ET-多功能热泵教学实验指导书v2018

1、高能效比多功能热泵空调教学实验一、实验目的1视镜观察制冷工质的蒸发、冷凝过程及节流后的二相流型和流动状态2了解蒸汽压缩式制热循环工质状态的变化及循环全过程的基本特征。3实验测定，进行制热循环的热力计算。（热力学必做实验内容）4实验测定，利用废热后，制热循环系统能效比和系统制热量情况。5实验测定，不利用废热后，制热循环系统能效比和系统制热量情况6实验测定，板式换热器换热性能。（传热学必做实验内容）7理论联系实际，加深了解制热循环系统的组成。二、实验原理及装置图1多功能热泵空调教学实验台流程图实验装置分为制冷系统、水循环系统和数据采集控制系统。所选用的制冷工质为R410A,由压缩机、冷凝器、蒸发器

2、、电子膨胀阀、观察视镜、截至阀及铜管路等组成制冷系统；由转子流量计、喷淋头,水池、水泵及管路等组成水循环系统；由温度传感器、压力表、压缩机功率仪表、液位控制开关、巡检仪、触摸屏及数采后处理软件组成的数据采集控制系统。制冷工质工作流程如图1所示。恒温水箱水通过水泵进入回热板换1（2）,与“废热水”实现第一次换热,再通过冷凝换热器实现第二次换热,得到高温水；高温水使用后得到“废热水”,一部分废热在回热板换中被一次回收，后进入蒸发换热器废热被二次回收，回到恒温水箱。1实验装置的仪表设备：1）压力传感器测量制冷剂侧蒸发和冷凝进口和出口压力，准确度±0.001MPa；2）温度显示测量制冷剂侧蒸

3、发和冷凝进口和出口温度，精度±0.1°C；3）功率仪测量压缩机功率大小，精度±0.1W；4）温度显示测量水循环进口和出口温度，精度±0.1C；5）电子膨胀阀绝热降压并调节制冷剂流量；6）转子流量计测量水的流量，精度±0.001m3/h。7）触摸屏实时显示系统各个测点的温度、流量、功率等数据，计算系统能效比和制热量等参数。为安全起见，压缩机装置设有高压继电器，冷凝压力超过40bar时，自动关闭装置。2实验装置的技术参数：1）蒸发温度：-10C+10C2）冷凝温度：最高不超过60C，制热水温度30C60C3）压缩机额定功率：1500W，转速880r

4、ev/min4）制热水量：2000W6000W5）制热系数（能效比）：5136）实验台重量：150kg三、实验步骤1. 熟悉实验指导书，在实验老师的指导下，检查实验装置及使用的仪器，做好实验前的准备工作，设计绘制测量数据表格等；2. 接通实验台电源，打开触摸屏一体机，进入实验系统；3. 首先熟悉实验台各部分操作，查看各处温度及压力显示是否正确；4. 点击按键解锁，选择对应的换热器，先打开电磁阀后打开水泵，调节流量调节阀，观察水流量显示是否正确；5. 设置压缩机频率50Hz、电子膨胀阀开度150，切换手动控制，开启压缩机；6调节电子膨胀阀开度，使得蒸发器前后有2-5C过热度，待系统稳定后（约15

5、分钟左右），即可进行测试或演示（温度、压力、功率及流量等）；7. 视镜观察工质状态并记录实验数据；8. 实验结束后，要先关闭电子膨胀阀和压缩机，再关闭水泵开关，最后关闭显示仪表和总开关。9实验注意事项：1）注意观察压缩机循环各部分温度，及时调整膨胀阀开度及压机频率防止压缩机积液；2）开机状态下，切勿开启电控箱门及触摸电控部分元器件，禁止触摸加热器及压缩机本体，以免发生危险。四、制热循环系统的热力计算在进行系统热平衡计算时，应考虑制冷剂管路和水管路的散热损失。1制热量计算自来水换热量Q=Q1ww1+Qg=60000仏(t3_ti)°w160000Cw(t2_ti)°w2600

6、00Cw(t3_t2)10式中，p为水的密度，kg/m3；Vw为自来水流量，L/min；cw为水比热，kJ/（kgK）；片为回热换热器入口温度，°c；t2为冷凝换热器入口温度，°c；t3为冷凝换热器出口温度，。c。2制热系数（能效比）计算热泵性能系数/能效比（CoefficiencyofPerformance，COP）是评价热泵节能性的最重要的指标之一。根据热力学第二定律，热泵将低品位热源的热量品位提高，需要消耗一定的高品位能量。因此，热泵的能量消耗是一项重要的经济技术指标。热泵的性能系数是指热泵的收益（制热量）与付出代价（所消耗的机械功）的比值。压缩机的消耗功率Nt由制冷

