目前,水源熱泵系統因是一種新型的、利用地球表面或淺層水源(如地下水、河流和湖泊)以及人工再生水源(工業廢水、中水、地熱尾水等)的既可供熱又可製冷的節能、高效環保系統,愈來愈多地受到建設機構、設計單位、房地產商、生產廠家以及公眾的關注和應用。水源熱泵機組的特點應用在於冷熱源介質和工作溫度範圍變化較大,因此研究水源熱泵機組的變工況特性就更具有必要性。本文試圖對水源熱泵機組的變工況特性的進行研究,通過理論分析和科學計算,從理論上建立水源熱泵機組變工況模型,並對機組變工況特性進行分析,對今後水源熱泵機組及其空調系統的優化設計等其它方面的研究都具有一定的參考和實用價值。
在這裡,水源熱泵機組的變工況特性研究涉及主要部件:壓縮機、冷凝器和蒸發器。由於機組節流裝置的內容積相對整個水源熱泵機組來說是很小的,因此,節流裝置對機組的影響很小,可忽略不計。2、壓縮機的變工況特性
研究水源熱泵機組壓縮機的變工況特性,首先需要建立其數學模型。水源熱泵機組壓縮機數學模型的形式不僅取決於研究對象的性質,還取決於待解決問題的性質。本文的研究目的在於選用合適的壓縮機,有利於水源熱泵機組的優化設計,因此建立其數學模型時並不要求準確反映機組壓縮機內部的工作過程,而是側重於反映對於水源熱泵機組性能有影響的參數,目的在於選用合適的壓縮機,使之與該機組的其他部件匹配好。為抓住主要矛盾,我們首先對水源熱泵機組壓縮機的理論循環進行分析。
2.1 理論變工況特性
水源熱泵機組壓縮機的理論循環示意圖如圖1所示。在進行水源熱泵機組壓縮機理論變工況特性分析時,參照文獻(3),首先可做如下假設:
(1) 汽化潛熱隨溫度的變化規律:
式中代表工質的臨界溫度,是隨工質而定的常數。
(2) 工質的
液態定壓比熱為常數,且液體定壓加熱過程線與飽和液體線重合。
(3) 取工質蒸發溫度對應下的飽和液體的焓為工質焓值的計算基準點。
(4) 在求解水源熱泵機組的耗功量時,為了簡化問題分析可把工質的原放熱過程2—4由過程線6—4代替。
作如上假設后,對照圖1,經過分析可導出水源熱泵機組的耗功量:
(2)
上式中
水源熱泵機組在制熱工況下,在冷凝器中的放熱量為:
(3)
水源熱泵機組在製冷工況下,其製冷量為:
(4)
由於水源熱泵機組製冷、制熱兩種工況非同一循環,因此必須明確上述公式中:
若取,則水源熱泵機組的理論性能係數:
(5)
若考慮有過冷和干法壓縮,對照圖1近似取