風冷熱泵冷熱水機組自90年代在我國得到了廣泛的應用以來，使用地域由南向北迅速推廣。這類機組的優(yōu)點是一機二用，提高了機組的利用率。制冷時，冷凝器采用風冷，省去了水冷冷水機組所需要的冷卻水系統(tǒng)；制熱時采用熱泵運行方式，節(jié)能且無使用鍋爐造成的對環(huán)境的污染；機組安裝、布置方便，可置于屋頂而無需專門設置機房等。隨著我國經濟的發(fā)展使我國電力越來越緊張，而空調耗電占夏季耗電的比例越來越高，促使國家提高了對空調器的節(jié)能要求，在對空調器的改造過程中，用電子膨脹閥替代熱力膨脹閥成為了一種趨勢，而電子膨脹閥具有流量調節(jié)范圍寬、控制精度高和適于電路控制等特點,可以根據負荷變化而改變系統(tǒng)的流量,保證蒸發(fā)器在很小的出口過熱度下穩(wěn)定工作,使空調器的啟動和變負荷動態(tài)特性大大改善。

1 實驗裝置與測試方法

圖1 實驗測試裝置

圖1為實驗研究測試裝置原理圖。采用名義制冷量為18.40KW的MH008型風冷熱泵冷熱水機組樣機，在標準規(guī)定的各種空調工況^[7。8]條件下，測得風冷熱泵冷熱水機組在不同節(jié)流裝置下機組的制冷量、制熱量和能效比。系統(tǒng)中水側換熱器的進、出口都設置了溫度傳感器，進水管路上設置了渦輪流量計，這些測點的布置為分析系統(tǒng)的熱力性能提供了具體的實測值。由于不同季節(jié)的水溫不同，冷卻水系統(tǒng)中冷卻塔和電加熱器用來調節(jié)進出口水溫。

2 試驗系統(tǒng)工作原理

試驗時用4個截止閥來實現(xiàn)熱力膨脹閥和電子膨脹閥之間的切換，用熱力膨脹閥作為節(jié)流元件時，截止閥5和13關閉，4和10打開；而用電子膨脹閥作為節(jié)流元件時，截止閥4和10關閉，5和13打開。在電子膨脹閥處我們并聯(lián)了兩根毛細管，目的是在電子膨脹閥的調節(jié)能力不夠時進行補充調節(jié)。

1渦旋壓縮機；2四通換向閥；3空氣側換熱器；4、5、10、13、25、26、27、28截止閥；
14、15、16、17單向閥；6、19、21干燥過濾器；9、18儲液器；11板式換熱器；7、22視液鏡；
8熱力膨脹閥；20電子膨脹閥；23、24毛細管；12氣液分離器；29進水管30出水管
圖2 系統(tǒng)原理圖

3 試驗結果及分析

根據標準JB/T4329——1997我們測試了系統(tǒng)分別在熱力膨脹閥和電子膨脹閥的作用下，制冷時在zui大負荷工況、標準制冷工況、低溫工況的制冷量和能效比；制熱時在zui大負荷工況、標準制熱工況和除霜工況的制熱量和能效比，下面給出了試驗數據的比較圖。

圖3 制冷量比較圖　　圖4 制冷能效比比較圖

圖5 制熱量比較圖　　　　　圖6 制熱能效比比較圖

從圖3和4看出在相同的工況條件下，系統(tǒng)的制冷量和制熱量在用電子膨脹閥作為節(jié)流元件時要比熱力膨脹閥的大，尤其是制熱時，大的更多，都在3000瓦左右，在制冷時也在1000瓦以上。從圖5和6可以看出，能效比在相同的工況下也得到了相應的提高，這說明了用電子膨脹閥替代傳統(tǒng)的熱力膨脹閥提高了系統(tǒng)的性能，使系統(tǒng)更加節(jié)能。

從能源有效利用來考慮，熱力學第二定律分析法（火用分析法）從能量的角度來評價熱力循環(huán)。揭示出能量中火用的轉換、傳遞、利用和損失的情況，從而尋找改善整個循環(huán)系統(tǒng)熱經濟性的改進方案。通過對小型風冷式冷熱水機組系統(tǒng)的火用分析，尋找系統(tǒng)各部件火用損失狀況和規(guī)律，為系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的改善提供參考。

系統(tǒng)運行中各過程的損失計算式如下：

壓縮過程：Δe_com=w+ e_in-e_out （1）

冷凝過程: Δe_con= e_in -e_out （2）

節(jié)流過程: Δe_thr= e_in -e_out （3）

蒸發(fā)過程: Δe_eva= e_in- e_out+E_q0/q_m（4）

上式中：e_in是各過程的進口處的火用值；e_out是各過程的出口處的火用值；w是壓縮機的耗功，E_q0為制冷劑從低溫熱源所帶入的熱量火用，q_m為制冷劑的制冷流量。

下表是電子膨脹閥和熱力膨脹閥作為節(jié)流元件時系統(tǒng)各過程的火用損失占四過程損失總數的百分數。

從表1中可以看出，用電子膨脹閥時，節(jié)流過程的損失要比用熱力膨脹閥時小，在四個過程中冷凝損失占的比例zui大，減小損失的辦法是采用強化傳熱，減少制冷劑和冷卻介質的傳熱溫差，可以采用傳熱螺紋管，提高冷卻介質的流速，減少污垢和油垢熱阻等辦法，還可以利用回收冷凝熱生成生活熱水等辦法減少冷凝器的火用損失。節(jié)流過程中的損失是由于粘性流體流動過程中因摩擦阻力引起的不可逆節(jié)流，電子膨脹閥的調節(jié)靈敏度比熱力膨脹閥高，所以損失要低。所以今后對系統(tǒng)的改造可以通過對系統(tǒng)兩器的匹配，降低火用損失使系統(tǒng)的效率得到提高。

4 結論

利用電子膨脹閥替代熱力膨脹閥后，系統(tǒng)性能測試與能效分析計算結果證明：

1）在相同的制冷和制熱工況下，系統(tǒng)的制冷和制熱能力得到了提高，表現(xiàn)在制冷量和制熱量的增加上，系統(tǒng)的能效比也得到了相應的提高，實現(xiàn)了節(jié)能的目的。

2）利用電子膨脹閥之所以使系統(tǒng)的性能得到了改善，主要是因為電子膨脹閥通過傳感器對參數進行采集計算，通過驅動板驅動閥的開閉，反應速度比熱力膨脹閥快，所以特別適合于工況變化劇烈的熱泵機組的使用，另外，電子膨脹閥的感溫部件為熱電偶或熱電阻，比感溫包更能準確反應過熱度的變化，所以適應的溫度低，電子膨脹閥的過熱度調節(jié)要比熱力膨脹閥方便。

3）此外，在制冷、制熱過程中，冷凝過程的損失zui大，所以今后可以通過調整兩器的匹配，減少冷凝過程的火用損失來進一步提高系統(tǒng)的性能。而系統(tǒng)的水側換熱器在熱泵時是順流方式，而熱泵在制熱時，板式換熱器的負荷要比制冷時大，所以如果把順流方式該成逆流方式應該能夠提高系統(tǒng)的性能。同時還可以應用變頻技術，改變壓縮機的轉速來調節(jié)系統(tǒng)在變工況下系統(tǒng)中制冷劑的流量，使機組在較率下運行。

參考文獻

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