空气源热泵热水机组的全工况性能及试验装置的研究.pdf

空气源热泵热水机组的全工况性能及试验装置的研究.pdf

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No.4/2009总第128期第30卷制冷空调与电力机械RefrigerationAirConditioning&ElectricPowerMachinery中图分类号：

TU832.1+4文献标识码：

B文章编号：

1006-8449（2009）04-0065-040引言“节能减排，降低能源消耗”已成为我国未来经济发展必然要面对和解决的问题。

空气源热泵热水机组在能源供应日益紧张的今天，凭借其高效节能、环保、安全等诸多优势，在市场上迅速得到推广。

自2005年，空气源热泵热水机组进入国内市场，基本上保持每年150%200%的增长比率，2010年预计市场销售总量会超过50万台，市场前景广阔1。

1发展前景介绍目前，国内厂家销售最多的还是商用热泵热水机组，其中较早进入热泵热水器行业的企业年销售额已上亿元，但主要的销售领域集中在宾馆酒店、集体宿舍及高档别墅区。

宾馆酒店在全国的数量非常庞大，而完成热泵热水系统节能改造的还很少；学校和工厂的宿舍人口密度大、人员相对集中，对于热水的需求量很大；对于高档楼盘，开发商可利用空气源热泵热水机组节能、安全、环保的优点作为吸引客户的卖点。

所以，空气源热泵热水机组仍有广阔的市场空间，据初步估计，未来两年市场容量将达到4050亿元2。

在一些发达国家，居民使用空气源热泵热水机组的比例已高达70%，但相对于商用热泵热水机，我国家用热泵热水机的市场仍处于起步阶段。

虽然目前有些厂家已把发展重点放在高端家用机，但产品价格却让普通消费者难以接受，一般的2HP机的价格都在万元以上。

但是家用机市场的广阔是不可忽视的，所以家用热泵热水机发展的终极目标还是生产适合普通消费者使用的质优价廉的产品。

市场的广阔也使得大批企业涌入，现在热泵热水机行业主要由专业热泵热水机企业、电器生产企业和中小企业组成，而中小企业在数量上占据80的比例，其家庭作坊式的生产方式，没有性能匹配的设计、没有专门供测试的试验装置，使得产品质量没有保证，这也是家用机市场难以开拓的主要原因3。

随着GB/T21362-2008商业或工业用及类似用途的热泵热水机标准的颁布实施4，热泵热水机的行业将规范化，市场的竞争也将不再停留在低层面的打价格战，而是注重产品质量的提升。

为了能准确地检测产品性能，保证产品的质量，需要开发专门针对空气源热泵热水机组性能测试的测试方法及试验装置。

2空气源热泵热水机组全工况性能测试空气源热泵热水机组根据其制热方式分为两种：

一次加热式热水机（简称一次式机组）和循环加热式热水机（简称循环式机组）。

一次式机组为使用侧进水流过热泵热水机一次就可达到设定温度的热水机，类似于电热水器中的即热型；循环式机组为使用侧进水通过水泵多次流过热泵热水机才能逐渐达到设定终止温度的热水机，类似于电热水器中的贮水型，需要配置相空气源热泵热水机组的全工况性能及试验装置的研究周俊海，张伟，马金平，冯翠花，钱雪峰（合肥通用机械研究院，安徽合肥230088）摘要：

介绍了空气源热泵热水机组的市场发展现状及存在的相关问题；对4台空气源热泵热水机组的全工况性能进行了测试和分析；对机组全工况性能试验装置的配置及相关问题进行了分析，为试验装置的研究设计提供了依据。

关键词：

空气源热泵热水机组；全工况性能；恶劣工况试验；试验装置技术交流No.4/2009总第128期第30卷制冷空调与电力机械RefrigerationAirConditioning&ElectricPowerMachinery应容量的保温水箱。

针对市场上的空气源热泵热水机，我们挑选了4款循环式机组，对其在名义工况下（环境干球温度20，湿球温度15，进水初始温度15，终止温度55）的性能进行了测试，测试数据见表14。

在名义工况下测试时，机组的能效比一般都能达到4或者更高。

那么在不同的工况下，机组的能力又是如何呢？

我们挑选了机组1在高温工况、低温工况、融霜工况以及超低温工况下进行了测试，测试数据见表2。

以上工况的环境及进水温度都是模拟现实环境的使用情况。

从数据中可以看出，随着环境温度的降低，制热量、功率和能效比都随之下降，如图1图3所示。

因此，如何提高各工况下机组的性能，开展对机组全工况性能的研究以及机组在各工况下运行的可靠性都是非常重要的课题，而这些研究必须配备满足各工况运行的全工况试验装置。

3空气源热泵热水机组全工况试验装置本试验装置针对加热量为230kW的空气源热泵热水机组进行测试，为保证试验装置可以满足该类产品的测试和研究，首先要根据机组试验系统的特殊性，对试验装置的两大重要组成部分：

