风冷热泵机组节流装置的改进及其系统的火用

风冷热泵机组节流装置的改进及其系统的火用分析摘要：本文对风冷热泵冷热水机组节流装置进行了改进，通过不同的试验工况条件下的性能及其各种相关状态参数的测试，比较了系统改进前后的制冷量和能效比，并采用制冷系统的火用分析方法，从理论上分析和验证电子膨胀阀的应用将有利于系统工作状态的改善与机组性能的进一步提高。关键字：风冷热泵电子膨胀阀性能实验0引言风冷热泵冷热水机组自90年代在我国得到了广泛的应用以来，使用地域由南向北迅速推广。这类机组的优点是一机二用，提高了机组的利用率。制冷时，冷凝器采用风冷，省去了水冷冷水机组所需要的冷却水系统；制热时采用热泵运行方式，节能且无使用锅炉造成的对环境的污染；机组安装、布置方便，可置于屋顶而无需专门设置机房等。随着我国经济的发展使我国电力越来越紧张，而空调耗电占夏季耗电的比例越来越高，促使国家提高了对空调器的节能要求，在对空调器的改造过程中，用电子膨胀阀替代热力膨胀阀成为了一种趋势，而电子膨胀阀具有流量调节范围宽、控制精度高和适于电路控制等特点,可以根据负荷变化而改变系统的流量,保证蒸发器在很小的出口过热度下稳定工作,使空调器的启动和变负荷动态特性大大改善。1实验装置与测试方法图1实验测试装置图1为实验研究测试装置原理图。采用名义制冷量为18.40KW的MH008型风冷热泵冷热水机组样机，在标准规定的各种空调工况[7。8]条件下，测得风冷热泵冷热水机组在不同节流装置下机组的制冷量、制热量和能效比。系统中水侧换热器的进、出口都设置了温度传感器，进水管路上设置了涡轮流量计，这些测点的布置为分析系统的热力性能提供了具体的实测值。由于不同季节的水温不同，冷却水系统中冷却塔和电加热器用来调节进出口水温。2试验系统工作原理试验时用4个截止阀来实现热力膨胀阀和电子膨胀阀之间的切换，用热力膨胀阀作为节流元件时，截止阀5和13关闭，4和10打开；而用电子膨胀阀作为节流元件时，截止阀4和10关闭，5和13打开。在电子膨胀阀处我们并联了两根毛细管，目的是在电子膨胀阀的调节能力不够时进行补充调节。1涡旋压缩机；2四通换向阀；3空气侧换热器；4、5、10、13、25、26、27、28截止阀；14、15、16、17单向阀；6、19、21干燥过滤器；9、18储液器；11板式换热器；7、22视液镜；8热力膨胀阀；20电子膨胀阀；23、24毛细管；12气液分离器；29进水管30出水管图2系统原理图3试验结果及分析根据标准JB/T4329——1997我们测试了系统分别在热力膨胀阀和电子膨胀阀的作用下，制冷时在最大负荷工况、标准制冷工况、低温工况的制冷量和能效比；制热时在最大负荷工况、标准制热工况和除霜工况的制热量和能效比，下面给出了试验数据的比较图。图3制冷量比较图图4制冷能效比比较图图5制热量比较图图6制热能效比比较图从图3和4看出在相同的工况条件下，系统的制冷量和制热量在用电子膨胀阀作为节流元件时要比热力膨胀阀的大，尤其是制热时，大的更多，都在3000瓦左右，在制冷时也在1000瓦以上。从图5和6可以看出，能效比在相同的工况下也得到了相应的提高，这说明了用电子膨胀阀替代传统的热力膨胀阀提高了系统的性能，使系统更加节能。从能源有效利用来考虑，热力学第二定律分析法（火用分析法）从能量的角度来评价热力循环。揭示出能量中火用的转换、传递、利用和损失的情况，从而寻找改善整个循环系统热经济性的改进方案。通过对小型风冷式冷热水机组系统的火用分析，寻找系统各部件火用损失状况和规律，为系统薄弱环节的改善提供参考。