换热器的设计
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专家课堂：水源热泵机组设计问题探讨点击：1970 日期：[ 2014-04-27 11:51:18 ] |
| 水源热泵技术是利用地球表面浅层水(如地下水、地表水、海水、江水及湖泊水)中蕴含的低位能源作为热泵的低温侧热源，实现低温热能向高温热源转移的一种技术，具有良好的节能与环境效益。水源热泵系统因为具有能效系数高，运行成本低和安全、可靠等优点，在建筑空调和生产工艺上得到了广泛的应用。本文就水源热泵机组设计中的若干问题展开论述。 1.制冷系统构成 水源热泵完成制冷与制热的功能转换有两种方式，一是通过水源热泵系统空调水与地源水的转换，另一种方式是通过四通换向阀进行制冷剂侧的切换。本文论述的对象为水侧转换的螺杆式水源热泵机组。 水源热泵机组制冷系统由压缩机、蒸发器、冷凝器、节流阀以及其它辅助元件构成。与常规的水冷冷水机组比较，增加了辅助冷却系统。 螺杆压缩机的进气、压缩和排气过程发生在同一个方向。在此过程中吸进来的气体被压缩，体积慢慢缩小向排气口推进。被压缩了的气体通过一个设定尺寸和几何形状的排气孔口排出，该排气孔的位置决定了压缩机的内容积比(Vi)。Vi值与质量流量和工作压力比做相应调整，以防止过压缩或压缩不足而降低效率。如某品牌螺杆压缩机具有2.2、2.6、3.0、3.5.4.8等不同Vi值，而用在水源热泵机组上的压缩机Vi值一般为3.0。 2、喷射冷却系统 由于热泵压缩机运行工况较苛刻，其负载较水冷机组约高出20%至30%以上，在该种条件下，压缩机电机与压缩室将会出现高温，此高温会随运行状态而变化，由于接近保护设定值上限，故极易使保护开关作动，致使系统停机。 喷液系统即为防止压缩机过热而设计的保护系统，此系统将液管一部份冷媒引出，通过节流阀的控制将液态冷媒喷入压缩机内进行冷却，达到保护压缩机之目的。选用单级喷液或双级喷液系统，取决于吸气过热度之大小或压缩机负载大小。如压缩机长期处于高冷凝温度下运行，并且吸气温度又较高，则应采用双级液喷的系统。一般来说，水源热泵机组均采用双级喷液系统，对压缩机的电机和压缩室进行喷液冷却，如图2所示。 3、节流阀选型 作为制冷循环的四大部件之一，节流装置在系统中起着非常关键的作用，选用合适的节流机构与制冷系统相匹配是整个制冷设备安全运行与降低能耗的重要一环。 目前，水源热泵机组常见的节流阀有机械式膨胀阀、节流孔板、电子膨胀阀、电子调节阀以及它们的组合应用等多种形式。考虑安全稳定和价格便宜等原因，机械式膨胀阀多用于干式水源热泵机组。由于机械式膨胀阀调节范围相对较小，所以对于制冷量和制热量相差较大的机组，应采用特殊方式处理，比如采用并联节流方式，则可以很好地匹配制冷与制热工况。对于带有冰蓄冷功能的机组，这一点应被特别关注。 4.换热器设计 在制冷工况运行时，蒸发器内水侧为空调冷冻水；在制热工况运行时，蒸发器内水侧为水源水。国家标准《GB/T19409-2003水源热泵机组》规定水源热泵机组的标准工况如表2所示。机组在制冷运行时，蒸发器进出水温度分别为12℃、7℃，温差为5℃。标准规定，机组在制热时使用侧出水温度与热源侧出水温度由名义制冷工况下蒸发器和冷凝器的水流量和机组的制热量决定。一般来说，制热时使用侧出水温度为45℃，热源侧出水温度为7～8℃，机组制热时蒸发器水侧温差为7～8℃，有部分厂家产品温差达到9℃。 对于冷凝器来说，在制冷工况运行时，其水侧为水源水，在制热工况运行时，其水侧为连接末端的热水。如表2所示，标准工况制冷时，冷凝器进出水温度分别为18℃、29℃，温差为11℃。标准工况制热时，冷凝器进出水温度分别为40℃、45℃，温差为5℃。 一般来说，在标准制冷工况下机组的冷凝热(制冷量与输入功率之和)与标准制热工况下的制热量 (也即冷凝热)相差在10%范围内，根据热量计算公式q=cmAt可知，机组冷凝器在制冷和制热工况下的流量相差较大，接近一倍。这就对冷凝器的流速设计提出了新的课题。如果不做特殊设计，满足制冷流速要求时(此时流量较小)，则机组在制热运行时流速会出现流速过高的情况，结果将造成系统阻力过大，严重时将加剧地下水中的沙粒对换热管的磨损。 |
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