双级复叠式蓄冷系统性能的试验研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)扬州大学 作者:梁幸福

  为得到二级蓄冷机组在不同蒸发器进口温度下,机组和整个蓄冷系统效率随低温冷却水温的变化规律,本文搭建了乙二醇蓄冷系统实验台和地源热泵实验台,由一级地源热泵实验台负责二级蓄冷机组低温冷却水的供给。通过试验得到,在蒸发器进口温度一定时,降低冷却水进口温度可有效提高机组的效率,但冷却水温并不是越低越好,需综合考虑整个系统的运行状况。

1、前言

  蓄冷空调技术,指的是在不需要冷量或需冷量很少的时间段,利用制冷设备将蓄冷介质中的热量移出,进行冷量储存,然后将此冷量在空调用冷或工艺用冷高峰期使用,以满足需求。由于蓄冷空调具备削峰填谷、平衡电力负荷,减少机组的装机容量以及节省空调用户的电力花费等优点引起人们高度重视。常规蓄冷空调系统采用双工况机组利用冷却塔进行排热,冷却水进口水温约为32℃,在蓄冷工况下机组的效率较低,过冷度较大,同时制冷量相对于空调工况要下降24%~66%。要使机组在蓄冷和空调工况都保持较高效率,技术和工艺要求高,成本昂贵。

  本文针对蓄冷过程机组效率较低的问题,搭建了双级复叠式蓄冷试验系统,研究以地源热泵系统作为复叠式系统中的一级制冷机组,为二级蓄冷机组提供低温冷却水时,二级蓄冷机组在不同冷却水进口温度和蒸发器进口温度下机组的能效变化。由于系统具备地源热泵冷水机组和蓄冷机组进行复叠,对于充分利用改造后冷水机组节省改造运行费用,提高蓄冷机组效率以及对蓄冷系统在不同蓄冷工况下选择适宜冷却水温和系统设计具有一定的参考价值和重要意义。

2、试验系统

  2.1、试验原理

  复叠式试验系统由搭建的一级地源热泵制冷系统、二级蓄冷系统及数据采集系统组成,图1为试验系统原理图。二级蓄冷系统由单工况蓄冷制冷系统构成,包括蓄冷机组的压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀以及加热器与蓄冷罐;一级制冷系统由地源热泵机组和地埋管系统构成。

试验测试系统原理

图1 试验测试系统原理

  该系统的工作原理为:运行一级地源热泵系统产生温度不同的低温冷冻水,二级蓄冷机组则利用一级地源热泵产生的低温冷冻水作为冷却水并实现向乙二醇溶液蓄冷的目的。其中加热器负责消耗蓄冷机组的冷量,维持试验过程中二级蓄冷机组蒸发器进口温度恒定。

  2.2、试验设备与仪器

  本试验系统由一级地源热泵系统和二级乙二醇蓄冷试验系统组成,其中一级地源热泵制冷机组的压缩机型号为503FSV2-F,额定功率3.7kW;二级蓄冷机组的压缩机型号为ZB38KQE-TFD-558,额定功率3.2kW。加热器型号为DR1-5,额定功率5kW。

  数据采集系统:试验采用JC180采集系统,测温探头为PT1000,共布置10个数据采集点,包括蒸发器和冷凝器进出口温度、蓄冷罐温度、压缩机排气和吸气压力、蓄冷机组与一级制冷机组压缩机的功耗,蒸发与冷却循环流量等。试验中机组的功率和流量分别利用功率计和涡轮流量计测量,并通过JC180采集系统记录。JC180可实现机组运行各参数的实时记录,并利用华为E5830无线传输到试验相应网址中,使人员在任何地点都可以随时上网查看和保存数据。

5、结论

  (1)降低冷却水进口温度可有效减少蓄冷时间,并且在同样冷却水进口温降时,高温冷却水换来的制冷效果增加量更为明显;

  (2)蒸发器进口温度一定,随冷却水进口温度降低,蓄冷机组COP逐渐增加,但增加的幅度逐渐减小。蒸发器进口温度越高,随着冷却水进口温度的降低,机组的COP增加越快;

  (3)冷却水进口温度一定,随蒸发器进口温度降低,蓄冷机组COP逐渐降低,并且在接近机组的极限制冷温度附近时效率迅速减小。冷却水进口温度越低,随着蒸发器进口温度的降低,机组COP减小越快;

  (4)试验采用双级复叠来降低冷却水进口温度可有效提高蓄冷机组的制冷效率,蒸发器进口温度一定时,系统存在最佳冷却水进口温度;

  (5)采用双级复叠可充分利用改造后冷水机组,节省改造费用,提高机组效率以及对于系统在不同蓄冷工况下选择适宜冷却水温有重要意义。

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