7、机组压缩机输出功率仪上读得。实验用压缩制热系统循环在压-焓图的表示见图2。制热系数（能效比）Q制热量w._N压缩机功率t>!ftI!BH#H*-PW1<*RKmIP«l£-BISU!MU!图2压-焓图(R410A)3板式回热器参数Themi迅incpahcspdMJDcdtoh-jrrii'A"hnuIliir|il:ik-zaxI'KCh<iiixclu-.ulhCr1.-111IinmcIi'ill-:>-prjfni;.-Ci.iNj.a-aiti：?;h-hnTJui-tirb'v.rkkHr-jfi

8、Ei.T.i.rsrj-liipilin'ipvi"liulr:-iui'iAvl|；rliiiLOllisrlUTdhlhJlEM.I遍f:上FnbdiJViWilhv：-b.'TrffUnrn匸卩讪馆Ihn;1、ti£C!r.M<ktn'!iirH£已咄MJrfWtnroundik-卜貞holmrvlv#clhm<jilr.'.ir-qxniiiy.nkflli-.-n.-fiirIh?lii'|iiidingfHilhckIXsp：图3板式换热器结构形式阪片波鏡竟度诜计底丈黑度昶小需慝两祁艺永井Fl

9、iLlcCkNirnjuiim.；Lnglcisde.dn-Liltor1;空芒亡uirkisdmallank.there材削儁叱DJIHidXchumijfls-Widupc10ufpretaixliiL和n氐型(A.ily(YDtlrsifanfik)H里(久小角度淀育i£h?HrlarceiikiniLscditlVldNmu.Lt爪證小弟度lypcX(STi>lljsijjlej图4板片结构形式换热器结构参数见下表。名称片数片角度厚度(mm)滞留液(L)换热面积(M2)换热器A42D型10+2.35N0.025(N2)0.026(N-2)（外侧）(90°)换热

10、器B（内侧）42X型(120°)10+2.35N0.025(N2)0.026(N-2)4实验数据记录表项目参数实验号12备注冷凝器水侧进口温度T2°C冷凝器水侧出口温度T3°C冷凝器制冷剂侧进口温度T8C冷凝器制冷剂侧出口温度T9C冷凝压力（绝压）PcMPa冷凝压力对应饱和温度TcC蒸发器水侧进口温度T5C蒸发器水侧出口温度T6C蒸发器制冷剂侧进口温度T10C蒸发器制冷剂侧出口温度TiiC蒸发压力（绝压）PeMPa蒸发压力对应饱和温度TeC压缩机功率NtW自来水流量VwL/min回热器自来水进口温度TiC回热器自来水出口温度T2C回热器废热水进口温度T4C回热器废

11、热水出口温度T5C冷凝器换热量QckW蒸发器换热量QekW回热器换热量QwkW系统总能效比-膨胀阀开度L步五、写出实验报告，并进行实验误差分析内容包括：1实验名称；2实验目的；3测试原理和方法；4使用仪器（包括仪器精确级的校核）；5观察两相流型，记录实验数据；6结果（表，图）（1）实验工况时的制热量Qw；w（2）实际制热系数/能效比8；（3）在压焓图上标出热泵循环曲线。7完成思考题某区域供暖热负荷为5MW,现有两种方案供选择，一是采用工业锅炉燃烧低位热值为26000kJ/kg的煤，锅炉效率为80%；二是采用热泵供暖，消耗的电能由电厂供应，电厂的供电效率为36%，使用煤种与方案一的相同，那么为了使热泵消耗的煤量不比方案一多，热泵的能效比不应低于多少？热泵调试注意事项：由于热泵实验台给学生提供的调节自由度比较大，为避免实验台损坏，调试过程中需注意避免误操作或操作不当出现恶劣工况，损坏设备。需注意以下几个方面：1、需保证蒸发器前后有2-5°C过热度；实验台过热度较小或者没有过热度时，制冷剂未完全蒸发，液态制冷剂进压机易损坏压缩机。实验台过热度较大时膨胀阀后温度低于零下，易造成管路损坏或者蒸发器结冰胀裂实验台过热度主要由电子膨胀阀开度及