缓冲水箱容量对低环境温度空气源热泵机组性能的影响

发布时间：2023.12.15

曾昱1 刘猛1 赵密升2 李建国2 陈微微2 张泳洋2

(1．重庆大学，重庆；2．广东纽恩泰新能源科技发展有限公司，广州)

摘要：在空气源热泵机组性能检测实验室，对 2 205 、3 675 kW空气源热泵分别采用直供形式、增设 100 L缓冲水箱、增设 150 L缓冲水箱的性能进行了实验，探究了增设不同容量缓冲水箱及不同运行模式对热水型空气源热泵运行性能的影响。结果表明：在－6 ℃环境温度工况下， 3 675 kW机组增设 100 、150 L缓冲水箱较直供形式，制热量分别下降 9．6％、10．2％，COP分别下降 9．5％、9．9％；2 205 kW机组增设 100 L缓冲水箱后制热量下降 6．3％，COP下降 7．0％。较连续运行模式，间歇运行模式 2在直供、增设 100 L水箱、增设 150 L水箱 3种情况下，机组制热量分别提升 2．5％、4．5％、5．0％，COP分别提升 1．8％、3．7％、4．5％。

关键词：空气源热泵；缓冲水箱；容量；低环境温度；间歇运行；制热量；性能系数(COP)

Abstract: In the performance testing laboratory of air source heat pump units, the experiments are carried out on the performance of 2 205 kW and 3 675 kW air-source heat pumps with direct supply and 100 land 150 L buffer tanks respectively to explore the effects of adding different capacity buffer tanks and different operation modes on the operation performance of hot water air-source heat pumps. The results show that when the ambient temperature is 6 C , the heating capacity of the 3 675 kW unit adding 100 L and 150L buffer tank decreases by 9.6% and 10.2% than that of the direct supply , respectively, and the COP decreases by 9.5% and 9. 9%, respectively, After the addition of a 100 L buffer tank, the heating capacity of the 2 205 kW unit decreases by 6.3% and COP decreases by 7.0% compared with the direct supply, Compared with the continuous operation mode, the heating capacity of the intermittent operation mode 2 in direct supply, adding 100 L and 150 L buffer tank increases by 2.5%, 4.5% and 5.0%,respectively, and the COP increases by 1.8%,3.7% and 4.5%, respectively.

Keywords: air-source heat pump;buffer tank; capacity;low ambient temperature; intermittent operation: heating capacity: COP

引言

国家为推动全面清洁供暖，以改善区域环境空气质量为核心，以减少重污染天气为重点，多措并举强化冬季大气污染防治，全面降低区域污染排放负荷。

空气源热泵是清洁供暖的重要设备，空气源热泵具有节能环保的特点，但在我国北方的低温寒冷地区使用仍然存在适用性的限制。由于北方农村地区围护结构保温性能相对较差，导致部分用户反映供暖效果欠佳；运行过程中缺乏合理的运行调节策略，导致运行能耗及运行费用较高。目前北方农村地区安装热水型空气源热泵大多配置缓冲水箱，缓冲水箱具有减少机组启停、稳定系统的作用。但缓冲水箱的增设及水箱容量的大小，将会对热泵供暖系统运行性能产生影响，此外不同的运行模式同样会对热泵系统实际运行产生影响。

曾昱，男，1995 年生，在读硕士研究生

刘猛(通信作者)

