CN109975057B - 补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器实验测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器实验测试方法，包括以下步骤：建立闪蒸器前节流的喷气增焓***、设定工程应用假设、建立试验台测试氟利昂***，得到准二级压缩***实际工作循环压焓图，然后进行热力学分析，根据准二级压缩***实际工作循环压焓图测试各状态点的温度和压力、计算状态点的状态参数以及将各状态点的状态参数代入到产热过程；本发明的测试方法通过对补气增焓的准二级压缩空气源热泵热水器***的压缩机吸、排气温度、电子膨胀阀节流前后的温度以及补气温度进行测试，采用实验和计算的方式得出***压焓图各个状态点，可求出***的COP值，有效降低成本投入，能解决温度变化影响的测试结果不稳定的问题。

Description

补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器实验测试方法
技术领域
本发明涉及热水器测试技术领域，尤其涉及补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器实验测试方法。
背景技术
现有的准二级压缩补气增焓工质***进行准二级压缩融霜时，采用谷轮压缩机，谷轮压缩机的进气口采用2个进气口，在室外温度非常低的时候进行补气，从而提升压缩机的效率，但是实际运行过程中，外界空气温度较低时，压缩机排气通过采用准二级压缩***热泵的循环***进行排气，压缩机出口的高温高压气体分为两部分，一部分经过冷凝器经膨胀阀降压后进入蒸发器，然后进入压缩机吸入端，另外一部分通过冷凝器后进入经济器，然后散发蒸汽进入压缩机的辅助吸入口补气，一方面通过提高蒸发器过冷度增加了热泵机组在空气中吸收热量的能力，另一方面也通过补气***提高进入压缩机工质的温度，增加了***的效率。
利用补气增焓技术是可以提升冬季空气源热泵的效率，但是实验研究的测试方式都不相同，如需将补气增焓的准二级压缩进行深入的热力学研究，还需得出压焓图各个状态点，一般来说，如将喷气增焓空气源热泵进行压力测试，测试程序和工艺较为复杂，很多测试机构不提供类似服务，同时实际运行过程中，由于进气温度是变化的，造成补气温度和压力随之变化，这样会引起压缩机进气混合的紊乱，对压缩机的使用寿命存在较大问题，同时，谷轮压缩机的价格比普通压缩机的价格贵很多，成本投入较大，经济性低，因此，本发明提出补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器实验测试方法，以解决现有技术中的不足之处。
发明内容
针对上述问题，本发明提出补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器实验测试方法，通过对补气增焓的准二级压缩空气源热泵热水器***的压缩机吸、排气温度、电子膨胀阀节流前后的温度以及补气温度进行测试，采用实验和计算的方式得出***压焓图各个状态点，最终求出***的COP值，可以有效降低成本投入大大降低，经济性好，可以解决温度变化影响的测试结果不稳定的问题。
本发明提出补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器实验测试方法，包括以下步骤：
步骤一：建立闪蒸器前节流的喷气增焓***，控制从冷凝器冷凝之后的液体经过节流装置膨胀阀节流后进入闪蒸器，工质混合过程中压力值变化不明显，设定为等压过程；
步骤二：设定工程应用假设，假定蒸发器出口的过热段的压力不变、假定冷凝器的压力不变以及假定补气增焓压缩过程中为定熵压缩，且补气前后的熵不变；
步骤三：建立试验台测试氟利昂***，得到准二级压缩***实际工作循环压焓图，然后进行热力学分析，根据准二级压缩***实际工作循环压焓图测试各状态点的温度和压力，根据测试原理图布置好五个温度测点，分别测试压缩机吸、排、补气温度以及电子膨胀阀节流前后的温度，得到温度参数t1、t3、t4、t5’、t6，在***的高低压侧分别接上压力表，随后开启试验室顶部的环控***对试验室进行降温，并开启水泵及热泵热水机进行压力测试，得到压力参数P1、P2、P2’、P4’、P5、P5’，再对***各个状态点的关系进行分析，找出***间的热力学关系；
