温度变化对机组运行效率的影响

在我国寒冷地区,冬季供暖期一般从11月份至次年4月份,但根据地域分布的不同,供暖期时长大致为4～5个月。以青岛地区为例,冬季供热从11月16日开始至次年4月5日结束,共计141天。通过对供暖季141天内青岛地区某人工湖水水温及当地大气气温的追踪,可得供暖季内每月大气温度及湖水温度变化走向折线图。

图8-10　青岛某人工湖湖水温度及当地大气温度走向折线图

图8-10内数据,大气温度为当地天气预报参考温度,而湖水温度为采用温度传感器实测数值。由此图可知,在供暖季前期湖水温度较高,随着大气温度越来越低,湖水温度也随之降低,当进入1月份以后,此时为供暖最不利工况运行时期,湖水温度达到当年最低温度,可利用水的温差显热有限,需通过加大流量以满足热泵机组取热的要求。

通过对青岛某人工湖一个供暖季的数据采集,将整个供暖季分为三个阶段,分别计算三个阶段的湖水温度、大气温度的平均值,并以所得数据为基础,计算各阶段的系统运行平均COP,以此表征系统在整个供暖季运行效率的变化情况,并由此进行系统能耗分析。

第一阶段:11月16日至12月31日。

该阶段为供暖初期,大气温度及湖水温度均较高,大气平均温度T1a＝3.86℃,湖水平均温度为T1w＝7.12℃,室内温度为T1n＝18℃。此时湖水进出口温差为7～3℃,取对流传热温差ΔT＝2℃,蒸发器进出水温差为5～1℃,此时蒸发器蒸发温度T0＝－2℃,末端供水温度为45℃,冷凝温度Tk＝50℃,该阶段热泵机组平均制热效率COPi1＝3.91。

第二阶段:1月1日至2月28日。

该阶段为供暖中期,也是最不利工况运行时期,大气温度及湖水温度均达到当年最低值,大气平均温度T2a＝2.59℃,湖水平均温度为T2w＝3.75℃,室内温度为T2n＝18℃。此时湖水进出口温差为3.5～0.5℃,取对流传热温差ΔT＝2.5℃,蒸发器进出水温差为1.5～－2.5℃,此时蒸发器蒸发温度T0＝－5℃,末端供水温度为45℃,冷凝温度Tk＝50℃,该阶段热泵机组平均机制热效率COPi2＝3.62。

第三阶段:3月1日至4月5日。

该阶段为供暖末期,大气温度及湖水温度均处于回升阶段,大气平均温度T3a＝7.76℃,湖水平均温度为T3w＝6.59℃,室内温度为T3n＝18℃。此时湖水进出口温差为6.5～2.5℃,取对流传热温差ΔT＝2℃,蒸发器进出水温差为4.5～0.5℃,此时蒸发器蒸发温度T0＝－2.5℃,末端供水温度为45℃,冷凝温度Tk＝50℃,该阶段热泵机组平均机制热效率COPi3＝3.83。