风冷冷（热）水机组节能型性能试验室

1 风冷冷(热)水机组测试系统依据的相关标准
风冷冷（热）水机组测试系统依据的相关标准主要有：GB/T10870-2014《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组性能试验方法》、ARI550/590-2003《蒸汽压缩循环冷水（ 热泵） 机组》、GB/T18430.1-2007《蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组/工商业用及类似用途的汽压缩循环冷水（热泵）机组》、GB/T18430.2-2008《蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组/户用及类似用途的汽压缩循环冷水（热泵）机组》。上述标准中明确了测量风冷冷（热）水机组的主要性能指标，而测试系统能够模拟标准中规定的各种工况，并能测试出风冷冷（热）水机组的各项性能指标。研究、设计风冷冷（热）水机组测试系统也需严格遵照上述标准的要求。
 
2 风冷冷(热)水机组测试系统测试方法及原理
2.1 测试方法
对于冷（热）水机组，制冷量、制热量按GB/T10870-2014《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组性能试验方法》中5.1 载冷剂法进行试验。在机组蒸发器（冷凝器）冷（热）水进（出）口处安装有水量测量装置，试验时，还应有能提供连续稳定的冷水流量、冷却水流量和符合试验工况水温的附加装置。机组制冷量按式（1）计算：
Qn＝Cqm（t1-t2）+Qc （1）
热泵制热量按式（2）计算：
Qh＝Cqm（t2-t1）-Qc （2）
式中：
Qn——机组净制冷量，W；
C——平均温度下水的比热容，J/（kg·℃）；
qm--冷（热）水质量流量，kg/s；
t1——蒸发器（热泵制热时为冷凝器）冷（热）水进口温度，℃；
t2——蒸发器（冷凝器）冷（热）水出口温度，℃；
Qh——热泵制热量，W；
Qc——环境空气传入干式蒸发器冷水侧的修正项，W；
 
2.2 系统原理
现以大制冷量为800kW的风冷冷（热）水机组为例，根据标准GB/T18430.1-2007《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组/工商业用及类似用途的汽压缩循环冷水(热泵)机组》要求的测试项目，参考标准GB/T10870-2014《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组性能试验方法》，我们搭建了测试系统，测试原理如图1所示。

图1 测试系统原理图
 
由图1 可知主要设备有：
（1）测试间：采用150mm 厚的聚氨酯发泡库板搭建，用于与外界的隔热保温。
（2）各类水泵：主要用来提供水流量。
（3）恒温水箱：主要用来为测试系统提供稳定温度的水源。
（4）冷却塔：主要用来对水箱进行散热。
（5）空气处理机组：包括表冷盘管、蒸发盘管、加热段、加湿段、风机。主要是对被试机的排风进行处理，使得测试间内的温湿度满足国标要求。
（6）温湿度取样装置：主要用来采集被试机周围的温湿度情况。
风冷冷(热)水机组测试时，通过空气处理机组将风冷冷(热)水机组风侧产生的冷热量进行处理，使得测试间内的温湿度达到国标要求的值。而机组产生的冷热水回到水箱后，通过水箱配置的冷热源进行平衡，从而达到机组在国标要求的工况下稳定运行，采集系统将所有的测点采集，通过电脑内专业计算软件进行计算输出实验报告。

3 测试系统的电气部分
本测试系统的电气部分由动力部分、控制调节部分、数据采集部分组成。
3.1 测试系统的动力部分
动力部分主要完成各设备的配电、电器的安全保护等。本系统进线为三相五线制，交流380V±5%，50Hz。设备的动力来源自动力柜，样机供电由功率测量系统提供。
3.2 测试系统的控制调节及数据采集部分
设备控制的核心为PLC及触摸屏，在触摸屏上可方便的控制设备的启停，并且可以对故障报警进行显示和记录。调节功能是通过PID数字调节表实现的。数据采集系统使用的是专业的数据采集器，通过RS232或以太网与计算机通讯，共同完成数据采集。采集的数据再通过相应的计算机软件进行记录和处理。软件系统主要是对采集的数据进行记录、分析和处理。该软件可对试验类型、工况、操作级别等进行设定，软件可自动采集并记录数据，记录过程曲线。试验完成后，还可进行打印和试验数据分析等。
 
4 测试系统的节能性分析
4.1 表冷器的运用
该测试系统在测试时，运用表冷器能够使得冷热量自平衡，大限度地利用风冷冷（热）水机组使用侧的冷量与热源侧的热量交换，热源侧的热量被使用侧的冷量平衡后剩余的只有压缩机的功率这部分热量需要通过冷却设备散去，并不需要消耗大量的能量来单独平衡使用侧产生的冷量和热源侧产生的热量。而且风冷冷（热）水机组的能效比越高，同等制冷量下，需要测试系统散去的压缩机功率也就越少，测试系统也越节能。以800kW风冷冷（热）水机组制冷为例，表冷器的运用对测试系统的耗能比较见表1。
表1 测试系统主要电能

除去其他正常设备的耗功，无表冷器的测试系统的电消耗主要在平衡风侧热量的压冷机组耗功kW（能效比按3.5 计算）与平衡制冷量的电加热耗功kW 之和共计1058kW，而有表冷器的测试系统与之对应的只有表冷器水泵22kW 的电消耗，节省了1038kW 的耗电量，按工业用电1.0 元计算，每小时可节省1038 元，大大减少了空调企业的测试成本。
4.2 冷凝热回收装置的运用
如图1 风冷冷（热）水机组（以下简称被试机）制冷测试时，水侧的出水温度是通过调节被试机水泵后端的三通调节阀的开度来控制，即通过调节被试机水泵进口从水箱抽水和被试机回水之间的比例来控制。制冷时，恒温水箱的温度按照经验一般控制在15℃左右。所以做一些非标工况，环境间的温度与水箱温度接近的时候，无法用表冷器换热，比如测试间干球温度15℃及以下的低温制冷工况。而压缩冷凝机组的冷却水出水温度一般在30～40℃，供回水温差在4～7℃左右，此时将被试机组产生的冷水直接与平衡测试间内被试机空气侧产生的热量的压缩冷凝机组的冷却水在板换里进行换热，通过调节热回收三通阀可调节被试机出水进入板换的水量，从而调节换热量来平衡被试机的冷量。冷凝热回收系统的运用不仅提高了压缩冷凝机组的效率、降低了压缩机功率，也减少了机组运行成本。
 
5 结语
本文所述的风冷冷（热）水机组测试系统设计制造均符合国内相关标准的要求，该系统将使用侧和热源侧进行换热，使得能源得到的利用，实现节能的目的；且具有很高的自动化程度，能实现自动控制和调节、过程监控、数据采集和软件传输；整个测试系统在试验设备稳定可靠运行的基础上又保证了测试的精度和准确性。