主頁 > 新聞動態 > 水源熱泵性能測（cè）試實（shí）驗台的研發和設計原理及實驗內容測試 2021-11-23

水源熱泵性能測試實驗台的研發和（hé）設計原理及（jí）實驗內容測試

一、水（shuǐ）源熱泵性（xìng）能測（cè）試實驗台,水源熱泵性能測試實驗（yàn）裝置,水源熱泵性能測試（shì）實驗設備概述
近年來，隨著經濟與信（xìn）息技術的迅速發展，能源和環境的問題逐漸凸顯。水源熱泵己經被用（yòng）於生（shēng）活供暖、生活（huó）廢（fèi）水處（chù）理等領域。在高校教學實驗工作中，對水源熱泵（bèng）的原理及（jí）相關知識的研究（jiū）教學也（yě）被廣泛重（chóng）視。
目前很（hěn）多高校相關的水源熱（rè）泵實驗教學內容單一，多為（wéi）演示實驗，缺乏（fá）實踐性和創新性。更有許（xǔ）多設備年久失（shī）修，導致實驗結果不準確（què），不能達到實驗（yàn）的真（zhēn）正目的。為此我們搭建一個可以直觀表達實（shí）驗原理、數據可以實時顯示的高效率的水源熱泵實驗平（píng）台。
二、水源熱（rè）泵性能測試實驗台,水源熱（rè）泵性能測試實驗（yàn）裝置,水（shuǐ）源熱泵性能測試實驗（yàn）設備實驗平台設計方案
水源熱泵性能測試（shì）實驗平台由水源熱泵（bèng）係統、用戶側末端裝（zhuāng）置係統、控（kòng）製（zhì）及數據采（cǎi）集係統組成。實驗平台啟動時，通過控製（zhì）係統由（yóu）用戶側和水源側（cè）等末端裝置（zhì）先行啟動，進行水循環（huán）。製熱時，熱泵機組吸（xī）收低溫端水（shuǐ）源側換熱器的熱量，並且通過製冷劑循環係統（tǒng）將吸收的熱量（liàng）傳（chuán）遞到高溫端的用戶側換熱器進行（háng）放熱。製冷時，剛（gāng）好是一個相反（fǎn）過程。整（zhěng）個實驗過程（chéng）由觸摸屏上（shàng）操作完（wán）成，人機對（duì）話界（jiè）麵方便智能，完（wán）全可以通過屏幕進行機組（zǔ）的啟停（tíng）控製、數據的讀取和報警提示等操作。
1.水源熱泵製冷循環係統設計
本實驗平台水源熱泵製冷循環係統圖如圖1所示，由壓縮機、水源側套管換熱器、用戶側套管換熱器、熱力膨脹閥、氣液分離器、四（sì）通換向閥、幹（gàn）燥過濾器（qì）、儲（chǔ）液罐（guàn）、單向閥等通過銅管連接組成（chéng）。壓縮機起著壓縮和輸送循（xún）環（huán）工質從低溫低壓到高溫高壓處的作用。蒸發器與冷凝器采（cǎi）用的是換熱（rè）效率較高的（de）套（tào）管式換熱器，使製冷劑與水進行高效換熱，製熱時（shí）水源側套管換熱器為蒸發器，用戶側套管換（huàn）熱器為冷凝器，製冷時則相反。
熱力膨脹閥對循環工質起到（dào）節流降壓作（zuò）用（yòng），並調（diào）節進入蒸（zhēng）發器的循環工質（zhì）流量，達到控製蒸發器溫度的作用。根據熱（rè）力學第二定律，壓縮機所消耗（hào）的功（電能）起到補償作用，使循環工質不斷（duàn）地從低溫環境中吸收，並向高溫環境放熱。機組（zǔ）中設置（zhì）了四通換向閥進行製冷與製熱（rè）工（gōng）況的切換。為了保證製冷劑工質同一個方向進入熱力膨（péng）脹（zhàng）閥（fá），製冷係統中設（shè）置了4個單向閥。

