风冷热泵机组运行测试及分析

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1、风冷热泵机组运行测试及分析12制冷技术2002年第2期风冷热泵机组运行测试及分析王长庆龙惟定吴清前钟婷（同济大学上海200092）【摘要】风冷热泵机组在我国被广泛用作空调系统的冷热源，尤其是在长江中下游地区本文对在运行中风冷热泵机组进行测试，并对其性能进行了分析.要充分提高风冷热泵运行的效率，应 注意空调系统与机组的匹配，注意机组自控设置等.【关键词】风冷热泵测试性能空调TESTANDANAL YSISONPERFORMANCEOFAIR COOLEDHEATPUMP1前言风冷热泵机组在我国被广泛用作空调系统的冷热源，尤其是在长江中下游地区风冷热泵在夏季能制冷,在冬季能制热，建筑空调系统使用风

2、冷热泵机组非常方便风冷热泵机组使用空气作为它的冷却介质,相对于水冷机组来说，风冷热泵机组省去了冷却塔及冷却水系统，这样空调水系统得到了简化同时,风冷热泵系统可放置在屋顶或户外，从而省去了制冷机房所需的占地，节约了建筑面积，提高建筑的有效利用率因此，在我国的长江中下游地区风冷热 泵机组得到了广泛的应用.风量热泵机组使用时的能效比是我们非常关心的本文对在使用的风冷热泵机组进行了测试，并对 其性能进行了分析要充分提高风冷热泵使用的效 率，应注意空调系统与机组的匹配，注意机组自控的 设置等.2测试内容及测试方法风冷热泵机组的能耗测试分两个方面一是测 试热泵机组的制冷量或制热量二是测试制取这些 热量或冷

3、量时所消耗的电能通过测试，我们计算热 泵的能效比EER，分析热泵的性能，结合运行看热泵 运行是否合理，效率如何.为测试风冷热泵机组的制冷量或制热量，我们测 试热泵机组的进出水温差，测试冷水或热水的流量. 冷水或热水的流量采用超声波流量计进行测量超 声波流量计的精度为1.5%,可贴在管壁外测试管 内流量而不需接触流体风冷热泵机组的制冷量或 制热量由下式计算：Q.二C?M.（ 一）式中，Q.冷量或热量,kW;c 一冷水或热水比热，kJ/kgC;M 一冷水或热水流量，kg/s;T.一冷水进口温度或热水出口温度，C ;T 一冷水出口温度或热水进口温度C .采用精度为I级的电表分别测量热泵机组的电流和电

4、压，由下式计算风冷热泵机组的耗电.P二？U?I?COSO式中，P-热泵机组的耗电,kW;U 一电压,V;I 一电流,A;cOsD 功率因素.风冷热泵机组的能效比ERR由下式计算：nEER=j3风冷热泵机组在夏季制冷时运行性能分析(1) A大楼A大楼占地25000m,建筑面积为19000m它的空调系统配有四台风冷热泵机组，压缩机采用的是 活塞式制冷压缩机，每台热泵机组的制冷量为581.4kW,耗电量为192.4kw .本大楼除二楼为餐厅外， 其余均为出租办公室，办公楼的出租率为100%.本 大楼设有楼宇智能化控制（BA）系统,该系统可根据 回水温度控制热泵机组投人运行的台数.测试日有 三台机组投

5、入运行.图1示出了风冷热泵机组的能效比 EER随时间 变化的情况.2002年第2期制冷技术13时间图1A大楼ASHP的EER随时间的变化从现场测试的结果看，整个建筑的风冷热泵机组 的能效比较低，热泵的运行不合理.尽管测试日的最 高气温只有32C，比空调设计的34C低2C,但热泵 机组的能效比远低于样本给出的能效比数值，热泵机 组的输出冷量小而且耗电没有降下来.根据分析可 能由以下几方面的问题造成机组运行能效比较低的 原因. 机组本身可能有问题.机组本身的故障会直接导致机组比较低，比如制冷剂的量不足，压缩机的 效率较低,冷凝器或蒸发器的换热效果不佳等原因均会造成这样的结果 机组运行不合理由于投人