空气处理系统和水处理系统进行研究。

3.1空气处理系统空气处理系统主要配置循环风机、蒸发盘管、电加热和电加湿，对环境间进行降温、除湿或者加热、加湿处理，以保证达到测试要求的干、湿球温度。

对于空气源热泵热水机组的测试，全工况的运行情况更能体现出产品的质量优劣。

但全工况中恶劣工况的运行对试验室提出了新的要求。

3.1.1高湿度的连续运行例如融霜工况，干/湿球温度为2/1，相对湿度为83。

样机需要在相对湿度70以上的低温环境中连续运行12h、24h，甚至更长时间。

空气处理系统长时间运行，蒸发盘管难免会结有很厚的一层霜，导致实验室内部空气的循环风量偏少。

随着时间的延续，空气处理机组的循环风量会越来越少，样机自身的结霜面积和厚度也会越来越小，进而无法模拟样机在真正的高湿度环境中的连续运行。

解决方法及相关问题如下：

（1）压缩冷凝机组能力组合的平衡性。

如一套空气处理系统配置了3台压缩冷凝机组，在设计时保证其中2台的制冷量之和等于第3台的制冷量，这样在长时间运行后切换压缩冷凝机组时工况偏差就不会超出标准的要求；

（2）电器安全。

在高湿度的工况下运行（及运行结束的升温过程），试验装置内部的电器表面有大量的凝露水珠生成，极易造成漏电、短路现象。

设计时考虑将电加热与蒸发盘管的距离加大，增加隔离措施；蒸发盘表1循环式机组测试数据性能数据环境干/湿球温度，水初始/终止温度，机组制热量，kW功率，kW性能系数机组120/1515/5535.138.584.09机组220/1515/5533.247.924.20机组320/1515/5534.708.873.99机组420/1515/5533.528.543.98表2循环式机组全工况性能测试数据性能数据环境干/湿球温度，水初始/终止温度，机组制热量，kW功率，kW性能系数名义工况20/1515/5535.138.584.09高温工况43/2629/5539.869.204.33低温工况7/69/5527.107.843.46融霜工况2/19/5521.197.372.89超低温工况7/89/5514.737.182.05技术交流No.4/2009总第128期第30卷制冷空调与电力机械RefrigerationAirConditioning&ElectricPowerMachinery管采用水平布置（现有的大部分是采用竖直布置），使凝露水更快、更及时地排除，以减少结霜；同时对空气处理器的内面板增加或加强保温措施等；（3）蒸发盘管化霜水的及时排除。

在高湿度试验结束的升温过程中，空气处理机的蒸发盘管将有大量的化霜水产生，设计空气处理机底部接水盘的结构及布置方式时要考虑到这一点，排水管要采用较大管径。

3.1.2低湿度的连续运行例如最大负荷工况，干/湿球温度为43/26，相对湿度为26。

空气源热泵热水机组试验室只有一个环境间，样机的吸热侧也就是蒸发侧，对湿球温度的要求较为严格。

当环境间的湿球温度高于设定温度时可采用加开冷机、打开旁通风阀或将循环风机的风档切换成低风档的方法来解决：

（1）使用加开冷机的方法，除湿的效果比较明显，但投入的冷量加大了，就需要相应的投入更多热量来保持房间温度的平衡，也就需要消耗更多的电能。

试验室设备多，耗电量大，所以试验室空气处理机组配套的压缩冷凝机组的制冷量需要一个科学的配比，设计时压缩冷凝机组的制冷量按25%、50%、75%、100%容量组合配置，以保证在投入较少冷量的情况下，试验室环境的温度和湿度能达到稳定；

（2）打开旁通风阀或降低循环风机风量，都是通过减少流经蒸发盘管的风量，实现除湿效果的提高。

此方法适合在湿球温度偏差较小时使用。

在一些环境湿度较大的南方地区，设计时考虑增大旁通风量或者使用变频循环风机来达到低湿度的要求。

3.2水处理系统3.2.1一次加热式机组的测试试验装置流程如图4所示。

试验水箱配备有冷水机组和电加热，水箱上安装铂电阻来监测水箱温度，铂电阻经过变送器到PID调节表，调节表根据设定的温度值与实际测量值的偏差，通过电力调整器（简称SCR）控制投入电加热量来恒定水箱温度，从而保证进水温度达到测试要求。

水泵采用变频器控制水流量，保证出水温度达到测试要求。

当试验环境温度越低时，要求相应的进水温度也就越低，机组越小则水流量就越小（如3kW空气源热泵热水机的名义工况流量只有0.06m3/h）；试验室周围的环境温度越高对低进水温度的影响就越大，如3kW的热泵热水机要求的进水温度为9时，在夏天通常试验水箱的水温要调到4.5甚至更低。

