新型热泵空调系统的工程应用研究

2015-01-06高文财李棱雪广东技术师范学院天河学院

大陆桥视野 2015年22期

高文财李棱雪/广东技术师范学院天河学院

新型热泵空调系统的工程应用研究

高文财李棱雪/广东技术师范学院天河学院

传统的制冷、热水与供暖一体的三联供空调系统只有在制取生活热水这段很短的时间内是高效运行的。设计一种新型的风水冷热水空调系统，在夏季，增加冷却塔的运行，将不需要热回收的那部分热量通过冷却水带走，保证系统每时每刻都能在高能效比的状态下运行。经过实验验证，系统的性能系数可以提高29.47％，达到了节能的目的。

三联供空调系统；新型热泵系统；热回收；性能分析；节能

0.引言

在提倡节能环保的今天，急需能源利用新理念、新技术的提出和研发。常规空调系统需要消耗电能而同时又将大量冷凝热量排放到大气中，这种运行方式造成了大气的热污染，加剧了城市热岛效应；同时生活热水的制备又需要消耗大量一次能源。利用冷凝热回收技术，将排放的冷凝热进行回收以制备卫生热水，既可减少冷凝热的排放，又能减小生活用热水生产过程的能耗[1]。

分析了各种制冷、热水与供暖一体的空调热回收系统，都利用了冷凝废热，提高了能源利用率，但是不能保证时刻在高能效比的状态下运行，只有在进行热回收的短暂的时间内能效比才比较高，当热水满足用户使用要求而不需要热回收时，系统能效比不理想，为此，我们研究一种新的带热回收的热泵空调系统—风水冷热水空调系统，在热回收设备处连接冷却塔，将不需要回收的那部分热量通过冷却水带走，保证系统时刻在高能效比条件下运行。经理论分析，该系统投资回收期比较短，具有良好的经济效益、节能效益和环保效益。

1.冷凝热回收基本方案

1.1传统热回收系统方案

传统的制冷、热水与供暖一体的空调系统，从蒸发器出来的低温低压制冷剂气体，通过压缩机对其压缩做功，使其变为高温高压制冷气体，然后排放到热回收器中；利用水泵将常温水送到热回收器中，在热回收器里常温水与高温制冷剂进行热交换。在将制冷剂冷凝的过程中同时将水温升高，然后温升后的水进入贮水箱，再由水泵从贮水箱中将温升后的水再送到热回收器中进行下一次热交换，使水温进一步提高。最终，贮水箱中的水经过多次进行热交换，最终达到客户要求的水温（50～60℃）。这样使得制冷剂温度大大降低，冷凝温服也相应降低，从而提高了机组的运行系数。但当水箱温度满足设定要求时，送水到热回收器的水泵停止工作。这样系统只有在制取生活热水这段很短的时间内是高效运行的。

1.2传统热回收方案的改造

改进后的系统——风水冷热水空调系统，引进冷却塔，系统原理图见图1，因为在冬季，冷却塔系统是不开的，此系统的运行跟传统制冷、热水与供暖一体的空调系统运行完全一样。在夏季，由于增加了冷却塔的运行，将不需要热回收的那部分热量通过冷却水带走，进而在降低系统的冷凝温度的同时，还增大了过冷度，这样就能保证系统每时每刻都能在高能效比的状态下运行，使得该系统的能效比增加，以达到节能环保的目的。

图1 新系统——风水冷热水空调实验系统原理

2.实验数据分析

2.1实验平台的搭建

广州某办公楼的热回收系统，总建筑面积为8229m2，总空调面积为5266.56 m2，空调面积占总建筑面积的64％。该建筑空调设计总冷负荷为600kW，选用两台特灵CXAH120型号的空气源热泵机组，单台制冷量305kW，制冷输入功率104.2kW，采用4台高效涡旋式压缩机，制冷剂为R407c。采用南大傲拓软件监控调节整个系统，并实时采集系统运行数据。

冷凝器的放热量与空调负荷的变化同步，而与生活热水负荷变化是不同步的，机组的正常运行要求冷凝热、冷却水量、热水用量平衡，常与现实不一致，所以在机组运行过程中增加热水辅助热源—加热水箱，以满足用户的需求。

2.2夏季制冷工况分析

实验条件：广州地区，室外控制干球温度35℃，室内控制干球温度26～28℃，相对湿度45％～65％，实验过程中热水供应的水流量保持不变，热水供应的进水温度变化，导致热水出水温度变化，系统性能系数变化。取10个测点，分别表示不同的进水温度。传统热回收系统作为系统1，改进后的系统作为系统2。实验结果见图2和图3。

系统制冷性能系数COPc=制冷量/设备总输入功率

系统总性能系数COPz=（制冷量+热回收量）/设备总输入功率

图2 系统1与2热水供应进、出水温度变化

图3 系统1与2的制冷性能系数

由图2和图3可见，系统的进水温度影响着热水的温升量，影响着系统的各项性能系数。热水的温度升高量随进水温度的升高而降低，系统的COP随进水温度的升高而下降。系统2最高制冷系能系数为5.60，系统1最高性能系数4.56，改造后的系统比传统的热泵回收系统制冷性能系数平均提高29.47％，系统总系能系数提高22.93％。