圖1 水源熱泵製冷循環係統圖（tú）

2.水源熱泵控製係（xì）統設計
本實驗（yàn）平（píng）台采用嵌入式觸摸屏與DDC控製器聯合控製係統，嵌入式觸摸屏是控製係統的指揮（huī）中心，與下設的DDC設備進行數（shù）據通信，指揮設備的控製運（yùn）行（háng）狀態及采集設備（bèi）的運（yùn）行狀態（tài）參數，並（bìng）且實現友好的人機（jī）對話。DDC控製器主要負責現（xiàn）場（chǎng）水源熱泵機組的控製啟停和供回（huí）水溫度、製冷係統溫度、水流量、運行狀態（tài）及（jí）電量參數監測。
如圖2所示，為水源熱（rè）泵實驗平台控（kòng）製（zhì）係統原理圖，在原有常規水源熱（rè）泵空調機組係統的基礎上，在（zài）壓縮機出口處安裝高壓保護開關、溫度傳感器，入口處安裝了低壓保護開關、溫度傳感器。為（wéi）了滿足實驗測試要求我們在兩個換熱器機組出口和（hé）入口處安（ān）裝（zhuāng）了（le）溫度傳感器，進水管上安裝溫度傳感器，出水管上安裝流量傳（chuán）感器、溫度傳感（gǎn）器等。
換熱器出水流量傳感器主要用於檢測（cè）機組水（shuǐ）側的流量狀態；進水溫度傳感器、出水溫度傳感器（qì）主要用於檢測空（kōng）調水的進水（shuǐ）及出水（shuǐ）的溫（wēn）度，與流（liú）量傳（chuán）感器配合可以使實驗者能測量出實時的空調係統（tǒng）的製冷（熱）量。
壓縮機進、出口溫度傳感器主要用於（yú）壓縮機進出口（kǒu）的溫度值，以便了（le）解其運行狀況，防止進出口溫度（dù）過高或過低對（duì）壓縮機（jī）造成損壞。高、低（dī）壓保護開關主要用於檢測反饋壓縮機進出口的壓力值，防止進口壓力過低和出口壓力過高而（ér）對壓縮機造成（chéng）損壞（huài）。

圖2 水源熱泵實驗平（píng）台控製係統原理圖

三（sān）、水源熱泵性能（néng）測試實驗台,水源熱泵性能測試實驗裝置,水源熱泵性能測（cè）試（shì）實驗設備MCGS嵌入式（shì）觸摸屏係統設計
觸摸屏係統采用MCGS工業控（kòng）製屏，主界麵如圖3所示，具備動（dòng）態友好人機（jī）界麵，實時數據顯示，數據庫儲存等功能。實驗需要測量的溫度、流量（liàng）、電流（liú）、電壓、壓縮（suō）機功率、製冷量、製（zhì）熱量等均可在主界麵中實時動態顯示。
MCGS觸摸屏（píng）負（fù）責（zé）係統的算法運算（suàn）、指令輸出（chū）、數據存儲、曲線跟蹤、遠程數（shù）據傳送等功能；DDC控（kòng）製采集器主要功能是執行指令控製設備的啟停狀態（tài）、設（shè）備的運行狀態采集、溫度采集、壓力采集、水流量采集、電量參數采集等（děng）。

圖3 MCGS 嵌入式觸摸（mō）屏

四、水源熱泵性能測試實驗台,水源熱泵性（xìng）能測試實驗裝置,水源熱泵性能測試實驗設備實驗內容及測試
機組運行基本原理依據是（shì）逆卡諾（nuò）循環原理：液態工質首先在蒸發器內吸收水中的熱量而蒸（zhēng）發形成蒸汽（汽化），汽化潛熱（rè）即為所回收熱量，而後經壓縮機壓縮（suō）成高溫高壓氣體，進入冷凝器內冷（lěng）凝成（chéng）液態（液化）把（bǎ）吸（xī）收的熱量釋放給需要加熱的水，液態工質經膨脹閥降壓膨脹後重新回到膨（péng）脹閥內，吸收熱量蒸發而完成一個循環，如此往複，不斷吸（xī）收低溫端的熱量，在高溫端進行放熱（rè）。該實驗平（píng）台可以通過測量（liàng）製冷量、製（zhì）熱量、壓縮機輸入功、製冷循環各點溫度狀（zhuàng）態及蒸發（fā）壓力與冷凝壓力等，測量計算出（chū）水源熱泵係統的製冷能效比、製熱能效比（bǐ），並在製冷劑壓焓（hán）圖上繪製出實際過程圖。通過實（shí）驗，可以（yǐ）讓學生直觀的了解到整個製冷循環的實際過程。
從表1中測試數據我（wǒ）們可以看出（chū），製冷工（gōng）況時，由（yóu）於冷凝溫度比較低，壓縮機輸入功耗也相對比較低，製冷（lěng）能效比達到了（le）4.5，即每輸入1kW電功率，產（chǎn）生了4.5kW的製冷量。
從表2中測試數據我（wǒ）們可以看出（chū），製熱工況時，由於冷凝溫度的提（tí）高，壓縮機輸入功比製冷時（shí）增加（jiā）不少，同（tóng）時冷凝器上產生的熱量也（yě）降低了不少，製熱能效比為2.8，即每輸入1kW電功率，產生了2.8kW的製熱量。

表1 製冷工況

表2 製熱工況

五、結束（shù）語
水源（yuán）熱泵（bèng）性（xìng）能測試實驗台,水源熱泵性能測試實驗裝置,水源熱泵（bèng）性能測試實驗設備的研發（fā）和介紹，可以讓學生直觀的（de）了解水源熱泵的結構，加深理解熱泵的工作原理。通過實驗數據的（de）測試顯示，該（gāi）實（shí）驗平台測試的數據更加精準，貼近實際工程應用。

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