風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組節(jié)能型性能試驗(yàn)室

1 風(fēng)冷冷(熱)水機(jī)組測試系統(tǒng)依據(jù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組測試系統(tǒng)依據(jù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有：GB/T10870-2014《蒸氣壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組性能試驗(yàn)方法》、ARI550/590-2003《蒸汽壓縮循環(huán)冷水（ 熱泵） 機(jī)組》、GB/T18430.1-2007《蒸汽壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組/工商業(yè)用及類似用途的汽壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組》、GB/T18430.2-2008《蒸汽壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組/戶用及類似用途的汽壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組》。上述標(biāo)準(zhǔn)中明確了測量風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組的主要性能指標(biāo)，而測試系統(tǒng)能夠模擬標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的各種工況，并能測試出風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組的各項(xiàng)性能指標(biāo)。研究、設(shè)計(jì)風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組測試系統(tǒng)也需嚴(yán)格遵照上述標(biāo)準(zhǔn)的要求。
 
2 風(fēng)冷冷(熱)水機(jī)組測試系統(tǒng)測試方法及原理
2.1 測試方法
對(duì)于冷（熱）水機(jī)組，制冷量、制熱量按GB/T10870-2014《蒸氣壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組性能試驗(yàn)方法》中5.1 載冷劑法進(jìn)行試驗(yàn)。在機(jī)組蒸發(fā)器（冷凝器）冷（熱）水進(jìn)（出）口處安裝有水量測量裝置，試驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)有能提供連續(xù)穩(wěn)定的冷水流量、冷卻水流量和符合試驗(yàn)工況水溫的附加裝置。機(jī)組制冷量按式（1）計(jì)算：
Qn＝Cqm（t1-t2）+Qc （1）
熱泵制熱量按式（2）計(jì)算：
Qh＝Cqm（t2-t1）-Qc （2）
式中：
Qn——機(jī)組凈制冷量，W；
C——平均溫度下水的比熱容，J/（kg·℃）；
qm--冷（熱）水質(zhì)量流量，kg/s；
t1——蒸發(fā)器（熱泵制熱時(shí)為冷凝器）冷（熱）水進(jìn)口溫度，℃；
t2——蒸發(fā)器（冷凝器）冷（熱）水出口溫度，℃；
Qh——熱泵制熱量，W；
Qc——環(huán)境空氣傳入干式蒸發(fā)器冷水側(cè)的修正項(xiàng)，W；
 
2.2 系統(tǒng)原理
現(xiàn)以大制冷量為800kW的風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組為例，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18430.1-2007《蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組/工商業(yè)用及類似用途的汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組》要求的測試項(xiàng)目，參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T10870-2014《蒸氣壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組性能試驗(yàn)方法》，我們搭建了測試系統(tǒng)，測試原理如圖1所示。

圖1 測試系統(tǒng)原理圖
 
由圖1 可知主要設(shè)備有：
（1）測試間：采用150mm 厚的聚氨酯發(fā)泡庫板搭建，用于與外界的隔熱保溫。
（2）各類水泵：主要用來提供水流量。
（3）恒溫水箱：主要用來為測試系統(tǒng)提供穩(wěn)定溫度的水源。
（4）冷卻塔：主要用來對(duì)水箱進(jìn)行散熱。
（5）空氣處理機(jī)組：包括表冷盤管、蒸發(fā)盤管、加熱段、加濕段、風(fēng)機(jī)。主要是對(duì)被試機(jī)的排風(fēng)進(jìn)行處理，使得測試間內(nèi)的溫濕度滿足國標(biāo)要求。
（6）溫濕度取樣裝置：主要用來采集被試機(jī)周圍的溫濕度情況。
風(fēng)冷冷(熱)水機(jī)組測試時(shí)，通過空氣處理機(jī)組將風(fēng)冷冷(熱)水機(jī)組風(fēng)側(cè)產(chǎn)生的冷熱量進(jìn)行處理，使得測試間內(nèi)的溫濕度達(dá)到國標(biāo)要求的值。而機(jī)組產(chǎn)生的冷熱水回到水箱后，通過水箱配置的冷熱源進(jìn)行平衡，從而達(dá)到機(jī)組在國標(biāo)要求的工況下穩(wěn)定運(yùn)行，采集系統(tǒng)將所有的測點(diǎn)采集，通過電腦內(nèi)專業(yè)計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算輸出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3 測試系統(tǒng)的電氣部分
本測試系統(tǒng)的電氣部分由動(dòng)力部分、控制調(diào)節(jié)部分、數(shù)據(jù)采集部分組成。
3.1 測試系統(tǒng)的動(dòng)力部分
動(dòng)力部分主要完成各設(shè)備的配電、電器的安全保護(hù)等。本系統(tǒng)進(jìn)線為三相五線制，交流380V±5%，50Hz。設(shè)備的動(dòng)力來源自動(dòng)力柜，樣機(jī)供電由功率測量系統(tǒng)提供。
3.2 測試系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)及數(shù)據(jù)采集部分
設(shè)備控制的核心為PLC及觸摸屏，在觸摸屏上可方便的控制設(shè)備的啟停，并且可以對(duì)故障報(bào)警進(jìn)行顯示和記錄。調(diào)節(jié)功能是通過PID數(shù)字調(diào)節(jié)表實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的是專業(yè)的數(shù)據(jù)采集器，通過RS232或以太網(wǎng)與計(jì)算機(jī)通訊，共同完成數(shù)據(jù)采集。采集的數(shù)據(jù)再通過相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行記錄和處理。軟件系統(tǒng)主要是對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析和處理。該軟件可對(duì)試驗(yàn)類型、工況、操作級(jí)別等進(jìn)行設(shè)定，軟件可自動(dòng)采集并記錄數(shù)據(jù)，記錄過程曲線。試驗(yàn)完成后，還可進(jìn)行打印和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析等。
 
