双热源热泵制热水与供暖性能诊断.pdf

o 0 年 第¨期 (总 第 卷 第 期 ’ 建 筑 节 能 N o ． 1 1 i n 2 0 0 9 ( T o t a l N o ．2 2 5 ． V o 1 ． 3 7 ) 一 新 能 源 与 环 境 NEW ENERGY ＆ ENVI R0NMENT d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 3 · 7 2 3 7 ．2 0 0 9 ． 1 1 ． 0 1 6 双热源热泵制热水与供暖性能诊断 吕坤 - ， 彭曾根 z ( 1 一 匕 海 同济工程项 目管理咨询有限公司， 上海2 0 0 0 9 2 ； 2 ． 东南大学 ， 南京2 1 1 1 0 0 ) 摘要： 通过对 3 种热泵供暖性能系数( c O P ) 比较可知， 太阳能热泵供暖 C O P 值比空气源热泵高运用试验分析和理论计算发现压缩 机 电效率随压缩机压 缩比的增加 呈线性下降规律 ， 并直接导致双 热源热泵 系统制 热水性能 系数( C OP ) 偏低 ， “-3热水温度超 过 时， C O P 值甚至 1 ． 0 ，但其平均值 2 ． 1 6仍然较低 ；在相 同压缩 比条件 下， 制热 水模式 电效率要 比供暖模式高 0 ． 1 1 ， 表明该 双热源热泵制热水模式性能优于供暖模式， 但是制热 水模式处于较高压缩比条件 下运行， 因而其性能系数 偏低。

0．9 O．6 槲 善0 ．3 O ． O 2 ． 5 3．0 3 ． 5 4 ． 0 4 ． 5 压缩 比 制热水模式 一供暖模式 图 7 双 热源 热泵电效 率 随压缩 比 8变化 为了更进一步 了解压缩机 电效 率对 系统性 能系 数 C O P值 的影响， 将试验 中得到的性能系数 C O P除 以压缩机 电效率从而得到压缩机在 理想等熵运行 条 件下系统的性能系数 C OP ’ 值 ，并对比系统在吸气压 力和排气压力 间进行逆卡诺制热水 或供暖循环 的理 想性能系数 C OP i 捌值 ， 见 图 8 图 8显示， 制热水模式 和供暖模式 的 C O P ／ C OP id ~值处于 0 ． 1 tO ． 3之 间， 而 压 缩 机 等 熵运 行条 件 下 的 C O P ’ ／ C O P i 却 能 达 到 O ． 5 ～0 ． 9 ，说明压缩机 的电效率对系统性能系数的影 响是非常 巨大 的， 通过提高压缩机的电效率可 以极大 提高系统性能系数 0 ． 9 0 ． 6 丑 0 ． 3 0 ． 0 2．5 3．O 3 ． 5 4 ． U 4 ． 5 压缩 比 - 供暖 制热水 图 8 双热源热泵运行不可逆程度变化 另外 ， 性能系数 C OP ( C OP ’ ) 和逆卡诺循环性能系 数 C OP 的 比值可 以用来表征系统不可逆运行 的程 度 ， 其值越 大说 明系统更接近可逆运行 ， 也 即是说系 统处于更佳的运行状态 。