400045 重庆市沙坪坝区沙北街 83 号重庆大学土木工程学院 E-mail：liumeng2033＠126．com

马晓雪对缓冲水箱的容积进行了优化设计，研究了水箱容积变化对水温及系统性能的影响[1]。刘冉冉针对冬季工况一天中水箱温度变化及水箱容积变化情况下，耗电量、COP、进出口温度等参数的变化进行了分析研究[2]。李雄志等人选取长沙一栋办公建筑，对空气源热泵供暖系统在连续运行和间歇运行下的室内温度、围护结构表面温度、机组供回水温度进行了测量，分析了实测能耗及运行费用，以长沙地区为例，间歇运行可节能 63．8％[3] 。Chun等人利用模拟能耗软件对空气源热泵供暖进行了研究，对比分析了间歇供暖与连续供暖的能耗[4] 。Qi等人提出了一种降低运行成本的优化运行模式的调度方法，并依据调度方法建立了数学模型，对该数学模型进行了案例分析，结果表明优化调度方法可以极大地降低运行费用[5]。黄亚波等人对安徽地区空气源热泵热水系统进行了研究，通过研究 2 个冬季的运行效果，分析了热水型空气源热泵和缓冲水箱选型的合理性[6] 。何林等人研究发现，影响热泵系统性能变化的主要因素为室外温湿度、供回水温度、房间围护结构等，其中前两者是主要因素，室外温度主要影响蒸发温度，水温主要影响冷凝温度[7] 。南倩研究比较了全天运行、白天运行和夜间运行模式下空气源热泵的性能[8]。李象龙研究提出间歇运行有非常好的运行效果，并且有良好的节能效益[9] 。

目前低环境温度空气源热泵正在国家政策的推动下大力推广，而缓冲水箱对热泵运行性能有较大影响，因此有必要针对配置不同容量缓冲水箱的热泵系统的实际性能进行研究。本文将针对北方典型地区农村住宅所使用的的空气源热泵在性能检测实验室中进行实测研究，从而了解增设不同容量的缓冲水箱及不同运行模式对热水型空气源热泵运行性能的影响。

1实验系统

在广东纽恩泰新能源科技发展有限公司8820kW低温空气源热泵(冷水) 机组性能检测实验室中进行实验。通过对我国北方农村地区空气源热泵使用情况的调研及目前设备市场份额的调查可知，目前使用最多的机型为 3 675 kW 机组，2 205kW次之；缓冲水箱容量最大的为 100 L，占比达到 40％；农宅 2／3用户使用的是连续运行模式，约1／3 用户采用间歇运行模式，为满足不同使用需求,间歇运行多分为仅夜间运行和仅白天运行 2 种。

本实验所测试机组型号为 NE-C3BZ-B2／C 和 NE-C5BZ-B2／C，额定制热量分别为 5．45 、9．30 kW，额定供暖COP分别为 2．33 、2．25，额定水流量分别为 1．29 、2．15 m3／h；实验所选用水箱为家用分体式水箱圆桶系列，水箱容量分别为 100 、150 L。

2测试方法

本次实测总计进行 25 个工况测试(见表 2，均为稳定环境温度工况) 。根据 GB／T 25127．2 — 2010 《低环境温度空气源热泵(冷水)机组第 2部分：户用及类似用途的热泵(冷水)机组》[10] 名义工况的要求，供暖工况环境温度要求为－12 ℃，由此设置该工况。所有实验工况均控制出水温度为 41 ℃；工况稳定的标准参照 GB／T 25127．2 — 2010 中要求的室外侧干湿球温度控制在 ±1 ℃内，出水温度控制在 ±0．3 ℃内。为了更好地了解热水型空气源热泵在我国北方低环境温度农村地区的运行性能，结合历年气象数据，选择了 5个北方地区典型室外温度，分别为 4、0、－2、－6 、－12 ℃，后述 A类地区室外温度为－12、－6 、－2 ℃，B类地区室外温度为－12、0、4 ℃ 。运行模式方面，本实验根据前述调研结果设置了 3种运行模式，分别为连续运行模式(运行时长24 h) 、夜间运行 8 h(22：00— 06：00)的间歇运行模式 1、白天运行 16 h(06：00— 22：00)的间歇运行模式 2 。3结果与分析

在冬季供热情况下，增设缓冲水箱及水箱容量不同均会导致系统水容量的改变，从而影响机组进水温度，因此机组的制热量、COP等运行性能参数都将受到影响。热水型空气源热泵运行性能除受到缓冲水箱容量的影响外，还受到室外侧环境温度和机组运行模式的影响。