CN109030059B - 一种低温热源热泵实验检测平台及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温热源热泵实验检测平台及其方法，该检测平台包括模拟环境相关设备、热平衡相关设备及被检测机组的端口对接设备。模拟环境的相关设备包括有：冷凝器、节流装置、四通阀、压缩机、溶液泵、绝热恒温容积箱；热平衡设备包括有：换热器、循环泵、阀门、散热器；检测对接端口设备包括有：蒸发器侧溶液进口、蒸发器侧溶液出口、检测仪器设备段、蒸发器侧溶液循环泵、冷凝器侧仪器检测设备段、冷凝器侧进口、冷凝器侧出口。该检测平台投资费用少，检测精度高，检测范围广，其检测过程可尽量规避外界环境温度变化对检测数据影响，形成各个工况的能耗全景图，有利于相关领域创新，并可为热泵机组提供最经济的运行参数和科学的实验数据。

Description

一种低温热源热泵实验检测平台及检测方法

技术领域

本发明涉及检测试验设备，具体说是一种低温热源热泵实验检测平台及检测方法。

背景技术

随着人类发展，温室气体排放加剧，如何应对温室效应对人类带来不可估量的灾难，气候变化及其影响是多尺度、全方位、多层次的，正面和负面影响并存，但负面影响更受关注。全球变暖对许多地区的自然生态系统已经产生了影响，如气候异常、海平面升高、冰川退缩、冻土融化、河(湖)冰迟冻与早融、中高纬生长季节延长、动植物分布范围向极区和高海拔区延伸、某些动植物数量减少、一些植物开花期提前等等。水蒸气为最大的温室气体，其高出二氧化碳近两个数量级，但其受高度、纬度的影响较大，受水域和季风的气候影响也较大，相对的，绝对湿度大的海洋性气候受人工排放的温室气体影响不明显，海拔较高、高纬度、干旱地区等绝对湿度较低的地区受人工温室气体的影响较大。例如中国的天山山脉处于内陆高海拔地区，雪线明显上移。美国、欧洲等地区湿度较大人工温室气体加速水汽对流反而造成极端的低温和高温天气。若没有水蒸气的影响，人工温室气体总体会造成温度上升，但水蒸气的存在使得大气湍流增加、气候趋于极端。美国环境保护署认定，二氧化碳等温室气体是空气污染物，"危害公众健康与人类福祉"，人类大规模排放温室气体足以引发全球变暖等气候变化。全世界都非常关注，我国政府也制定了相关节能减排政策，消除温室气体排放需要许多政策和节能减排相关技术的支持，大力开发高新节能技术产品刻不容缓了，为此我们必须首先要降低能耗大户的对能源消耗量，在我国建筑能耗占所有能耗的27％以上，而且以每年1个百分点的速度在增加。在建筑能耗中，采暖、制冷是最耗能的，占整体比例的6成以上。如果听任高耗能建筑大行其道，那么建筑能耗增长的速度将远远超过我国能源生产可能增长的速度，国家的能源生产势必难以长期支撑这种浪费型需求，从而不得不组织大规模的旧房节能改造，将耗费更多的人力、物力。节能减排，势在必行。人类必须减少CO2排放减量，而减少二氧化碳排放量必须减少化石能源的消耗，化石能源消耗为二氧化碳排放之主要来源，可资减量之方向包括能源替代:以天然气替代其他燃料；采用高效率或节电设备；引进再生能源(风力、太阳能等)；评估及增进废弃物再利用；资源物回收；节约用水、废水减量以降低废水处理负荷；废弃物减量，以降低废弃物焚化、掩埋或其他物理化学处理程序之负荷；节约用电、照明管理、夏季空调管理及建筑物自然采光、防晒之设计；环保标章或环境友善产品之开发、改良；环境绿化。显然着力控制建筑能耗量是可以起到提纲挈领的作用，使这一问题解决变得容易多了，尤其是要改变传统锅炉采暖方式为热泵采暖方式将会减少大量二氧化碳排放量，由此我们必须大力搞热泵技术创新，使热泵技术能够真正适用于严寒的北方地区，对于热泵机组，目前市场上的状况鱼龙混杂，这样对于热泵机组的检测鉴定就非常的重要了。

发明内容

针对现有技术的热泵市场的不完善以及检测鉴定方面的欠缺，本发明提供一种低温热源热泵实验检测平台及其检测方法，采用的技术方案如下：

检测平台包括有模拟环境相关设备、热平衡相关设备以及被检测机组的端口对接设备；模拟环境的相关设备包括有：冷凝器、节流装置、四通阀、压缩机、溶液泵、绝热恒温容积箱；热平衡设备包括有：循环泵、阀门；检测对接端口设备包括有：蒸发器入口侧连接端口、蒸发器出口侧连接端口、检测仪器设备段、蒸发器侧循环泵、仪器检测设备段、冷凝器入口侧连接端口、冷凝器出口侧连接端口。

