ｌ工程建设与设计 Ｉ Ｃｏｎｓｔｒｕｅｔｉａ￣＆Ｄｅｓｌ ＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ 闭式水源热泵空调系统制冷工况分析 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ Ｔｙｐｅ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ 陆浩华 ，邓晓刚 （１．肇庆市恒裕企业发展集团有限公司，广东肇庆５２６０４０；２．重庆科技学院机械与动力工程学院，重庆４０１３３１） ＬＵ Ｈａｏ ｈｕａ ，ＤＥＮＧ Ｘｉａｏ－ｇａｎ （１．ＺｈａｏｑｉｎｇＨｅｎｇｙｕＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｚｈａｏｑｉｎｇ ５２６０４０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｄｍｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１３３１，Ｃｈｉｎａ） 【摘要】介绍了闭式水源热泵空调系统能耗的影响因素，对水源热泵机组定温差、变工况运行时蒸发器侧水温与冷凝器侧制冷剂 温度对机组性能的影响进行分析，并根据工程实际对机组性能的数学模型做了修正。 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｆｏｒａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｃｌｏｓｅｄｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｔｙｐｅｈｅａｔｐｕｍｐ， ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｆｘｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ＳＯｕｒｃｅ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｕｎｉｔｓ ｅｎｄ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｒｏｕｎｄ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ ａｎｄ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｒｏｕｎｄ ｃｏｎｄｅｎｓｅ ｎｄｅｒ ｕｖａｒｉａｂｌｅ ｃｏｎｄｉｉｏｎ ｔｒｕｎｔｉｍｅ Ｏｉｌ ｔｈｅ ｕｎｉｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｌａｓｔｌｙ，ｉｔ ｃｏｒｒｅｃｔｓ ｈｅ ｔｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒｔｈｅｕｎｉｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅ． 【关键词】闭式水源热泵空调；ＥＥＲ；套管式换热器 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ａｉｒｃｏｎｄｉｉｔｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｃｌｏｓｅｄｗａｔｅｒｓｏｒｕｃｅｔｙｐｅｈｅａｔｐｕｍｐ；ＥＥＲ；ｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｏｆｓｌｅｅｖｅｔｙｐｅ 【中图分类号］ＴＵ８３３ ．１ 【文献标志码】Ａ 【文章编号】１００７．９４６７（２０１７）１２．００６８．０２ ［ＤＯＩ］１０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１７．１２．１２９ １冷却水 为了更准确地确定闭式水源热泵系统取水能耗的限值， 定义为： ＥＥＲ＝ｑ／Ｐ （１ｊ 式中，ｑ为制冷机组制冷量，ｋＷ；Ｐ为热泵机组能耗，ｋＷ。 利用数学建模的方法进行研究，即分别对系统各个部分的耗 在制冷工况下，Ｇｏｒｄｏｎ ａｎｄ Ｎｇ被【ｌ】认为是ＥＥＲ与制冷曲 能情况建立数学模型，并进行分析研究。 线吻合度很高的模型： １／ＥＥＲ＝一ｌ＋ｔｋ／ｈ＋（ａ１＋ａｚｔ。＋ａ３（ｔ￣ｔ。））／ｑ （２） ２冷却水温度对热泵机组ＥＥＲ的影响 对于蒸气压缩式热泵机组，最常用的表示热泵性能指标 的是性能系数ＥＥＲ，其工况（或额定工况）制冷性能系数ＥＥＲ 由式（２）可知，ＥＥＲ与蒸发器侧水温ｔ 成正比，与冷凝器 侧制冷剂温度 成反比，并且考虑到“、 。