步骤四：通过计算求出状态2点、状态点2’点、状态点3点、状态点4点、状态点4’点和状态点5’点的状态参数；
步骤五：将步骤三和步骤四中循环过程中的各状态点的状态参数代入到产热过程，得出循环的产热量值，再根据计算得出制热能效比。
进一步改进在于：所述步骤一中从冷凝器冷凝之后的液体经过节流装置膨胀阀节流后进入闪蒸器后，在闪蒸器中的制冷剂分成主回路部分和辅助补气回路部分。
进一步改进在于：所述步骤一中主回路部分质量流量为m的某一中压压力下的饱和液体，在经节流装置膨胀阀节流后进入蒸发器中吸热，最后进入压缩机吸气口。
进一步改进在于：所述步骤一中辅助补气回路部分质量流量为i的某一中压压力下的饱和蒸汽，经过截止阀后被压缩机补气口吸入。
进一步改进在于：所述步骤三中测试温度过程中测试线为导线，温度测试探头为导线的裸露金属丝，将探头与测点对应，探头紧贴热水机铜管外管壁，用铝箔纸及绝缘胶带固定，并用发泡材料进行保温处理。
进一步改进在于：所述步骤三中降温处理温度控制为试验室内部环境温度达到设定值20℃。
进一步改进在于：所述步骤四中状态2点的压缩状态计算公式如公式(1)所示，状态点2’点的压缩状态和焓值计算公式如公式(2)和(3)所示，状态点3点的压缩状态计算公式如公式(4)所示，状态点4点的压力参数计算公式如公式(5)所示，状态点4’点的焓值计算公式如公式(6)所示，状态点5’点的焓值计算公式如公式(7)所示：
S2＝S1 (1)
S2’＝S1 (2)
Figure BDA0002056201350000041
S3＝S1 (4)
P4＝P3 (5)
h4＝h4’ (6)
h5＝h5’ (7)
其中，计算状态点2’点的压缩状态时，先假设状态点2’点到3点的压缩过程为等熵压缩，且假定S2＝S1＝S2’＝S3。
进一步改进在于：所述步骤五中循环的产热量值计算公式如公式(8)所示，其做功过程计算公式如公式(9)所述，最后根据公式(8)和公式(9)得出公式(10)；
Q＝(m+i)(h3-h4) (8)
W0＝(m+i)(h3-h2')+m(h3-h2') (9)
Figure BDA0002056201350000051
其中，COP表示制热能效比。
本发明的有益效果为：通过对补气增焓的准二级压缩空气源热泵热水器***的压缩机吸、排气温度、电子膨胀阀节流前后的温度以及补气温度进行测试，采用实验和计算的方式得出***压焓图各个状态点，最终求出***的COP值，可以有效降低成本投入大大降低，经济性好，可以解决温度变化影响的测试结果不稳定的问题。
附图说明
图1为本发明方法补气增焓准二级压缩测试计算流程示意图。
图2为本发明方法中准二级压缩补气增焓工质***结构图。
图3为本发明方法中准二级压缩***实际工作循环压焓示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据图1、2、3所示，本实施例提出补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器实验测试方法，包括以下步骤：
步骤一：建立闪蒸器前节流的喷气增焓***，控制从冷凝器冷凝之后的液体经过节流装置膨胀阀节流后进入闪蒸器，从冷凝器冷凝之后的液体经过节流装置膨胀阀节流后进入闪蒸器后，在闪蒸器中的制冷剂分成主回路部分和辅助补气回路部分，主回路部分质量流量为m的某一中压压力下的饱和液体，在经节流装置膨胀阀节流后进入蒸发器中吸热，最后进入压缩机吸气口，辅助补气回路部分质量流量为i的某一中压压力下的饱和蒸汽，经过截止阀后被压缩机补气口吸入，工质混合过程中压力值变化不明显，设定为等压过程；
步骤二：设定工程应用假设，假定蒸发器出口的过热段的压力不变、假定冷凝器的压力不变以及假定补气增焓压缩过程中为定熵压缩，且补气前后的熵不变；
步骤三：建立试验台测试氟利昂***，得到准二级压缩***实际工作循环压焓图，然后进行热力学分析，根据准二级压缩***实际工作循环压焓图测试各状态点的温度和压力，根据测试原理图布置好五个温度测点，分别测试压缩机吸、排、补气温度以及电子膨胀阀节流前后的温度，得到温度参数t1、t3、t4、t5’、t6，在***的高低压侧分别接上压力表，随后开启试验室顶部的环控***对试验室进行降温，控制试验室内部环境温度达到设定值20℃，并开启水泵及热泵热水机进行压力测试，测试线为导线，温度测试探头为导线的裸露金属丝，将探头与测点对应，探头紧贴热水机铜管外管壁，用铝箔纸及绝缘胶带固定，并用发泡材料进行保温处理，得到压力参数P1、P2、P2’、P4’、P5、P5’，再对***各个状态点的关系进行分析，找出***间的热力学关系；