作为上述技术方案的进一步改进或优选：

所述环境温度模拟段设有绝热恒温容积箱，所述容积箱内部循环液为防冻液；

作为上述技术方案的进一步改进或优选：

所述绝热恒温容积箱和溶液泵以及工况机组蒸发器两端口相连构成循环回路，且此绝热恒温容积箱和检测机组端口的蒸发器及冷凝器侧的端口连接；

作为上述技术方案的进一步改进或优选：

在所述被检测机组蒸发器侧和冷凝器侧中间设有换热器，且在被测机组冷凝器侧串联有散热器。

作为上述技术方案的进一步改进或优选：

所述散热器的换热风扇采用变频器来控制。

作为上述技术方案的进一步改进或优选

当检测温度较低时，运行工况制冷机组，将防冻液降低到所需温度；当需要检测温度较高时，则通过四通阀的控制，运行工况热泵机组，调节至需要检测的环境温度。

有益效果

所述一种低温热源热泵实验检测平台能够模拟严寒环境极低温度，通过该检测平台可以制定热泵最经济的运行参数，能效比，还有溶液浓度及制冷剂最佳适配量，甚至在各类阀门的开发、研制及产品检测过程中，需要大量的流量特性和阻力特性实验数据，这些数据对于提高产品技术水平、保证产品质量至关重要。针对流体设备各类换热器、科研单位的需求研制的阀门流动特性实验台，采用先进的虚拟仪器技术和变频控制技术，实现了全范围连续测量和测试过程全参数实时监控。不但加快了测量进程，提高了测量准确性，而且便于调试，降低了实验成本，同时具有自动化程度和信息化程度高的特点。这些相关技术都应用在本发明专利三段式流程中。充分发挥精准高效检测热泵机组。本发明一种低温热源热泵检测平台及其检测方法具有以下优势：

1、检测平台流程简单，投资费用少；

2、检测运行成本低，耗电量少；

3、模拟环境逼真，绝少外界因素影响；

4、检测数据真实可靠，控制点位少，误差范围小；

5、检测各项运行数据快。

附图说明

图1为检测平台的总图

图中：1、工况机组冷凝器；2、工况机组节流装置；3、工况机组四通阀；4、工况机组压缩机；5、工况机组蒸发器；6、绝热恒温容积箱；7、一号阀门；8、换热器；9、二号阀门；10、三号阀门；11、散热器；12、四号阀门；13、五号阀门；14、六号阀门；15、冷凝器侧循环泵；16、冷凝器入口侧连接端口；17、冷凝器出口侧连接端口；18、蒸发器出口侧连接端口；19、蒸发器入口侧连接端口；20、检测仪器设备段；21、七号阀门；22、溶液循环泵；23、蒸发器侧循环泵；24、八号阀门。

具体实施方式

本发明专利采用类似冷库的绝热环境，只是该绝热容积溶液箱注满防冻液，防冻液为在零下50℃为液态的溶液，以保证可以检测零下45℃环境温度的热泵机组使用参数，通过绝热层恒温保护，并设定所需要恒定的温度确保检测数据准确无误，以此恒定温度的防冻液作为被检测热泵机组的低温热源，这就相当于模拟低温环境温度状况下热泵机组运行，通过绝热容积溶液箱6良好的保温尽量减少外界环境温度对被检测热泵机组的影响，能使被检测机组性能参数真实可靠，而且此检测平台采用了热量与冷量相互抵消，占总热量不足5%的热量是通过散热器11向空气排放掉了，热泵机组制热过程不仅仅是把低温热源的热量转移至高温处了，而且主机压缩机电机会有一部分电能转变成热能也进入到系统中来，而这部分热是无法通过热量与冷量平衡中和掉的，所以很有必要通过散热器11来把这不足5%的热能散掉，考虑到外界环境温度会对散热量多少产生影响，因此必须针对散热器11的换热风扇采用变频器进行风量大小的控制，以最大限度减少外界环境温度变化对被检测热泵机组数据的影响。

通过工况制冷机组把绝热恒温容积箱6内部的防冻液温度降至预设检测模拟环境温度的数值，该工况制冷机组由工况机组压缩机4、工况机组四通阀3、工况机组冷凝器1、工况机组节流装置2、工况机组蒸发器5所组成，并通过溶液循环泵22及相应管道与绝热恒温容积箱6相连，并构成闭合式回路，工况制冷机组还可以采用工况机组四通阀3切换变成热泵机组运行来为绝热恒温容积箱6里面的防冻液升温，调节至需要检测环境温度新的范围值上，本案例工况制冷机组运行功率较小可节约许多电能。而被检测机组是通过蒸发器侧连接端口和冷凝器侧连接端口把被测热泵机组的蒸发器进口与蒸发器入口侧连接端口19连接起来，其蒸发器出口与蒸发器出口侧连接端口18连接起来，而被测热泵机组的冷凝器进口与冷凝器入口侧连接端口16连接，其出口与冷凝器出口侧连接端口17相连。连接好后可分别启动蒸发器侧循环泵23，冷凝器侧循环泵15；而一号阀门7与四号阀门12、六号阀门14处于关闭状态，其它各阀门是打开的，溶液就不通过换热器8了，当检测到防冻液温度到达设定温度时，六号阀门14、八号阀门24关闭,二号阀门9、三号阀门10、五号阀门13和七号阀门21则打开，低温防冻液则通过换热器8可与另一侧来自被测冷凝器的高温水换热，实现冷热中和后，还有有部分热量则通过散热器11把压缩机所带给系统的热量散到空气中去，就这样实现冷热平衡，只要冷热平衡了，就可以通过检测仪器设备20检测被测热泵机组的各项性能指标，包括蒸发器防冻液溶液进出口温度，进出口压力以及相应流量，同时也可以检测出冷凝器进出口温度，进出口压力以及相应流量，并通过这些数据计算出其能效比。

