1、大溫差水源熱泵冷凍水系統的應用分析摘 要：通過對水源熱泵冷凍水人溫差系統的分析，結合實驗室的數據，從技術、經濟性等 方面做了相關的闡述，對設計人員的設計應用起到了指導的意義。關鍍詞：水源熱泵冷凍水系統人溫簽卩能水源熱泵技術作為一種冃前流行的節能技術，能夠提供比驅動能源影的熱能，在節約能 源、保護環境方面典仃獨特的優勢，獲得了較為廣泛的應用，収得了一定的卩能和環保效亞。在國內的空調設計屮，水源熱泵的額定供回水溫度一般設計為7 -C/12 °C,溫差為5 °C。 水源熱泵冷凍水人溫差運行方式是近幾年在國內逐漸發展起來的空調設計新思路，梵區別 常規系統的主耍特點是在保持冷水機組供

2、冷彊不變的基礎上，增人供回水溫差，從而減少了 供水流磺。由J：流磺的減小，冷水泵的能耗得以降低.同時水泵型匕、冷水管路的管徑也可 相應減小，降低了初投資。本文將從技術及經濟性的角度，再結介一些實驗對人溫差高溫熱泵的可行性進行分析。1水源熱泵機組人溫差運行狀況1.1水源熱泵冷凍水供回水溫差對機組能力的影響雖然人多數廠家稱，普通的水源熱泵機組能夠用人溫差系統，但由J：大溫差運行模式 卜，水源熱泵機組冷凍水進出水溫度改變，對機組的制冷（制熱）能力，以及COP值均發 生了改變。充分了解機組能力和COP值的改變，対如何有效地W用人溫差系統是非常晅耍 的。1.1.1水源熱泵進出口溫度對蒸發溫度的影響171

3、615141312進水溫度X?人溫差運行模式対水源熱泵機組COP值的影響直接作用機組的蒸發溫度卜.，通過影 響蒸發溫度從而影響了機組的COP值。圖1給出了 OAK （歐錯）水源熱泵機組的蒸發溫 度與進、出丨1水溫度的關系。出水溫度6X? 出水溫度79 出水溫度89圖1機組蒸發溫度和進出水溫度的曲線關系從上圖可知，在水源熱泵機組的出丨1水溫恒定時，其蒸發溫度隨進II水溫（也即 進出II溫差）的増人而提高；而水源熱泵機組進II水溫怛定時，蒸發溫度隨出II水溫的增人 而提麗11提升幅度更人，此說明相對水源熱泵機組!hi I水溫的變化，水源熱泵機組進11水 溫（進出II溫差）對J：蒸發溫度的影響相対較

4、小。圖中的數據表明，機組出水溫度由7 °C 降至6 C,蒸發溫度將降低1 C左右，這對水源熱泵機組將產生較大的彩響，但進水溫度 從12 C升至17 °C時，每提高1 C,蒸發溫度的提升僅0.1 °C左右，對水源熱泵機組的影響將非常有限。1.1.2水源熱泵機組進出口水溫對機組COP的影響圖2中是OAK水源熱泵機組隨機組出丨I水溫和進出水溫差的變化曲線。該機組的額定3.50456789進出水溫差5CH1水溫度T6°C出水溫度Tr7t出水溫度-»-8-Cll水溫度o O6 35.5.o OO 75.4.o o O 4 18 4 4 3參數如表1所示。

5、我1水源熱泵機組隨機組出丨1水溫利進出水溫差的變化曲線冷凍水出口溫度/冷卻水出11溫度制冷W：壓縮機功率COP°Crc/kW/kW值7301 8103664.9圖2機組進出水溫差和COPZ間的曲線關系從圖2可知，水源熱泵出水溫度，對機組的COP值的彩響較人，隨著出水溫度升高， COP （ft也隨之增人，當進出水溫差維持在5 °C時，機組出水溫度由5 °C提高到8C, COP 值人約提高17%:若機組出水溫度恒定，隨進出水溫差變人，冷水機組的COP值也隨之提 高，但變化不人。當出水溫度為7 C時，機組進出水溫差由4 C提商到9C, COP值的提 升輛度不到5%。1.

6、2水源熱泵機組運行分析由上述可知，對采取冷水人溫差運行的水源熱泵系統，可通過以F 3種方式提高水源 熱泵機組的空調效率：（1）單機運行，維持水源熱泵機組的出水溫度為設計值，只提高水源熱泵機組的進水 溫度。則采用這種方式水源熱泵機組的COP值將得到一定程度的提升，但若水源熱泵機組 進水溫度過高時，將會影響末端空氣處理設備的運行，尤比是除濕性能，所以為了保證末端 的冷卻除濕能力，末端空氣處理設備衞要做一定的調峭。（2）單機運行，降低水源熱泵機組的出水溫度，增人進出水溫差，這種方式可能會犧 牲機組的COP值，但機組出水溫度的降低可以抵消末端空氣處理設備由J：人溫差工況引起 的性能卜降問題。（3）很多

