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JB/T 《空气源塔水源热泵机组》标准制定说明

发表日期:2019/4/2 10:19:45 来源:《制冷与空调》 评论 总点击量:

近年来,以水源、空气源为代表的热泵技术正得到快速发展,各类产品不断推陈出新。但是水(地)源热泵机组会受到地下水资源、地质条件的限制;空气源热泵机组的蒸发器冬季供暖时容易结霜,导致机组供暖效果不稳定。为了克服上述两种产品的局限性,空气源塔水源热泵出现了,它是一种通过空气源塔的热交换和热泵机组的作用,从而实现制冷、蓄冰、供暖以及提供卫生热水等功能的产品。冬天空气源塔利用冰点低于0 ℃的载冷剂,高效提取低温环境下空气的热能,释放蒸发器产生的冷量,通过向空气源塔水源热泵机组输入少量电能,实现低温环境下热能向高温环境的传递,达到机组制热的目的;夏天空气源塔可起到冷却塔的作用,将机组冷凝器的热量释放到大气中,达到机组制冷的目的。

空气源塔水源热泵机组具有制热时不需除霜、不必使用辅助电加热、整机能效比较高等优点,在我国冬冷夏热地区和大部分寒冷地区被迅速推广使用。

但由于国内暂没有与空气源塔水源热泵机组相配套的国家或行业标准出台,生产企业各自确定名义工况,自定产品性能,导致市场(设计院、用户)选型时无依据可查,行业状况较为混乱。本标准制定后,可彻底改变现有的状况,既规范了生产,又方便了市场,同时可引导空气源塔水源热泵机组这种新兴产品向着更加科学、更具创新性、更高性能的方向发展,对整个制冷空调行业的发展起到积极的作用。目前,该标准已通过审查,报批国家相关主管机构。


1  产品的范围、定义与型式

本标准适用于采用电动机械压缩式制冷系统,以通过空气源塔和大气进行热质交换的水或载冷剂为冷(热)源的水源热泵机组,其制冷量(制热量)大于250(150)kW,包括普通型个低环境温度型,其适用的大气环境湿球温度范围为分别为-9 ℃~43 ℃及-25 ℃~43 ℃。

空气源塔水源热泵机组(以下简称机组)定义是一种以水或载冷剂通过空气源塔和大气进行热质交换而获得冷(热)源,来制取冷(热)水的设备。

为了便于机组的设计和制造,同时便于用户、设计部门的选型和应用,标准做了以下合理的范围界定和产品分类。

1)机组的制冷量(制热量)大于250(150)kW,这是最小的满液式蒸发器结构要求的冷量,冷量太小,蒸发器筒体不够大,满液式蒸发器的一些内部结构难以实现。

2)机组按适用的环境温度分为普通型和低环境温度型。普通型就是指机组适用于冬冷夏热地区即冬季环境湿球温度高于-9 ℃;低环境温度型是指机组适用于环境湿球温度高于-25 ℃,要求在这个温度以上时机组不会停机保护,能运行,但在低于-20 ℃时不做性能测试,性能测试只考核环境湿球温度大于等于-20 ℃的情形。

3)机组按照功能划分为热泵型和单热型。除了热泵型之外,还规定了单热型,但没有单冷型,因为单冷就是冷水机组,是GB/T 18430规定的内容,从这点我们也可以体会到该标准主要是针对制热而定的。

4)该标准和GB/T 19409—2013《水(地)源热泵机组》的区别就是该标准的冷热源是水或载冷剂通过空气源塔和大气进行热质交换而获得。

5)空气源塔是空气源塔水源热泵机组系统必备的一种向大气吸排热的塔式换热装置。


2  测试方法

在进行机组的制冷量和制热量试验时,试验方法参照GB/T 10870《容积式和离心式冷水(热泵)机组 性能试验方法》。


3  试验工况

标准对试验工况的规定主要体现在以下几个方面:

1)使用侧的工况参数为出机组水温度和水流量的组合;空气源塔侧(热源侧)的工况参数为进机组水温度和水流量的组合,制冷时空气源塔侧(热源侧)的进机组水温度与GB/T 18430.1—2007和GB/T 19409—2013的规定相同;制热时空气源塔侧(热源侧)进机组水温度是依据对应的环境温度及载冷剂的换热温差而定的,内容详见标准中的试验工况表。该规定一方面使得试验具有良好的可操作性,另一方面也与冷水机组、水(地)源热泵机组等其他同类产品标准保持一致,并与国际接轨。

