239重庆某长江水源热泵空调工程冬季测试及分析

重庆某长江水源热泵空调工程冬季测试及讨论重庆大学刘宪英黄忠重庆市建设技术发展中心董孟能姜涵王晶张元杨迪摘要介绍了重庆某长江水源热空调工程冬季运行的现场实测测试仪表、测试数据、测试结果，并对其节能性进行了分析讨论。关键词长江水源热泵现场测试节能0引言由于江河水一年四季温度变化较小，水量丰富稳定，是水源热泵良好的低位能源。长江、嘉陵江流经整个重庆主城区，常年年均水流量长江为8500m3/s，嘉陵江为2430m3/s，两江合流后为10930m3/s；冬（12-2月）夏（6-9月）季平均江水温度（水下0.5m处），冬季12.8℃，夏季23.5℃；冬夏季平均含砂量，长江夏季745mg/l，冬季30.6mg/l；嘉陵江夏季504mg/l，冬季5.34mg/l（以上数据取自2003～2004年的有关水文资料）。两江水质为Ⅱ类（占62.5%）～Ⅲ类（占37.5%）。由此表明重庆具有应用长江、嘉陵江水的有利条件。本文主要介绍某长江水源热泵空调系统的冬季现场测试情况及有关问题的讨论。文献[1]介绍了该工程的夏季测试情况，此处不再赘述。1工程概况该工程为娱乐城，位于重庆南滨路，紧临长江，建筑面积2200m2，空调面积约2086m2，设计制冷量380kW，制热量200kW，采用长江水源热泵空调系统，江水侧采用闭式水环路系统，水下设置盘管换热器。系统采用2台水源热泵机组，机组名义工况制冷/热量为203.8kW/229.8kW，冷却水流量35.05m3/h，制冷/热输入功率36.39kW/54.07kW，冷/热水流量25.82m3/h，冷却水/冷（热）水侧阻力≤60kPa/≤40kPa。冷（热）水及冷却水各采用水泵两台，型号均为ISG80-160A，水流量44m3/h，扬程28m，轴功率4.7kW，转速2000r/min，电机额定功率5.5kW。水下为热镀锌盘管式换热器2个（原系统设计为1个，以后又补加1个），估计换热器面积180m2左右，分别与两台机组的冷却水连接，系统流程见图1所示。系统末端设备为风机盘管和新风机组。图1水源热泵空调系统原理图2测试系统及测试仪表本次测试时，开启一台机组和对应的冷(热)水泵及江水泵，测试时正值娱乐城开业时间，机组、末端设备和新风机组均处于满负荷运行。测试仪表有：①水温测试：金属壳水银温度计，-20~+50℃，0.2℃刻度；②压力测试：弹簧管式压力表，上海正深仪表厂，0~1.6MPa，精度2.5级；③电流、电压测试：ZW3433B三相综合电量表，精度0.5级；④系统总耗电量测试：DEL1X1，DT862-4型三相四线制有功电度表(互感器倍数80)，精度2.0级；⑤室内外空气温度测试：WSC-411P数字温度仪，-50~+50℃，分辨率0.1℃，测试精度±0.5FX。3测试数据2008年1月5日下午4时系统开始运行，检查测试仪表及试测试，确定系统比较稳定运行之后，下午6:50开始正式测试，测试共进行9次，间隔为10min，测试数据详见表1。表1江水源热泵空调系统测试数据表序号123456789平均值测试时间18:5019:0019:1019:2019:3019:4019:5020:0020:10水源热泵机组热水侧进口水压MPa0.190.190.190.190.190.190.190.190.190.19出口水压MPa0.170.170.170.170.170.170.170.170.170.17进口水温℃37.938.939.038.237.837.238.139.238.638.32出口水温℃42.543.842.842.041.342.043.242.343.542.6江水侧进口水压MPa0.140.140.140.140.140.140.140.140.140.14出口水压MPa0.100.100.100.100.100.100.100.100.100.10进口水温℃11.510.910.810.911.011.010.810.811.210.99出口水温℃8.26.26.76.86.86.86.07.26.86.83三相综合电表相电流平均A101.4109.482.181.480.7104.8110.155.8107.492.57相电压平均V233.4234.7235.6235.0235.8234.7234.3235.6234.1234.8供热水泵进口水压MPa0.050.050.050.050.050.050.050.050.050.05出口水压MPa0.270.270.270.270.270.270.270.270.270.27三相综合电表相电流平均A11.5311.5711.5611.5711.5011.6211.6111.5911.5811.57相电压平均V234.8234.9235.58234.13234.50234.83234.60235.03234.67234.70江水泵进口水压MPa0000000000出口水压MPa0.270.270.270.270.270.270.270.270.270.27三相综合电表相电流平均A11.8211.6611.7211.5911.6311.6311.6011.7411.5411.60相电压平均V234.63237.60235.00235.07234.47234.47236.07235.17233.77235.14末端设备三相电量表相电流平均A7.7810.8610.6410.6010.4910.4510.439.929.5210.08相电压平均V234.83237.00235.43235.50234.87234.30234.10235.10234.13235.03系统总综合电量表相电流平均V138.33140.00113.67112.33112.00138.00139.6771.00139.67122.74线电压平均A409409410409410409409409409409.20室外空气干球温度℃10.610.610.610.510.510.410.310.210.210.43室内空气干球温度℃24-2624-26系统电度表度读数kWh(测试时间80min)1395.791395.951396.101396.221396.371396.521396.701396.831396.95注：表中“相电流平均”、“相电压平均”、“线电压平均”均为三相相电流、相电压、线电压的实测平均值。