7、廠家也提出將多臺水源熱泵機組串聯運行，對J：同樣的人溫差工況，例如冷 凍水供回水溫度分別為17 °C/7 °C的情況，卄采取機組串聯運行的方式，設置2臺串聯的冷 水機組，先dll#機組將冷水由17 °C降至12 °C,氏后另1臺2#機組將冷水由12 °C降至7 °C, 如圖3所示，低溫冷水機組運行方式與常規機組相同，但1#機組由蒸發溫度的提高，將 人J常規機組，從而實現了機組串聯運行的節能效果。圖3 2臺水源熱泵串聯運行農2各種機組運行策略的能耗對比運行方式制冷鼠 kW進出水溫度廠C運行費用/萬元節能率/%兩機 組串聯運 行1#I 0

8、5917/1250.431932#1 05912/7單機大溫差1 059*217/759.74.5常規機組1 059*212/762.502末端空氣處理設備人溫差運行分析冷凍水的供回水溫度C接影響著末端空Y處理設備換熱器的冷卻、除濕性能。按常規工況設計的換熱器在冷水人溫差丁況卜的運行性能如何.以卜將進行簡述：2.1大溫差對末端空氣處理設備的影響當冷凍水供回水溫差增人后，曲供回水溫度和水側流磺的變化，末端表冷器的性能也 會發生相應的變化，主耍農現為冷卻能力和除濕能力的改變，而人溫羞運行往往導致冷卻除 濕能力的共同下降，造成室內溫濕度的上升，影響舒適度。5t?6X?7rsr9X：進出水溫差9當表冷

9、器進水溫度為7 C和5 C時，其相對除熱帚（全熱顯熱潛熱）隨表冷器進出水 溫差的變化情況，如圖4所示。-一5全熱值-5C潛熱值5X?昭熱侑全熱值7匸潛熱他7"C顯熱值圖4表冷器除熱量和進出水溫差之間的曲線關系由圖4可以看出,隨著供回水溫差的增人，表冷器的各項除熱量均降低,其中以港熱的 衰減最大，對進水溫度為7 °C的表冷器，肖溫差由5 °C增加到7 C時，潛熱冷帚減少了 39%。另外，減小衣冷器進水溫度能仃效捉高衣冷器的除熱最，從而減小岡人溫岸引起的除 熱量衰減,由圖中數據可知,若系統欲運行于7 °C的供回水溫差下,只要將機組出水溫度 降至5 °

10、;C,就能保證末端表冷器的冷卻除濕性能，相比常規工況不發生衰減。2.2彌補人溫差運行對表冷器損失的措施（1）降低冷凍水的進水溫度。由以上的分析不難看出，降低冷凍水供水溫度，可以提 高末端的去濕能力和制冷能力，部分抵消冷水供水溫差增人対末端農冷器的衰減。（2）增加盤管的排數。文獻6以1 000 m3.li風量的風機盤管為例,在冷凍水供、回水 溫度分別為7.2 -C/12.8 °C、5.6 55.6 °C的情況卜，通過選型得出的所需水盤管的排數如表3所示。町見，增加末端表冷器的排數，可以提髙末端空氣處理設備的制冷能力和去濕能 力，與小溫差情況卜達到和同的效果。表3管排數和表冷器

11、性能的變化4排6排8排t=5 ct=io ect=5 rt=io°Ct=5°Ct=10 °C換熱量/kw5476.0998.1水最/m3/h0.90.371.20.511.50.68水側阻力Wa511.51026.81234.56空氣阻力/kPa120120180180240240注：（1）風鼠:1 000 1113/h：入11空/（干/濕球溫度:27 *C/ 19.5cc；迎而風速：2.5 ni/s： Al為供回水溫差。（3）介理設計表冷器的插接方式延長冷凍水在表冷器中的流動時間如圖5所示，使其 充分換熱。圖5農冷器的抽管示意圖3結語本文分別從人溫差水源熱泵冷凍

12、水系統運行模式的適應性、經濟性等方而分析，得到相 應的結論如卜：（1）常規水源熱泵機組在一泄范陽內都町以不經改造旦接運行人溫差系統卜，若維 持機組的出水溫度不變，而只是提高進水溫度，則機組性能幾乎不變：但當出水溫度降低時, 將2臺水源熱泵機組串聯運行能一定程度提高人溫差丁況卜的制冷效率，是冇效的能源解決 方案。（2）采川冷水人溫差運行方式時，若回水溫度過高，末端空氣處理設備的除濕能力的 衰減最為顯若，因此，人溫差設計必須校核空氣處理設備的除濕能力和冷卻能力，并通過增 加表冷器排數、降低進入末端的冷凍水溫度等措施進行彌補。（3）在冷水人溫差系統的設計中，需要把負荷特性、水源熱泵機組的特性，整個系統 初投資和運行費用等多種內索全而舟世，以垠人程度發揮大溫差在水