设计时试验水箱到被试机的进水管路要尽可能短，并且加强保温措施。

有的测试要求的进水温度是6，甚至是2，普通冷水机组已无法满足该要求，所以设计时需要考虑采用低温型冷水机组，或增加一级换热来满足低进水温度的需求。

3.2.2循环加热式机组的测试试验装置流程如图5所示，由图可看出，循环式机组按热水机提供水泵和不提供水泵分为两种形式。

对于不提供水泵的机组，需选配水泵，使得循环水流量保持一定值，循环水流量的值在机组名义制热量条件下，假设循环水在热水机换热端温升5时，根据下式计算得到：

qv3600QnCt

（1）式中qv循环水流量，m3/h；Qn热泵热水机组名义制热量，kW；C水的比热容，kJ/（kg）；水的密度，kg/m3；t温差，取5。

对于提供水泵的热水机组，水泵按正常使用情况运行，调节试验装置，使热水机的进出口压差保持在设计值。

循环式机组的测试除了供水的设备外，还需要增加一套能准确测定温度的标准水箱。

目前名义工况测试的做法是给标准水箱提供要求的水量，然后开机进行测试，要求的初始水温是15，但即使标准水箱里的水温刚开始时是9，对于一台能力较大的样机，开机后往往无法保证水箱水温升到15时环境工况就技术交流No.4/2009总第128期第30卷制冷空调与电力机械RefrigerationAirConditioning&ElectricPowerMachineryImprovementanditsImplementationofWholeProcessesFeedWaterAutomaticControlSysteminThermalPowerPlantLIUQi-bin1，2（1.ShanghaiJiaotongUniversityAutomationDepartment，Shanghai200062，China；2.XinhuaControlEngineeringCo.，Ltd，Shanghai200245，China）Abstract：

Aprojectwastakenasanexampleanditsimprovedcontrolstrategyforwholeprocessesfeedwaterautomaticcontrolsystemin300MWthermalpowerplantwasproposed.Itsrealizationprocesswasalsodescribedindetail.Withthenewcontrolstrategy,thefeedwatersystemcanbecontrolledautomaticallyfromlowloadtohighload.Thusthemanualworkwillberelieved.Andthefluctuatingofdrumwaterlevelalsocanbeavoidedduringtheswitchingbetweenbypassandmainroadofwatersystem.Keywords：

thermalpowerplan；wholeprocesseswaterautomaticcontrolsystem；lowload；highload；singleelementcontrol；threeelementcontrol作者简介：

刘期彬（1974），男，四川资中人，本科，高级工程师，长期从事大型火力发电厂的分散控制系统设计、安装和调试工作。

已经达到标准所要求的允差。

设计时考虑为标准水箱增加一套冷却装置，以便在工况还没达到要求时水箱水温稳定在15以下，并且提高测试间温度控制调节表的精度和速度，保证在最短的时间内使环境温度达到标准要求的稳定状态。

3.3其它随着客户对模拟试验的重视，试验室需要根据实际情况而改变。

（1）安装。

水用压力表采用非固定式，安装在样机的进水侧。

流量计不仅仅局限于安装在进水侧，有时会安装在样机出水侧；

（2）控制。

增加控制功能，比如控制循环式机组试验装置的试验水箱，可以在一段时间里放出一定容积的水，同时补进恒定温度和一定容积的水，以提高自动化程度。

4结语空气源热泵热水机作为一款节能效果优异的产品，要把市场做大做好，不仅需要专业人士的大力推广，普及其使用优势和节能理念，还要依靠国家和政府部门的全力扶持；而最主要的是制造厂商自身技术和产品质量的提升。

国家标准的颁布使得产品的设计和评价有了规范和依据，那么专业性强、符合产品特点的试验装置的开发研制已是刻不容缓。

参考文献：

1林锴.美的来了J.热泵市场，2007，4：

45.2郭星成.得广东者得天下J.热泵市场，2007，4：

910.3韩敏.热泵热水器整体增长暗藏危机J.电器，2007，10：

2021.4GB/T21362-2008，商业或工业用及类似用途的热泵热水机S.收稿日期：

2009-05-04修回日期：

2009-06-11作者简介：

周俊海（1981-），男，安徽安庆人，本科，工程师，项目经理，主要从事制冷产品试验室系统设计及实施建造，研究方向：

制冷产品试验室系统优化。

ResearchonOverallConditionsPerformanceandTesterofAir-sourceHeatPumpWaterHeaterZHOUJun-hai，ZHANGWei，MAJin-ping，FENGCui-hua，QIANXue-feng（HefeiGeneralMachineryResearchInstitute，Hefei230088，China）Abstract：

Themarketdevelopmentstatusandrelatedproblemsofair-sourceheatpumphotwaterunitwereintroduced.Andtheoverallperformanceof4air-sourceheatpumphotwaterunitswastestandanalysed.Thentheconfigurationoftestdeviceandrelatedissueswereanalysed.Itprovidedreferenceforthedesignandresearchoftheair-sourceheatpumphotwaterunitsoverallperformancetestdevice.Keywords：

air-sourceheatpumpwaterheater；overallconditionsperformance；atrocioustestingconditions；tester技术交流（上接第102页）