系统运行中各过程的损失计算式如下：压缩过程：Δecom=w+ein-eout（1）冷凝过程:Δecon=ein-eout（2）节流过程:Δethr=ein-eout（3）蒸发过程:Δeeva=ein-eout+Eq0/qm（4）上式中：ein是各过程的进口处的火用值；eout是各过程的出口处的火用值；w是压缩机的耗功，Eq0为制冷剂从低温热源所带入的热量火用，qm为制冷剂的制冷流量。下表是电子膨胀阀和热力膨胀阀作为节流元件时系统各过程的火用损失占四过程损失总数的百分数。表1各过程火用损失计算结果制冷最大负荷制冷标况低温工况制热最大负荷制热标况除霜工况压缩过程火用损损失所占比比例（％）热力膨胀阀32.4239.0635.7536.4537.9838.42电子膨胀阀22.916.9514.0719.9220.517.57冷凝过程火用损损失所占比比例（％）热力膨胀阀35.61555.0836.91622.9441.34666.3341.82611.7743.96633.7942.967..2电子膨胀阀蒸发过程火用损损失所占比比例（％）热力膨胀阀18.86155.3312.15144.1712.94133.4410.11133.589.9212..6111.61111.14电子膨胀阀节流过程火用损损失所占比比例（％）热力膨胀阀13.116..6911.875..949.976.11611.624..738.153.1117.084.110电子膨胀阀从表1中可以看出，用电子膨胀阀时，节流过程的损失要比用热力膨胀阀时小，在四个过程中冷凝损失占的比例最大，减小损失的办法是采用强化传热，减少制冷剂和冷却介质的传热温差，可以采用高效传热螺纹管，提高冷却介质的流速，减少污垢和油垢热阻等办法，还可以利用回收冷凝热生成生活热水等办法减少冷凝器的火用损失。节流过程中的损失是由于粘性流体流动过程中因摩擦阻力引起的不可逆节流，电子膨胀阀的调节灵敏度比热力膨胀阀高，所以损失要低。所以今后对系统的改造可以通过对系统两器的匹配，降低火用损失使系统的效率得到提高。4结论利用电子膨胀阀替代热力膨胀阀后，系统性能测试与能效分析计算结果证明：1）在相同的制冷和制热工况下，系统的制冷和制热能力得到了提高，表现在制冷量和制热量的增加上，系统的能效比也得到了相应的提高，实现了节能的目的。2）利用电子膨胀阀之所以使系统的性能得到了改善，主要是因为电子膨胀阀通过传感器对参数进行采集计算，通过驱动板驱动阀的开闭，反应速度比热力膨胀阀快，所以特别适合于工况变化剧烈的热泵机组的使用，另外，电子膨胀阀的感温部件为热电偶或热电阻，比感温包更能准确反应过热度的变化，所以适应的温度低，电子膨胀阀的过热度调节要比热力膨胀阀方便。3）此外，在制冷、制热过程中，冷凝过程的损失最大，所以今后可以通过调整两器的匹配，减少冷凝过程的火用损失来进一步提高系统的性能。而系统的水侧换热器在热泵时是顺流方式，而热泵在制热时，板式换热器的负荷要比制冷时大，所以如果把顺流方式该成逆流方式应该能够提高系统的性能。同时还可以应用变频技术，改变压缩机的转速来调节系统在变工况下系统中制冷剂的流量，使机组在较高效率下运行。参考文献1.何法明．电子膨胀阀与热力膨胀阀的比较．《世界海运》，2004年10月2.薛勍、顾中平等．电子膨胀阀在小型中央空调中的应用研究．《制冷与空调》，2002年4月3.谈磊等．风冷式热泵机组应用中电子膨胀阀与热力膨胀阀的比较．《制冷技术》，2001年第4期。4.张祉祐．《制冷原理与设备》．北京，机械工业出版社5.张龙，孙畅等．过冷式小型冰蓄冷系统火用分析．《节能技术》，2005年4月6.MohsenFarzad，Dennisl.o，neal．SystemPerformanceCharacter