当环境温度发生变化是可依据环境温度变化情况调节散热器11风扇电机运行频率使之散热量维持固定值内，该热量主要来自被测热泵机组压缩机所带给系统的热量。

蒸发器侧端口和冷凝器侧端口其进出口都设置有检测仪器设备段，如冷凝器侧水出口位置便有检测仪器设备段20。

本发明专利热泵机组检测平台装置尽可能减少外界因素对机组检测的影响,尤其是外界环境温度及湿度变化的影响。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种低温热源热泵实验检测方法，基于一种低温热源热泵实验检测平台，其特征在于：检测平台包括有模拟环境相关设备、热平衡相关设备以及被检测机组的端口对接设备；模拟环境相关设备包括有：工况机组冷凝器、工况机组节流装置、工况机组四通阀、工况机组压缩机、工况机组蒸发器、溶液循环泵、绝热恒温容积箱；热平衡相关设备包括有：散热器、换热器；被检测机组的端口对接设备包括有：蒸发器入口侧连接端口、蒸发器出口侧连接端口、检测仪器设备、蒸发器侧循环泵、冷凝器入口侧连接端口、冷凝器出口侧连接端口、冷凝器侧循环泵；

所述模拟环境相关设备设有绝热恒温容积箱，所述容积箱内部循环液为防冻液；

所述绝热恒温容积箱通过两条管道连接至蒸发器入口侧连接端口与蒸发器出口侧连接端口，其中与蒸发器入口侧连接端口相连的管道依次布置有五号阀门和蒸发器侧循环泵，与蒸发器出口侧连接端口相连的管道上依次布置有八号阀门与七号阀门，所述换热器上设置有四条管道，其中两条管道与绝热恒温容积箱引出的管道相连通，另外两条管道分别连接至冷凝器出口侧连接端口，其中一号阀门所在管道连通至八号阀门与绝热恒温容积箱之间的管道，四号阀门所在管道的下游分支为两条管道，其中的一条管道支路串联六号阀门连通至五号阀门与蒸发器入口侧连接端口之间的管道，另一条管道支路连通至八号阀门与七号阀门之间的管道，二号阀门所在管路串联换热器并与冷凝器入口侧连接端口连通，三号阀门所在管路串联冷凝器侧循环泵与冷凝器出口侧连接端口连通；

所述检测平台通过以下方法对被检测机组进行检测：

一、被检测机组的蒸发器出口与蒸发器出口侧连接端口连接，被检测机组的蒸发器进口与蒸发器入口侧连接端口连接；被检测机组的冷凝器进口与冷凝器入口侧连接端口连接，被检测机组的冷凝器出口与冷凝器出口侧连接端口连接；

二、关闭一号阀门、四号阀门、六号阀门，分别启动蒸发器侧循环泵与冷凝器侧循环泵，此时绝热恒温容积箱内的防冻液不会通过换热器；

三、当检测到防冻液温度达到设定温度时，关闭六号阀门与八号阀门，开启二号阀门、三号阀门、五号阀门与七号阀门，低温防冻液通过换热器与来自被检测机组冷凝器的高温水换热，工况机组压缩机运作产出的热量通过散热器散失到空气中；

四、实现冷热平衡后，通过检测仪器设备检测被检测机组的各项参数，进而计算出被检测机组的能效比。

2.根据权利要求1所述一种低温热源热泵实验检测方法，其特征在于：所述绝热恒温容积箱、溶液循环泵以及工况机组蒸发器两端口相连构成循环回路，且此绝热恒温容积箱和被检测机组端口对接设备的蒸发器入口侧连接端口、蒸发器出口侧连接端口及冷凝器入口侧连接端口、冷凝器出口侧连接端口连接。

3.根据权利要求1所述一种低温热源热泵实验检测方法，其特征在于：在所述蒸发器入口侧连接端口、蒸发器出口侧连接端口和冷凝器入口侧连接端口、冷凝器出口侧连接端口中间设有换热器，且在冷凝器入口侧连接端口、冷凝器出口侧连接端口和换热器间串联有散热器。

4.根据权利要求1-3任一权利要求所述一种低温热源热泵实验检测方法，其特征在于：所述散热器的换热风扇采用变频器来控制。

5.根据权利要求1所述一种低温热源热泵实验检测方法，其特征在于：当检测温度较低时，将绝热恒温容积箱连接到工况机组蒸发器侧，将防冻液降低到所需温度；当需要检测温度较高时，将绝热恒温容积箱连接到工况机组冷凝器侧，调节至需要检测的环境温度。