1 热源塔热泵系统试验台的构建
试验台系统由热源塔、溶液循环系统、制冷系统、冷热水循环系统和测量系统组成,热源塔是影响热源塔热泵系统性能的关键部件之一,常规冷却塔设计工况为夏季散热工况,运行条件和工况与热源塔不同,直接采用常规冷却塔作为热源塔将会存在一系列问题:冷却塔风量与水量的配比、布液方式等。因此,作者以常规开式填料逆流冷却塔为基础,重新改装设计。
溶液循环系统主要由热源塔、溶液泵、板式换热器、再生热源组成。溶液循环系统,制热运行时,温度较高的溶液从热源塔流出后经过溶液泵加压后经过流量传感器进入板式换热器,溶液在其中与制冷剂换热,放出热量,温度降低,从板式换热器出来后进入热源塔,低温的溶液在热源塔中与空气进行传热传质,溶液吸收热量,温度升高,如此循环;当溶液因吸收空气中水分,浓度变小时,则需进行再生,再生运行时,制冷系统不工作,热源塔出来的溶液经过再生热源加热后,经过溶液泵、板式换热器后进入热源塔,与空气进行传热传质,空气将溶液中水分带走,溶液温度降低,实现溶液再生。
冷热水循环系统由壳管式换热器、水泵、加热器和空调箱组成。热泵制取的热水,通过水泵加压后,经过加热器进入空调箱,热水在空调箱中将热量放出,温度降低后进入壳管式换热器,与制冷剂换热,再次升温,如此循环。循环中加热器的作用是通过调节加热量的大小保证壳管式换热器的热水进水温度恒定,水泵为变频水泵,可进行冷热水流量调节,从而保证系统试验工况稳定。制冷系统为常规热泵系统,系统压缩机采用全封闭变频转子压缩机,型号为BH108X1C-20FZ,额定制冷量为5.12kW,频率变化范围为30~120Hz,通过外置变频器调节压缩机运行转速,从而实现容量调节,制冷剂为R22。冷热水侧换热器采用壳管式换热器,制冷剂走壳程,冷热水走管程。溶液侧换热器采用阿法拉伐高效不锈钢板式换热器,节流阀采用电子膨胀阀,通过自行研制的电子膨胀阀控制器进行过热度自动调节,可实现较低的过热度可靠运行。
实验装置测量系统的测点,可实现壳管式换热器进出口冷热水温度、板式换热器进出口溶液温度、热源塔进出口溶液温度、环境温湿度,压缩机吸排气压力,溶液流量、热水流量以及压缩机耗功等参数的实时测量。温度传感器采用铠装Pt100铂电阻温度传感器,型号为WZPK-164S,测温范围为-200~+500℃,测量精度为0℃。环境温湿度传感器采用维萨拉HM330型温湿度变送器,测量精度为+-0.1%。压力传感器采用麦克MPM480绝压变送器,测量范围有0~1.5MPa和0~2.5MPa两种规格,测量精度为+-0.5%,输出4~20mADC标准电流信号。流量传感器采用涡轮流量传感器,其型号为LWY-15C,输出4~20mADC的标准电流信号,测量精度为1.0%。压缩机功率测量采用Ainuo79H系列三相电参数综合测量仪,测量精度为+-0.25%。测量系统所有信号采用Agilent34970A数据采集仪采集并通过电脑上实时显示、保存和分析。
2 试验与结果分析
常规冷却塔在夏季运行,额定工况为进水37℃、出水32℃、冷却水有5℃温差。而热源塔冬季运行时,因传热传质的方式和过程不同,热源塔冬季运行的换热量小于夏季运行的换热量,热源塔溶液进出口5℃温差将很难保证。同时溶液进出口温差不仅与热源塔本身有关,还与热泵系统本身构成耦合,由两者共同决定,并影响热源塔热泵系统的运行特性和性能。为此,作者针对所构建的热源塔热泵实验装置,通过调节溶液流量,进行不同热源塔溶液进出口温度下的热源塔热泵系统供热实验,以得出溶液进出口温差对热泵系统运行特性和性能的影响规律。在实验过程中,热源塔热泵系统保持供热出水45℃、回水40℃恒定不变。
3结论
(1)本文所构建的热源塔热泵装置将水冷冷水机组与空气源热泵融合,实现夏季水冷制取冷冻水和冬季将空气作为热泵热源。通过一系列试验证明,热源塔热泵装置具有良好的制热效果,系统运行稳定可靠,彻底避免了空气源热泵的结霜问题。
(2)在环境温度为-1.2℃时,热源塔热泵装置进行不同热源塔溶液进出口温差下的系统供热试验,结果表明:压缩机的耗功与制热量随着温差的增大而减小,温差从1.5℃增大到3℃时,压缩机耗功仅减小0.1kW,说明温差的加大对压缩机的耗功影响较小,而制热量由5℃37kW减小至4℃57kW。
(3)当热源塔溶液进出口温差为1.5℃时热泵COP可达3.02,随着温差的增大,热泵COP值不断减小,当热源塔溶液进出口温差为3.时,热泵COP降为2.72。
(4)热泵蒸发温度随热源塔溶液进出口温差增大而下降,由-8.7℃降为-13.1℃。而空气与蒸发温度的温差随之增大而增加,从7.64℃变为11.96℃。
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