水源热泵机组的变工况特性研究

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1、水源热泵机组的变工况特性研究简介：本文通过对水源热泵机组的压缩机、冷凝器和蒸发器的变工况特性分析和计算，得到水源热泵机组变工况特性模型，对该模型进行误差检验，其误差均在允许范围内。应用水源热泵机组变工况模型，可以清楚、方便地对水源热泵机组进行变工况分析研究，对于以后水源热泵机组及其空调系统的优化设计等其它方面的研究都具有一定的参考和实用价值。关键字：水源热泵变工况数学模型1、概述目前，水源热泵系统因是一种新型的、利用地球表面或浅层水源（如地下水、河流和湖泊）以及人工再生水源（工业废水、中水、地热尾水等）的既可供热又可制冷的节能、高效环保系统，愈来愈多地受到建设机构、设计单位、房地产商、生

2、产厂家以及公众的关注和应用。水源热泵机组的特点应用在于冷热源介质和工作温度范围变化较大，因此研究水源热泵机组的变工况特性就更具有必要性。本文试图对水源热泵机组的变工况特性的进行研究，通过理论分析和科学计算，从理论上建立水源热泵机组变工况模型，并对机组变工况特性进行分析，对今后水源热泵机组及其空调系统的优化设计等其它方面的研究都具有一定的参考和实用价值。在这里，水源热泵机组的变工况特性研究涉及主要部件：压缩机、冷凝器和蒸发器。由于机组节流装置的内容积相对整个水源热泵机组来说是很小的，因此，节流装置对机组的影响很小，可忽略不计。2、压缩机的变工况特性研究水源热泵机组压缩机的变工况特性，首先需

3、要建立其数学模型。水源热泵机组压缩机数学模型的形式不仅取决于研究对象的性质，还取决于待解决问题的性质。本文的研究目的在于选用合适的压缩机，有利于水源热泵机组的优化设计，因此建立其数学模型时并不要求准确反映机组压缩机内部的工作过程，而是侧重于反映对于水源热泵机组性能有影响的参数，目的在于选用合适的压缩机，使之与该机组的其他部件匹配好。为抓住主要矛盾，我们首先对水源热泵机组压缩机的理论循环进行分析。2.1理论变工况特性水源热泵机组压缩机的理论循环示意图如图1所示。在进行水源热泵机组压缩机理论变工况特性分析时，参照3、冷凝器、蒸发器的变工况特性3.1冷凝器变工况特性考虑水源热泵机组的运行特点：

4、开停机不频繁，机组大部分时间处于稳定运行状态，这时，机组开停机时对冷凝器进行按过热区、两相区和过冷区分段处理就显得无足轻重，可以不予考虑；并且，本研究是从整体上进行冷凝器的研究，不必考虑冷凝器的具体结构，因此冷凝器内制冷剂的汽、液相变化从整个机组运行的宏观角度来看，也可以忽略，从而简化冷凝器的建模。于是作者尝试采用以下的方法建立冷凝器的数学模型。建立冷凝器基于稳定运行状态的几个方面的假设：1)冷凝器的总换热系数为一常数，等于水源热泵机组在标准工况下冷凝器的换热系数。2)传热管外制冷剂的流动为一维均相流动，不考虑压降。实际制冷剂的流动是复杂的分相流动，而且实际冷凝器内管外侧由于结构布置上的

5、原因，导致流速分布不均，会对换热造成一定影响，这与具体装置有关。3)管内冷却水的流动也看作是一维流动，且不考虑压降。4)管壁热阻忽略不计。与管内、外侧的换热热阻相比，管壁径向热阻很小，管壁的轴向热阻对换热影响也不大，均可忽略不计。由于忽略了冷凝器内的流动压降，就可不必考虑动量方程；稳定流动也使得质量方程自动满足。因此，所要考虑的只有能量方程。根据以上分析，作者将冷凝器的每个传热管划分成若干微元，最后得到冷凝器的数学模型：　　　　(18)3.2蒸发器的变工况特性目前，对蒸发器数学模型主要有以下三种：动态集中参数模型、稳态分布参数模型和稳态集中参数模型。考虑水源热泵机组的运行特点以及研究目的

6、，与冷凝器的建模相似，作者通过分析、计算得到蒸发器基于稳定状态下的数学模型：(19)对于冷凝器和蒸发器来说，当冷却水流量一定时，即当水源热泵机组稳态运行时，由于在一定热负荷范围内传热系数、变化不大，均可看作常数，故换算系数和也基本不变，其值等于也分别等于某一常数。这样，对于冷凝器和蒸发器来说，它们的热交换能力分别是冷凝温度和冷却剂进口温度的函数、蒸发温度和冷冻水进口温度的函数。4、水源热泵机组变工况特性由于水源热泵机组主要部件压缩机、冷凝器和蒸发器是在稳定运行工况下进行的，一定寻求热泵机组的状态平衡点，以便于该机组变工况特性的研究。因此，该问题的核心是：如何根据各主要部件的计算结果，以及

7、水源热泵机组标准状况时的特性，求得机组变工况的数学模型。首先对水源热泵机组进行变工况计算分析。利用压缩机、蒸发器、冷凝器间存在着能量变化关系，将上述三部件变工况模型联立，建立方程组：　　　　(20)本研究中，冷凝器选用某种型号的管壳式冷凝器，蒸发器选用某种型号的干式蒸发器。根据螺杆式压缩机厂家提供的制热标准工况和制冷标准工况的条件和厂家提供的冷凝器、蒸发器的相关参数，进一步求得与、、、的函数关系、与、、、的函数关系，并将式(20)简