4 測試系統(tǒng)的節(jié)能性分析
4.1 表冷器的運(yùn)用
該測試系統(tǒng)在測試時(shí)，運(yùn)用表冷器能夠使得冷熱量自平衡，大限度地利用風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組使用側(cè)的冷量與熱源側(cè)的熱量交換，熱源側(cè)的熱量被使用側(cè)的冷量平衡后剩余的只有壓縮機(jī)的功率這部分熱量需要通過冷卻設(shè)備散去，并不需要消耗大量的能量來單獨(dú)平衡使用側(cè)產(chǎn)生的冷量和熱源側(cè)產(chǎn)生的熱量。而且風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組的能效比越高，同等制冷量下，需要測試系統(tǒng)散去的壓縮機(jī)功率也就越少，測試系統(tǒng)也越節(jié)能。以800kW風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組制冷為例，表冷器的運(yùn)用對(duì)測試系統(tǒng)的耗能比較見表1。
表1 測試系統(tǒng)主要電能

除去其他正常設(shè)備的耗功，無表冷器的測試系統(tǒng)的電消耗主要在平衡風(fēng)側(cè)熱量的壓冷機(jī)組耗功kW（能效比按3.5 計(jì)算）與平衡制冷量的電加熱耗功kW 之和共計(jì)1058kW，而有表冷器的測試系統(tǒng)與之對(duì)應(yīng)的只有表冷器水泵22kW 的電消耗，節(jié)省了1038kW 的耗電量，按工業(yè)用電1.0 元計(jì)算，每小時(shí)可節(jié)省1038 元，大大減少了空調(diào)企業(yè)的測試成本。
4.2 冷凝熱回收裝置的運(yùn)用
如圖1 風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組（以下簡稱被試機(jī)）制冷測試時(shí)，水側(cè)的出水溫度是通過調(diào)節(jié)被試機(jī)水泵后端的三通調(diào)節(jié)閥的開度來控制，即通過調(diào)節(jié)被試機(jī)水泵進(jìn)口從水箱抽水和被試機(jī)回水之間的比例來控制。制冷時(shí)，恒溫水箱的溫度按照經(jīng)驗(yàn)一般控制在15℃左右。所以做一些非標(biāo)工況，環(huán)境間的溫度與水箱溫度接近的時(shí)候，無法用表冷器換熱，比如測試間干球溫度15℃及以下的低溫制冷工況。而壓縮冷凝機(jī)組的冷卻水出水溫度一般在30～40℃，供回水溫差在4～7℃左右，此時(shí)將被試機(jī)組產(chǎn)生的冷水直接與平衡測試間內(nèi)被試機(jī)空氣側(cè)產(chǎn)生的熱量的壓縮冷凝機(jī)組的冷卻水在板換里進(jìn)行換熱，通過調(diào)節(jié)熱回收三通閥可調(diào)節(jié)被試機(jī)出水進(jìn)入板換的水量，從而調(diào)節(jié)換熱量來平衡被試機(jī)的冷量。冷凝熱回收系統(tǒng)的運(yùn)用不僅提高了壓縮冷凝機(jī)組的效率、降低了壓縮機(jī)功率，也減少了機(jī)組運(yùn)行成本。
 
5 結(jié)語
本文所述的風(fēng)冷冷（熱）水機(jī)組測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造均符合國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，該系統(tǒng)將使用側(cè)和熱源側(cè)進(jìn)行換熱，使得能源得到的利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的；且具有很高的自動(dòng)化程度，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)、過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和軟件傳輸；整個(gè)測試系統(tǒng)在試驗(yàn)設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上又保證了測試的精度和準(zhǔn)確性。