步骤四：通过计算求出状态2点、状态点2’点、状态点3点、状态点4点、状态点4’点和状态点5’点的状态参数，状态2点的压缩状态计算公式如公式(1)所示，状态点2’点的压缩状态和焓值计算公式如公式(2)和(3)所示，状态点3点的压缩状态计算公式如公式(4)所示，状态点4点的压力参数计算公式如公式(5)所示，状态点4’点的焓值计算公式如公式(6)所示，状态点5’点的焓值计算公式如公式(7)所示：
S2＝S1 (1)
S2’＝S1 (2)
Figure BDA0002056201350000071
S3＝S1 (4)
P4＝P3 (5)
h4＝h4’ (6)
h5＝h5’ (7)
其中，计算状态点2’点的压缩状态时，先假设状态点2’点到3点的压缩过程为等熵压缩，且假定S2＝S1＝S2’＝S3；
步骤五：将步骤三和步骤四中循环过程中的各状态点的状态参数代入到产热过程，得出循环的产热量值，再根据计算得出制热能效比，循环的产热量值计算公式如公式(8)所示，其做功过程计算公式如公式(9)所述，最后根据公式(8)和公式(9)得出公式(10)；
Q＝(m+i)(h3-h4) (8)
W0＝(m+i)(h3-h2')+m(h3-h2') (9)
Figure BDA0002056201350000072
其中，COP表示制热能效比。
根据上述步骤，对某准二级压缩的空气源热泵热水器的***进行了测试，得到以下五种工况下的测试结果：
工况一测试条件如表1-1所示：
表1-1
环境干球温度 环境湿球温度 进水温度 出水温度
20℃ 15℃ 15℃ 20℃
工况一测试情况如表1-2所示，其中最后一组数据为机组达到稳定状态时的数据：
表1-2
Figure BDA0002056201350000081
得到的准二级压缩补气增焓测试参数表如表1-3所示：
表1-3
Figure BDA0002056201350000091
工况二测试条件如表2-1所示：
表2-1
Figure BDA0002056201350000092
试验过程中，通过控制装置保持环境干湿球温度不变，而改变并控制进出水温度，将进水温度控制为50℃，出水温度控制为55℃，每相隔一段时间记录一组测试数据测试情况，得到工况二测试情况如表2-2所示：
表2-2
Figure BDA0002056201350000101
得到的准二级压缩补气增焓测试参数表如表2-3所示：
表2-3
Figure BDA0002056201350000102
工况三测试条件如表3-1所示：
表3-1
Figure BDA0002056201350000103
然后通过调整环境参数控制装置，以逐步降低试验室环境温度，经过长时间的降温后，环境温度最终降至并维持在-10℃，另需改变并控制出水温度为50℃，而进水温度不进行控制，测试过程中还进行了一次水流量的调节，同样，每相隔一段时间记录一组测试数据，得出测试情况如表3-2所示：
表3-2
Figure BDA0002056201350000111
工况四测试条件如表4-1所示：
表4-1
Figure BDA0002056201350000112
测试时将环境干球温度设置为2℃，湿球温度为1℃，每相隔一段时间记录一组测试数据，测试情况如表4-2所示：
表4-2
Figure BDA0002056201350000121
在湿冷环境中运行的热水机风冷翅片上出现结霜，但是霜层比较薄，其中，正面翅片为分层结霜，结霜部位出现在翅片的上半部分，下半部分未结霜；背面翅片基本都结了霜，结霜一段时间后机组进入化霜工况，化霜时间很短，仅需要5分钟左右的时间，化霜后机组很快达到稳定状态，试验中先后进行了两次除霜，在整个过程中机组运行状况良好。
工况五测试条件如表5-1所示：
表5-1
Figure BDA0002056201350000122
该测试试验是在前一个测试试验基础上进行的，测试过程保持环境干湿球温度不变，改变并控制出水温度为50℃，而进水温度不进行控制，经过短时间的调试后，机组的运行状况达到稳定状态，每相隔一段时间记录一组测试数据，测试情况如表5-2所示：
表5-2
Figure BDA0002056201350000131