交互作用的影响，蒸 发器侧水温与冷凝器侧制冷剂温度对ＥＥＲ的影响，按厂家提 【基金项目】重庆市基础与前沿研究计划项目：环形水气自激振荡脉 冲射流泵传能效率优化及实验研究（ｃｓｔｃ２０１４ｊｃｙｊＡ９０００３） 供的热泵参数数据库，查得蒸发器侧水温、冷凝器侧制冷剂温 度、输入功率３个已定参数和ａ１ ａ３这３个与机组｝生能有关 【作者简介】陆浩华（＇１９７２ ），男，广东高要人，工程师，从事建筑机 电设备工况分析、选型与设计研究。 ６８ 的拟合系数，代入式（Ｉ）、式（２），可得制冷机组能耗关系式： ｐ＝ｑ（ｔｄｔｏ－１）＋口ｌ＋ｃ ＋鳓（￡ｋ／￡。） （３） 公用工程设计Ｉ ／￣ｂｌ／ｃ Ｕｔｉｌｉｔｋ￣凸＂ Ｉｌ 把工程使用的热泵参数代入式（１）经拟合可求得制冷机 组能耗。 水流量为： ｍ＝ＢＱ ／（ｃ￣ｔ） 式中，卢为修正系数， １．２５。 （１Ｏ） ３套管式换热器传热系数和降压的计算 螺纹槽套管式换热器的所散发的热量为： Ｑ＝ｐｑ Ｃｐ（ｔｏ－ｔｆ）＝ＫＡＡｔ （４） ５冷水管的能量损失 对于闭式水系统，各个热交换器、管道和阀件中都有水在 流动，水流过热交换器、管道和阀件时的压力损失可按以下公 式计算： Ｈｐ＝Ａｌ４ｒｖ２１２ｄ＋ｌ￣ｏｖ２１２＋ｈ （１１） 式中，Ｐ为流体密度，ｋｓ／ｍ ； 为套管式换热器的总传热系数， Ｗ／（ｍ ・。Ｃ）； 为套管式换热器换热面积，ｎｌ ； 为流体比热 容，ｋＪ／（ｋｓ・。Ｃ）；ｇ 为流体质量流量，ｋｇ／ｓ；ｔ０为套管式出水口温 度，。Ｃ；ｔ 为套管式进水口温度，。Ｃ；Ａｔ为流体进出口温差，。ｃ。 螺纹槽套管式换热器的总传热系数： Ｋ＝Ｉ／（１／ａｏ＋Ｔｌ ，Ａ竹２＋１ ｈ） （５） 式中， 为低温流体侧套管壳与流体的表面对流传热系数， Ｗ／（ｍ２．ｏＣ）；Ｏｒ 为高温流体侧套管壳与流体的表面对流传热系 数，Ｗ／（ｍ２￣ｏＣ）；６为螺纹槽套管的厚度，ｒｆｌ，一般为０．００１ ｍ；Ａ 为螺纹槽套管导热系数，Ｗ／（ｍ ・。Ｃ） 、３＇２为套管式换热器的 污垢系数，ｍ２・Ｋ／Ｗ。 根据安装实际，换热器水管外层为光滑管： ０．０２３（Ｍｄｆ）Ｒｅ“＋ｐｒａ， （６） 式中，Ｏ／ 为套管壳与流体的表面对流传热系数，ｗ／（ｍ２．ｏｃ）；Ｐｒ 为普朗特数；Ｒｅ为雷洛数，Ｒｅ＝ｐｖｄ／ｒｌ，其中 Ｊ，７分别为流体 的流速、密度与黏性系数； 为管道直径，ｒｒｌ。 内层为螺纹槽套管： ￣＋－－ｏ．３６３（Ｍｄ。）Ｒｅ。＇６Ｐｒ￣＋（ｈ／ｄｉ）叭 （Ｓ他） （７） 式中，ｈ为槽壳深度，ｍ；Ｓ为螺距，ｍ； 套管式换热器的压降也主要与流体流速有关，当换热器 的型号确定时，传热系数、套管式换热器压降与 的关联式： △：Ｐ＝６０＋６１ｕ￣＋ｂ２ｕｏ２＋ｂ３Ｕｅ。 （８） 式中，△：Ｐ为某型号换热器的压『洚，ＭＰａ；ｕｏ为冷流体的流速，ｍ／ｓ。 根据厂家提供的设备参数经拟合可求得式（８）中的待定 系数ｂｏ．ｂ 、ｂ：、ｂ，。 ４水源热泵水流量与蒸发器进水温度的关系 套管式换热器换热量： Ｑ ＝Ｃｏ－ｎＡｔ （９） 式中，ｍ为流体质量流量，ｋｓ／８；Ａｔ为流体进出口温度差，。ｃ； 为液体的比热。 在工程实践中所需散热量可能超出理论计算的２０％一 ３０％，根据厂家提供的资料，对式（９）进行修正，冷凝器所需的 式中，ｈ 为设备阻力损失，Ｐａ；Ａ为水系统沿程阻力系数；ｐ为 水的密度，ｋｇ／ｍ３；ｖ为水的流速，ｍ３／ｓ；Ｌ为水管长度，ｍ；ｄ为水 管直径，ｍ； 为局部阻力系数。 ６冷却塔公称流量 闭式水源热泵总的水流量为所安装的各台水源热泵水流 量的总和： ｒｒ／，ｔｍ∑确 （１２） 式中， 为各台制冷机冷凝器水流量之和，ｋｇ／ｓ；ｍ 为第ｉ台制 冷机冷凝器公称流量，ｋ 。 把所需参数带入式（１０）、（１１）、（１２），采用迭代法，就能 求出对应的冷却塔的水流量。 ７工程实例 在珠三角西部某商场，长２５０ｍ，宽２００ｍ，所需制冷量 ５ ４５７ｋＷ，所需供冷面积约１层５万ｍ ，水源热泵供冷量约 ３．１万ｍ２，安装４５１台制冷量为１２ｋＷ的水源热泵空调，９台 制冷量为５ｋＷ的水源热泵空调，实际先安装所需冷却塔的水 流量为：１ ０００ｔ／ｈ，出现大量水源热泵空调报警停机。为此，经过 对水源热泵试验统计分析，经计算确定水量过小，散热不足， 逐渐加大水流量，最后确定为１ ５００ｔ／ｈ，满足制冷要求。 【参考文献】 【１】Ｈｕｎ ｊｉｎ．Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ Ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ［Ｄ］．Ｓｔｉｌｌｗａｔｅｒ：Ｏｋｌａｈｏｍａ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００２． 【收稿日期１２０１７．０９．３０ ６９