6、的机组多，使几台 机组均处于部分负荷下运行，即使机组本身能根据负 荷卸载或调节机组压缩投人运行的台数，但每台机组 的负荷率太低而导致整个制冷机的能效较低. 机组的自控不合理.机组是根据冷水的回水温度来控制制冷机投人运行的台数的，当回水温度超 过14C多投人一台机组运行但系统的冷水量大 于机组的所需的水量，回水温度的变化幅度较小，可 能会导致机组的误投人，从而使机组在部分负荷下运 行降低了机组运行的能效比如果适当提高机组运 行的回水温度，可适当增加机组运行的负荷率，从而 提高机组运行的能效比. 该大楼配有BAS系统对制冷机组的投人运行 进行控制.如果BAS系统的传感器的精度不够或出 错,同样会造

7、成机组误投人运行，使得机组的负荷率 较低，能效较低因此，对BAS控制系统的传感器应 定期进行校正和标定，从而保证控制系统读取的数据 准确无误. 运行管理人员专业知识或经验不足也会造成 运行的不合理，须对运行管理人员进行培训.(2) B大楼B大楼的总建筑面积为23800m,楼是大堂和 咖啡厅，二楼为餐厅，四楼为酒家，511楼为酒店客 房1224楼为办公区，办公区的出租率为85%.该 大楼配了 6台风冷热泵机组（5台698kW,1台 349kW）.大楼没有配置BAS系统制冷机的运行全 凭经验手动控制测试日投人运行的机组为3台. 测试日的最高气温为32C.图2示出了测试日机组能效比随时间变化的情况.

8、图2B大楼热杂机组的能效比随时问的变化 在测试日，由于有3台机组故障无法进行，故只 能是其余3台机组全部投人运行.最高的回水温度 曾达到15.6C但从图2可以看出，该大楼的风冷 热泵机组在测试日运行的能效比相对比较合理，最高 能效比为3.61,最低能效比也有3.34从能效比看， B大楼的运行比A大楼要合理可见适当提高回水 温度,有利于机组在满负荷下运行，机组的能效比也 较高尽管与样本比（相同空气温度及相同水温下， 样本中的能效比为3.74）,实际运行能效比还有所差 距（小3.510.6%）,但已非常接近，机组运行合理.（3）C大楼C大楼占地17000m,大楼的建筑面积12400m.整幢大楼为办

9、公楼，一楼为大堂及一个机票销售点， 其余均为办公区，办公楼的出租率为100%该大楼 配有4台风冷热泵机组，每台热泵机组的冷量为 326kW.测试日的最高气温为32C,测试日所有的4 台机组均投人运行.图3为测试日风冷热泵机组的能效比随时间变化的情况.该大楼没有配备BAS控制系统,风冷热泵的运 行根据经验手动控制的如果回水温度超过14C, 管理人员多投人一台热泵机组运行从图3看，整个 四台热泵机组运行的能效比均不高，测试日最高的能 效比为2.33最低能效比为2.01,与样本中给出的机 同室外空气温度相同水温的能效比 3.31相差了 29. 639.2%.分析原因主要是机组的供回水温差偏小 造成的

10、.测试日，最大的供回水温差为3.1 C，最小 供回水温差为2.3C,均没有达到5C的温差（水流量 基本为设计流量，没有偏大）.由于温差偏小，几台 机组均在部分负荷下工作，机组的能效比偏小也就不14制冷技术2002年第2期足为奇了 .八rM图3C大楼风冷热泵机组的能效比随时I司的变化4风冷热泵在冬季运行的能效比(1) D大楼D大楼是一幢七层的办公楼在屋顶安装了 3 台风冷热泵机组作为空调系统的冷热源每台热泵 机组的额定制热量为285kW耗电量为83.2kW.图4示出了 D大楼的风冷热泵机组制热时的能 效比ERR随时间变化的情况.测试日，三台机组均投入运行，测试日的室外温 度最高温度为5C.从图4