图 8显示 了该双热源热泵制 热水 ／ 供 暖系 统 在压 缩 比 e = 3 ． 4左右 ， C OP ／ C O P i,~ ． f C O P ’ ／ C O P ia ：~ 1) 值最大 ， 也就是说 e = 3 ． 4为系统最佳运 行状态点 综上所述， 压缩机 电效率 叼 对双热源热泵 的制热 水和供暖性能系数 C O P值的影 响是巨大的， 较低的 珊 会导致 CO P值偏低； 另外， 压缩机的压缩比 对系统 运行状态也有较大影响， 系统存在一个最佳 的压缩比， 当压缩机偏离该值运行时， 系统 C OP值也会降低 4 ． 2 热泵机组供囔 }生能模型诊断 太 阳能热泵机组供暖的性能除取决于热泵 本身 的结构特性外 ， 还与冷热媒性质 、 流量 、 室内侧进 口空 气温度及蒸发器进 口流体温度等参数有关 试验 中套 管换热器的水流量维持在 4 L ／ mi n ，室 内温度维持在 1 5℃， 试验 中双热源热泵在太阳能热泵供暖模式下 ， 其工作性能只取决于低温热水温度 的大小， 其性能模 型见式( 4 ) 和式( 5 ) 所示实验数据整理得热泵供暖工 况下吸热量与供热量 比值、 压缩机耗功率与供热量 比 值随套管热交换器( 蒸发器) 进 口水温 的变化关系 ， 如 图 9所示 。

图 9显示吸热量与供热量 比值、 压缩机耗 功率与供热量 比值呈二 次多项式变化关系与热泵供 暖性 能模型显示的变化是一致 的， 运用最小二乘方法 可拟合得到太阳能热泵供暖性能的数学模型： 0．9 O．8 0 ． 7 0．6 O．5 0．4 O-3 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 l 5 l 0 t o．i · w, ／ Q一 ／ 图 9 太 阳能热泵机组供热性 能随进 E l 水温变化 w ／ 岘= 0 ． o o o s t ~ 一 0 ． 0 2 8 7 t &0 ． 8 1 0 8 相关系数 0 ． 8 2 7 ( 9 ) Q ／ ( 咖= 0 ． o o o 8 t ~ 一 0 ． 0 2 4 9 t &0 ． 7 6 8 6 相关系数 0 ． 9 6 4 ( 1 0 ) 对 式( 9 ) 进行数学分析可 以知道， 当 2 8 ． 7℃时， l Q 妇 衄I m in = 0 ．4 ， 这 和图5 中 显 示的 规律是 一 致的 太阳能热泵供暖性能模型中的二次多项式系数 是和热泵压缩机性 能、 冷热媒性质、 流量、 室 内侧进 口 空气温度等有关， 在这些影响因素都确定的基础上其 性能和蒸发器进 口水温呈二次多项式变化 ， 并存在一 个极值点， 也就是说对某个给 定太阳能热泵供暖系统 存在一个最佳进 口水温， 当利用太阳能集热循环维持 热水箱温度在该最佳 进水温 度时可使系统性 能处于 最优运行状态 ， 反之， 系统供暖性能系数则会偏低 。

5结语 ( 1 建立 了一套双热源热泵 制热水 、 供暖 实验 系 统， 并对它的各种工作模式进行介绍通过实验分析 得到该双热源热泵制热水、 供暖实验系统无论在制热 水模式还是在供暖模式 ， 性能系数 C O P值都偏低 ， 特 别是在制热水模式下， C OP值还可能<1 对 3种热泵 供暖性能系数 比较可知太 阳能热供暖性能最佳， 双热 源热泵次之， 空气源热泵最差； ( 2 ) 通过对实验数据的拟合得到压缩机的 电效率 5 模型， 指出随着压缩 比的增大， 电效率呈递减趋势 ， 从 而造 成系统性能系数下 降；通过对 C OP ／ C O P 和 C O P ’ ／ C O P i捌 这 2个比值对比可知提高压缩机的电效 率可 以极大提高系统系统性能系数 ，并得出压缩 比 e = 3 ． 4为系统最佳运行状态点； f 3 ) 通过对热泵机组供暖实验数据拟合得到描述 太阳能热泵供暖性能的 2个数学模型， 对模型进行数 l 学 分 析发 现当 蒸 发器 进口 水温tin = 2 8 ．7 ℃ 时， Q 噌I = 0 ．4 ， 即C O P l nm = 2 ．5 ， 因而 2 8 ． 7 ℃为系统蒸发器最 佳进水温度 ， 当实际进水温偏离该值时都会降低系统 性能系数 。

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