胀阀不如热力膨胀阀的使用寿命长：电子膨胀阀的寿命受到其所使用的电子元 件寿命和质量的影响，一般情况下使用的寿命不如热力膨胀阀。
4.2 维修工作：电子膨胀阀的电子元器件的维修率要比热力膨胀阀高。
4.3 环境的影响：热力膨胀阀可以在高温和寒冷的地区使用，而电子膨胀阀的电子元器件 的工作特性受到温度的影响大，所以不适合在恶劣的环境下工作。
5 结论
5.1 在相同的制冷和制热工况下，系统的制冷量、制热量得到了显著提高，制冷量平均可 增加2 000W左右，而制热量可以达到3 000W，同时能效比也得到了提高。
5.2 利用电子膨胀阀之所以使系统的性能得到了改善，系统达到相应的稳定工况花费的时 间，使用电子膨胀阀要比热力膨胀阀缩短10min左右，系统供冷或供热能使被调环境更快的 凉爽或温暖起来。
5.3 系统的水侧换热器在热泵时是顺流方式，而热泵在制热时，板式换热器的负荷要比制 冷时大，所以如果把顺流方式该成逆流方式应该能够提高系统的性能。同时还可以应用变频 技术，改变压缩机的转速来调节系统在变工况下系统中制冷剂的流量，使机组在较高效率下 运行。
总的来说，使用电子膨胀阀改造传统的使用热力膨胀阀的制冷设备，可以实现节能降耗的目 的。
［参考文献］
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