11、可知,1号热泵机组的最 高EER为3.44,所供热水温度为41 C，供回水温差 为3C .图5示出了 1号机组的能效比EER随室外 空气温度的变化情况随着室外空气温度的升高，热 泵机组的能效比是升高的，但与样本上相应工况所对 应的值则要小得多也就是说机组的运行性能远没 有达到样本上所给出的能效比热泵机组在制热运 行时还存在一定的问题这包括机组运行的供回水 温差偏低，在部分负荷下运行时机组的效率较低等.3.542.521.5lO.5O/V.-一一一 : I 一 z亨 U 丑 II图4热泵机组的EER随时间的变化从图4中可知,1号热泵机组的最高EER为3.44,所供热水温度为41 C，供回水温差为

12、3C ;2号热 泵机组运行的最高能效比仅为 2.29,机组的供水温 度为42C ;3号机组的最大能效比为3.29,其供水温 度为41 C .从对这三台热泵机组的测试可知，在测 试日，三台机组运行的能效比均较低，主要是三台机 组的供回水温差均较低，三台机组均在部分负荷下运 行,其能效比较低.其次空调系统可能不合理，也有 可能造成系统的能效比偏低.再者可能是运行控制不合理，造成机组运行的能效比偏低还有可能是机组样本中的能效比数据偏高，而实际上没有那么高024 醢C )101214图51号热泵机组的EER随室外空气温度的变化情况(2) E大楼E大楼是16层的办公楼,总建筑面积为7000m,其中空调面

13、积为5000m.大楼选择了 3台 热泵机组作为空调系统的冷热源，每台热泵机组的额 定制热量为349kW,耗电103kW,机组安装在屋顶 上.图6示出了 3台热泵机组在测试日制热量随室外空气温度变化的情况图7示出了 3台机组的能效比ERR随室外温度变化的情况.8005 5600蕾v400200纂O L.,1, lJ,1r,1l,1.5 4 32-1012345室外空气温度C)图6制热量随室外空气温度的变化从图6中可知，随着室外空气温度的升高，热泵机组的制热量反而减少这是因为室外温度升高了， 建筑所需的热量减少了，因此空调系统所需的热量也 就减少，机组的制热量减少这对采用风冷热泵机组 作空调系统热

14、源来说是一个比较矛盾的地方，一方面 室外气温降低，建筑需要更多的热量，而此时热泵机 组的制热效果却变差，制热量减少；另一方面，当室外 气温升高时，建筑所需的热量减少，但热泵却能制取 更多的热量，机组处于部分负荷下工作，如果运行控 制不当，热泵机组的能产比可能会处于较低的水平； 再者，当室外气温降低时，蒸发温度降低，风冷热泵机 组的能效比降低，而当室外气温升高时，蒸发温度升2002年第2期制冷技术15高，热泵的能效比增大在本测试中,当室外气温为 4C,热泵机组的出水温度为40C时,热泵机组的能 效比为2.86,与样本中给出在相同工况下的能效比 为3.5差18.3%.另外，热泵机组的制热量还受室

15、外空气相对湿度的影响，当空气相对湿度高时，热泵 制热时，空气换热器(蒸发器)非常容易结霜，结霜不 仅增大空气换热器的霜层热阻而且会降低蒸发温 度，再者，机组在融霜时会消耗一定的能量，同时循环 热水的温度会降低.本测试的室外温度为0C时，空 气的相对湿度已超过75%,机器运行时非常容易结 木目J 一 |,tL卜一-|_.10J Z Ulz室外空气温度C)7EER随室外空气温度的变化(3) F大楼F大楼是一家医院，它使用了 6台风冷热泵机组 作该大楼空调系统的冷热源.每台热泵机组的制热 量为680kkW制热所消耗的电能为200kW.测试 日，开启了 4台热泵机组制热.F大楼热泵的能效比随热水进出口温差变化的情况见图8.8热泵EER随热水进出口温差变化情况从图8中可知，四台热泵机组的能效比EER均随热水进出口温差的增大而升高，这说明当热泵机组 的负荷越大并接近满负荷时，热泵的能效比较高，而 当热泵机组处于部分负荷运行时，机组的能效比不理 想，甚至较