通过对补气增焓的准二级压缩空气源热泵热水器***的压缩机吸、排气温度、电子膨胀阀节流前后的温度以及补气温度进行测试，采用实验和计算的方式得出***压焓图各个状态点，最终求出***的COP值，可以有效降低成本投入大大降低，经济性好，可以解决温度变化影响的测试结果不稳定的问题。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器实验测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：建立闪蒸器前节流的喷气增焓***，控制从冷凝器冷凝之后的液体经过节流装置膨胀阀节流后进入闪蒸器，工质混合过程中压力值变化不明显，设定为等压过程；
步骤二：设定工程应用假设，假定蒸发器出口的过热段的压力不变、假定冷凝器的压力不变以及假定补气增焓压缩过程中为定熵压缩，且补气前后的熵不变；
步骤三：建立试验台测试氟利昂***，得到准二级压缩***实际工作循环压焓图，根据准二级压缩***实际工作循环压焓图测试各状态点的温度和压力，根据测试原理图布置好五个温度测点，分别测试压缩机吸、排、补气温度以及电子膨胀阀节流前后的温度，得到温度参数t1、t3、t4、t5’、t6，在***的高低压侧分别接上压力表，随后开启试验室顶部的环控***对试验室进行降温，并开启水泵及热泵热水机进行压力测试，得到压力参数P1、P2、P2’、P4’、P5、P5’，再对***各个状态点的关系进行分析，找出***间的热力学关系；
步骤四：通过计算求出状态2点、状态点2’点、状态点3点、状态点4点、状态点4’点和状态点5’点的状态参数，其中状态2点的压缩状态计算公式如公式(1)所示，状态点2’点的压缩状态和焓值计算公式如公式(2)和(3)所示，状态点3点的压缩状态计算公式如公式(4)所示，状态点4点的压力参数计算公式如公式(5)所示，状态点4’点的焓值计算公式如公式(6)所示，状态点5’点的焓值计算公式如公式(7)所示：
S2＝S1 (1)
S2’＝S1 (2)
Figure FDA0002746679130000021
S3＝S1 (4)
P4＝P3 (5)
h4＝h4’ (6)
h5＝h5’ (7)
步骤五：将步骤三和步骤四中循环过程中的各状态点的状态参数代入到产热过程，得出循环的产热量值，并计算出制热能效比，其中循环的产热量值计算公式如公式(8)所示，其做功过程计算公式如公式(9)所述，最后根据公式(8)和公式(9)得出公式(10)；
Q＝(m+i)(h3-h4) (8)
W0＝(m+i)(h3-h2')+m(h3-h2') (9)
Figure FDA0002746679130000022
其中，COP表示制热能效比。
2.根据权利要求1所述的补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器实验测试方法，其特征在于：所述步骤一中从冷凝器冷凝之后的液体经过节流装置膨胀阀节流后进入闪蒸器后，在闪蒸器中的制冷剂分成主回路部分和辅助补气回路部分。
3.根据权利要求2所述的补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器实验测试方法，其特征在于：所述步骤一中主回路部分质量流量为m的某一中压压力下的饱和液体，在经节流装置膨胀阀节流后进入蒸发器中吸热，最后进入压缩机吸气口。
4.根据权利要求2所述的补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器实验测试方法，其特征在于：所述步骤一中辅助补气回路部分质量流量为i的某一中压压力下的饱和蒸汽，经过截止阀后被压缩机补气口吸入。
5.根据权利要求1所述的补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器实验测试方法，其特征在于：所述步骤三中测试温度过程中测试线为导线，温度测试探头为导线的裸露金属丝，将探头与测点对应，探头紧贴热水机铜管外管壁，用铝箔纸及绝缘胶带固定，并用发泡材料进行保温处理。
6.根据权利要求1所述的补气增焓准二级压缩空气源热泵热水器实验测试方法，其特征在于：所述步骤三中降温处理温度控制为试验室内部环境温度达到设定值20℃。
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