4测试数据整理方法及测试结果4.1数据处理方法4.1.1机组制热量Qh计算方法3600/LtCQphkW(1)式中，—进出水平均温度下的密度，kg/m3；本次测试热水进/出口平均水温为38.32/42.6℃，平均温度40.46℃，查水的热物性表，=1011.3Kg/m3；pC—水的定压比热，取4.19kJ/(kg.℃)；t—水源热泵机组热水进出口温差，由实测计算可得(42.6-38.32)=4.28℃；L—热水循环流量，m3/h；循环流量根据实测的水泵进出口压差(即扬程)，由生产厂家提供的该型号水泵的性能曲线图查得。由实测进出口压差平均值0.22MPa，可得扬程为22.43mH2O(MPa与mH2O的换算关系为1MPa=101.97mH2O)，由水泵性能曲线图查得水泵流量为58.8m3/h(16.25L/s)(见图2)。由表1(9次)实测的平均值，可计算得制热量Qh为：7.2943600/5.5828.419.43.1011hQkW4.1.2机组江水侧的吸热量0Q3600/0LtCQp(2)式中，—进出机组江水平均温度下的密度，kg/m3；本次测试江水进/出水温为10.99/6.83℃，平均温度38.91℃，查水的热物性表，=1019.4kg/m3；pC—水的定压比热，取4.19KJ/(Kg.℃)；t、L确定方法同Qh。实测平均温差值t=4.16℃,江水泵进出水压差0.27MPa，图2水泵性能曲线图可得扬程为27.53mH2O，查水泵性能曲线图查得水泵流量为48.27m3/h(13.41L/s)(见图2)。由上计算0Q得：3.2383600/27.4816.419.44.10190QkW4.1.3热泵机组、水泵、末端设备耗功率P(即输入功率)用下式计算：1000/cos3相相IUPkW或1000/cos3相线IUPkW(3)式中：相I—相电流(即实测的平均相电流)，A；相U—相电压(即实测的平均相电压)，V；线U—线电压(即实测的平均线电压)，V；cos—功率因数，取0.85。4.1.4系统总电耗测试开始和结束时的电度表差值(互感器倍数80)，即为测定时间的电耗kWh。折合成耗功率应进行时间换算；如本次测试前后共80分钟，电度表前后读数为(1396.95－1395.79)×80=1.16×80=92.8kWh；折合成小时耗功率应为92.8×60/80=69.6kW。4.2测试结果测试结果见表3。5测试结果分析5.1水源热泵机组测试结果的热平衡检查机组的制热量Qh应与机组江水侧的吸热量0Q和热泵机组耗功率P机表3测试结果统计表(由表2，测试值为55.42kW)之和相平衡，测试结果两者的偏差Δ为：Δ＝[Qh－(Q0＋P机)]/Qh＝[294.7－(238.3＋55.42)]/294.7＝0.33%热平衡检查表明，测试精度较高，测试结果可信。5.2系统总耗电量测试结果的比较系统总耗电量测试值应等于热泵空调系统机组耗电量，热水泵耗电量、江水泵耗电量及末端设备耗电量之和，测试结果两者的偏差Δ取绝对值为：Δ＝[73.91－(55.42＋6.92＋6.99＋6.04)]/73.91＝1.97%系统总耗电量与电度表测试偏差Δ为：Δ＝[73.91－69.6]/73.91＝5.83%综上，三种耗功率测试结果相差均在6%以内，表明电功率测试结果可信。5.3测试工况下水源热泵机组的制热能效比(EERh)按表2测试结果，机组制热量294.7kW，耗功率55.42kW，则EERh=294.7/55.42=5.32kW/kW5.4本工程空调系统总能效比(EER宗)本工程的系统制热总能效比EER总等于系统制热量除以系统总耗电量，即EER总=294.7/73.91=3.99kW/kW。5.5系统节能性探讨由于没有类似常规空调工程实例的数据，下面仅就重庆市冬季供暖目前最常用的两种方式进行一些能效和运行费方面的近似比较。5.5.1与国内知名品牌风冷热泵冷热水机组比较表3列出了与测试机组容量相近的几种知名品牌风冷热泵冷热水机组额定工况和测试工况下的制热量、耗功率和制热能效比，其中耗功率值包括机组压缩机和室外侧换热器风扇的耗功率；本工程水源热泵机组的耗功率包括压缩机耗功率和江水泵的耗功率。采用如上两种机组空调系统的热水泵和末端设备基本相同，不在比较范围内。表3几种知名品牌风冷热泵冷热水机组性能工况性能参数30RQ232G（R410A涡旋式）RTXA209（R22螺杆式）AWHC-L75（R22活塞式）ACDXHP-070（R22螺杆式）30SHP250（R134A螺杆式）SALS080HB（R22螺杆式）M4AC850A（R407C涡旋式）本工程测试额定工况制热量kw228248255285291245270--输入功率kw6775.575.976.885.670.693.5--制热能效比kw/kw3.43.283.363.713.463.472.89--测试工况制热量kw236.5271.5281.5310316.3266294.3294.7输入功率kw64.577.2576.8382.184.968.692.562.41制热能效比kw/kw3.843.513.663.783.723.883.184.72表中，额定工况为进/出水温度40/45℃，室外环境温度7℃；测试工况为进/出水温度38.32/42.6℃，室外环境温度10.43℃。表中值是根据产品样本中的变工况性能表或变工况性能曲线换算得到。由表中看出，7个知名品牌机组在测试工