2)对于热泵型机组,做制热运行时空气源塔侧和使用侧的水流量均采用名义制冷工况确定的使用侧水流量。

3)单热型机组仅需进行制热工况试验。进行该工况运行时,其使用侧的水流量由单位制热量水流量而定,即采用名义制热量计算确定的水流量,同样使用侧的水流量同与冷水机组、水(地)源热泵机组的规定相同,确保使用侧的进出水温差为5 ℃。空气源塔侧的载冷剂流量是这样规定的:普通型单位制热量水流量为0.248(m3/kW·h),进出口温差约为3.5 ℃;低环境温度型单位制热量水流量为0.323(m3/kW·h),进出口温差约为2.7 ℃。可以看出进出口温差都小于5 ℃。这是考虑到机组名义制热工况的定义(是根据冬季供暖室外计算温度而定),机组制热运行时,约80%时间是在规定名义制热工况环境温度以上,为了在规定的名义制热工况运行时从大气中获得更多的热量,减少和环境温度的换热温差,提高蒸发温度,减少压缩机的压比,提高制热效率而特别加大流量,具体内容详见标准中的试验工况表。

4)标准中提出了测试溶液优先使用铭牌上指明的载冷剂,铭牌上未指明载冷剂时,可使用氯化钙水溶液或其他溶液。不同载冷剂的物性不同,不同工况测试时的溶液浓度以确保不冻为原则。载冷剂选择必须遵循的原则是安全性、经济性、可获得性(方便采购)、方便操作等。机组与载冷剂接触的表面要根据所选的载冷剂特性做必要的防腐处理,确保机组运行安全可靠。


4  部分负荷工况

标准对部分负荷工况的规定主要体现在以下几个方面:

1)使用侧的工况参数为出机组水温度和水流量的组合,规定同试验工况的名义工况;制冷时空气源塔侧(热源侧)的工况参数为进机组水温度和水流量的组合,规定同GB/T 18430.1—2007的规定。详见标准中的部分负荷工况表。

2)东南大学的梁彩华通过研究南京(普通型的典型城市)和北京(低环境温度型典型城市)两个典型城市机组的制热综合部分负荷性能系数计算方法,得出了普通型和低环境温度型制热部分负荷的考核点分别如表1所示。


考虑到换热量的变化,换热温差的不同,最终确定了制热时不同负荷(100%、75%、50%、25%)的空气源塔侧(热源侧)的进机组水温度,详见标准中的部分负荷工况表。


5  性能系数

为了便于用户和设计单位的选型和了解机组运行时的综合性能,标准规定了名义工况下的性能系数和综合部分负荷制冷和制热性能系数。

1)标准中规定了名义工况下的性能系数,分制热性能系数COPh和制冷性能系数COPc。制冷的性能系数COPc限定值与标准GB/T 19409—2013中的水环式要求相同,因为两者试验工况相同,但本标准的机组蒸发器需做防腐处理,会影响换热,因此机组设计制造时需加以考虑。由于普通型和低环境温度型的试验工况不同,所以制热性能系数COPh也不同。

2)在前面已经提到,机组制热运行时,大部分时间(约80%左右)是在规定名义制热工况环境温度以上,同样制冷运行也大部分时间不在名义工况下,为了评价机组部分负荷的性能,标准中规定了综合部分负荷性能系数, 分制热综合部分负荷性能系数IPLVh和制冷综合部分负荷性能系数IPLVc。夏季综合制冷部分负荷性能系数IPLVc的限定值同标准GB/T 18430.2的规定,因为两者部分负荷工况点相同。冬季综合制热部分负荷性能系数IPLVh分普通型和低环境温度型,原因也是由于两者的试验工况不同。东南大学的梁彩华研究了在典型城市南京和北京机组IPLVh的计算方法。通过计算在冬季供暖期间建筑的逐时负荷变化,并统计在供暖期内不同环境温度下的供暖小时数,根据不同环境温度下的建筑热负荷率及其对应的供暖小时数,获得机组在各负荷率(100%、75%、50%、25%)下运行的总供热量比例,最终得出空气源塔热泵机组对应的IPLVh的计算表达式。南京和北京地区,即普通型和低环境温度型热源塔热泵系统的IPLVh的计算系数。

普通型机组IPLVh的计算式为:


低环境温度型机组IPLVh的计算式为:


式(1)、式(2)中,A为100%负荷时的制热性能系数COP ;B为75%负荷时的制热性能系数COP ;C为50%负荷时的制热性能系数COP ;D为25%负荷时的制热性能系数COP。公式其他说明见标准。


6  结束语

JB/T 《空气源塔水源热泵机组》标准的制定,对“空气源塔水源热泵机组”做了定义,分类,规定该产品的试验工况和部分负荷工况,测试方法,性能系数的计算方法及限值要求。

标准制定后,给生产企业,设计部门和使用单位提供了统一的衡量产品性能的依据,使得该类产品的评价合理、科学、完善,为空气源塔水源热泵技术和产品向纵深方向发展奠定了基础。

本文选自《制冷与空调》2018年11月刊76-78页,作者:陈金花  马金平  张战  沈艳宇;未经许可,不得转载


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