風冷冷（熱）水機組節能型性能試驗室

1 風冷冷(熱)水機組測試系統依據的相關標準
風冷冷（熱）水機組測試系統依據的相關標準主要有：GB/T10870-2014《蒸氣壓縮循環冷水（熱泵）機組性能試驗方法》、ARI550/590-2003《蒸汽壓縮循環冷水（ 熱泵） 機組》、GB/T18430.1-2007《蒸汽壓縮循環冷水（熱泵）機組/工商業用及類似用途的汽壓縮循環冷水（熱泵）機組》、GB/T18430.2-2008《蒸汽壓縮循環冷水（熱泵）機組/戶用及類似用途的汽壓縮循環冷水（熱泵）機組》。上述標準中明確了測量風冷冷（熱）水機組的主要性能指標，而測試系統能夠模擬標準中規定的各種工況，并能測試出風冷冷（熱）水機組的各項性能指標。研究、設計風冷冷（熱）水機組測試系統也需嚴格遵照上述標準的要求。
 
2 風冷冷(熱)水機組測試系統測試方法及原理
2.1 測試方法
對于冷（熱）水機組，制冷量、制熱量按GB/T10870-2014《蒸氣壓縮循環冷水（熱泵）機組性能試驗方法》中5.1 載冷劑法進行試驗。在機組蒸發器（冷凝器）冷（熱）水進（出）口處安裝有水量測量裝置，試驗時，還應有能提供連續穩定的冷水流量、冷卻水流量和符合試驗工況水溫的附加裝置。機組制冷量按式（1）計算：
Qn＝Cqm（t1-t2）+Qc （1）
熱泵制熱量按式（2）計算：
Qh＝Cqm（t2-t1）-Qc （2）
式中：
Qn——機組凈制冷量，W；
C——平均溫度下水的比熱容，J/（kg·℃）；
qm--冷（熱）水質量流量，kg/s；
t1——蒸發器（熱泵制熱時為冷凝器）冷（熱）水進口溫度，℃；
t2——蒸發器（冷凝器）冷（熱）水出口溫度，℃；
Qh——熱泵制熱量，W；
Qc——環境空氣傳入干式蒸發器冷水側的修正項，W；
 
2.2 系統原理
現以大制冷量為800kW的風冷冷（熱）水機組為例，根據標準GB/T18430.1-2007《蒸汽壓縮循環冷水(熱泵)機組/工商業用及類似用途的汽壓縮循環冷水(熱泵)機組》要求的測試項目，參考標準GB/T10870-2014《蒸氣壓縮循環冷水（熱泵）機組性能試驗方法》，我們搭建了測試系統，測試原理如圖1所示。

圖1 測試系統原理圖
 
由圖1 可知主要設備有：
（1）測試間：采用150mm 厚的聚氨酯發泡庫板搭建，用于與外界的隔熱保溫。
（2）各類水泵：主要用來提供水流量。
（3）恒溫水箱：主要用來為測試系統提供穩定溫度的水源。
（4）冷卻塔：主要用來對水箱進行散熱。
（5）空氣處理機組：包括表冷盤管、蒸發盤管、加熱段、加濕段、風機。主要是對被試機的排風進行處理，使得測試間內的溫濕度滿足國標要求。
（6）溫濕度取樣裝置：主要用來采集被試機周圍的溫濕度情況。
風冷冷(熱)水機組測試時，通過空氣處理機組將風冷冷(熱)水機組風側產生的冷熱量進行處理，使得測試間內的溫濕度達到國標要求的值。而機組產生的冷熱水回到水箱后，通過水箱配置的冷熱源進行平衡，從而達到機組在國標要求的工況下穩定運行，采集系統將所有的測點采集，通過電腦內專業計算軟件進行計算輸出實驗報告。

3 測試系統的電氣部分
本測試系統的電氣部分由動力部分、控制調節部分、數據采集部分組成。
3.1 測試系統的動力部分
動力部分主要完成各設備的配電、電器的安全保護等。本系統進線為三相五線制，交流380V±5%，50Hz。設備的動力來源自動力柜，樣機供電由功率測量系統提供。
3.2 測試系統的控制調節及數據采集部分
設備控制的核心為PLC及觸摸屏，在觸摸屏上可方便的控制設備的啟停，并且可以對故障報警進行顯示和記錄。調節功能是通過PID數字調節表實現的。數據采集系統使用的是專業的數據采集器，通過RS232或以太網與計算機通訊，共同完成數據采集。采集的數據再通過相應的計算機軟件進行記錄和處理。軟件系統主要是對采集的數據進行記錄、分析和處理。該軟件可對試驗類型、工況、操作級別等進行設定，軟件可自動采集并記錄數據，記錄過程曲線。試驗完成后，還可進行打印和試驗數據分析等。
 
4 測試系統的節能性分析
4.1 表冷器的運用
該測試系統在測試時，運用表冷器能夠使得冷熱量自平衡，大限度地利用風冷冷（熱）水機組使用側的冷量與熱源側的熱量交換，熱源側的熱量被使用側的冷量平衡后剩余的只有壓縮機的功率這部分熱量需要通過冷卻設備散去，并不需要消耗大量的能量來單獨平衡使用側產生的冷量和熱源側產生的熱量。而且風冷冷（熱）水機組的能效比越高，同等制冷量下，需要測試系統散去的壓縮機功率也就越少，測試系統也越節能。以800kW風冷冷（熱）水機組制冷為例，表冷器的運用對測試系統的耗能比較見表1。
表1 測試系統主要電能

除去其他正常設備的耗功，無表冷器的測試系統的電消耗主要在平衡風側熱量的壓冷機組耗功kW（能效比按3.5 計算）與平衡制冷量的電加熱耗功kW 之和共計1058kW，而有表冷器的測試系統與之對應的只有表冷器水泵22kW 的電消耗，節省了1038kW 的耗電量，按工業用電1.0 元計算，每小時可節省1038 元，大大減少了空調企業的測試成本。
4.2 冷凝熱回收裝置的運用
如圖1 風冷冷（熱）水機組（以下簡稱被試機）制冷測試時，水側的出水溫度是通過調節被試機水泵后端的三通調節閥的開度來控制，即通過調節被試機水泵進口從水箱抽水和被試機回水之間的比例來控制。制冷時，恒溫水箱的溫度按照經驗一般控制在15℃左右。所以做一些非標工況，環境間的溫度與水箱溫度接近的時候，無法用表冷器換熱，比如測試間干球溫度15℃及以下的低溫制冷工況。而壓縮冷凝機組的冷卻水出水溫度一般在30～40℃，供回水溫差在4～7℃左右，此時將被試機組產生的冷水直接與平衡測試間內被試機空氣側產生的熱量的壓縮冷凝機組的冷卻水在板換里進行換熱，通過調節熱回收三通閥可調節被試機出水進入板換的水量，從而調節換熱量來平衡被試機的冷量。冷凝熱回收系統的運用不僅提高了壓縮冷凝機組的效率、降低了壓縮機功率，也減少了機組運行成本。
 
5 結語
本文所述的風冷冷（熱）水機組測試系統設計制造均符合國內相關標準的要求，該系統將使用側和熱源側進行換熱，使得能源得到的利用，實現節能的目的；且具有很高的自動化程度，能實現自動控制和調節、過程監控、數據采集和軟件傳輸；整個測試系統在試驗設備穩定可靠運行的基礎上又保證了測試的精度和準確性。