研究生课程（论文类）试卷2 0 1 3 / 2 0 14 学年第 2 学期课程名称： 制冷工质热物性测试及仿真 课程代码： 11000150 论文题目： 空气源热泵热水器测量系统 学生姓名： 李堂 专业学号： 制冷与低温工程 、132410086 学院： 能源与动力工程学院 课程（论文）成绩：课程（论文）评分依据（必填）：任课教师签字： 日期： 年 月 日课程（论文）题目：空气源热泵热水器测量系统内容：1 实验原理简介空气源热泵热水器是一种利用电能驱动热泵中的制冷剂循环运行， “吸收”空气中的能量，加热生活用水的系统，即通过消耗部分高品质能量（电能）把热量从低温热源转移到高温热源（生活用水）的装置。转移到高温热源中的能量包括所消耗的高品质能量和从低温热源吸收的两部分能量值之和。日常生活中，室外的空气、河流和地层都是热泵热水器理想的低温热源，它们所含的能量均来自于太阳对地球表面的辐射，因此，空气热泵热水器是一种间接利用太阳能的高效节能装置。在上世纪七十年代，伴随着石油危机、温室效应和持续增长的能源需求等问题的出现，热泵热水器可行性研究和利用在全球范围内引起了广泛的关注。空气源热泵热水器的系统结构如图 1 所示。包括压缩机、蒸发器、热力膨胀阀、冷凝盘管、储热水箱、以及控制装置如显示装置、中央空调控制器、电控设备等部件组成。其理想工作过程如下：图 1 空气源热泵热水器原理图1-压缩机，2-蒸发器，3-风扇，4-热力膨胀阀，5-储热水箱6-冷凝盘管， 7-四通换向阀，8-控制器蒸发器中的液态制冷剂在压力 P0、温度 t0 下吸热蒸发成气态，t 0 低于室外空气温度；再由压缩机吸入蒸发器中产生的蒸气，将其压缩成高温高压的过热气体，通过沉浸在储热水箱中的冷凝盘管冷凝成过冷液体，冷凝压力为 Pk，制冷剂放出的热量传递给被加热的生活用水，与冷凝压力 Pk 相对应的冷凝温度 tk 一般要高于生活用水的温度；冷凝后的液体通过热力膨胀阀进入蒸发器，当制冷剂通过热力膨胀阀时，压力从 Pk 降到 P0，部分液体气化，剩余液体的温度降至 t0，于是离开热力膨胀阀的制冷剂变成温度为 t0 的两相混合物。混合物中的液体在蒸发器中蒸发，从室外空气中吸取它所需要的气化潜热，成为气态并进入下一次循环。2 实验装置介绍 2.1 实验装置组成 (1)室外机一台： a.室外机压缩机 ,为西安庆安制冷设备股份有限公司生产的型号为 YZG-25RT1，为全封闭滚动转子式制冷压缩机,使用电源规格为 220V/50Hz，使用制冷剂为 R22。 b.室外机风扇为 YFK-18-6 型轴流风扇，电机安装功率为 18W。 c.蒸发器为翅片管式、风冷。d.冷凝器为光裸螺旋管式，沉浸在水箱中。 e.热力膨胀阀：选用浙江省诸暨市鸿森机械有限公司的 RF22-0.5A 型热力膨胀阀（容量为 2.8kW）(2)容积为 150L 的承压式蓄热水箱一台：热水器的储水箱外壳、端头等选用耐腐蚀性材料或进行表面防腐处理。水箱中冷凝盘管长度为 50m。(3)可控温恒温室一间：恒温室壁面采用绝热保温材料，利用一台额定容量为 6KVA、型号为 TSGC2J-6 接触调压电加热器、一台 3HP 的制冷机组和一台循环风机实现对温度的调节和控制。恒温室温度可控范围：-20C60C。(4)电脑及 Keithley 数据采集系统一套。2.2 实验系统工作原理及测点布置 系统运行时，从压缩机出来的高温高压制冷剂蒸汽，在水箱的冷凝盘管中冷凝放热加热水箱中的水，经过冷凝盘管后的高压液体经过热力膨胀阀节流后成为低温低压的气液两相态，进入蒸发器，从空气中吸热蒸发后进入压缩机完成一个循环。实验系统制冷剂为 R22，实验之前对系统打压、检漏，然后抽真空，在加注 R22 的过程中采用数字式氟利昂流量计从而可以定量地进行制冷剂的充注。在冷凝盘管进、出口，蒸发器表面以及热力膨胀阀进、出口处也布置热电偶温度传感器。在冷凝盘管出口和蒸发器入口分别布置了压力传感器。在恒温室中的室外机的进风口处布置了一个热敏电阻温度传感器。为测定并控制水箱温度，在水箱中心位置布置一个热敏电阻。水箱进、出口分别布置了铂电阻温度传感器。整个数据采集系统是由 Keithley 数据采集仪和温度传感器、压力传感器连接组成。数据采集系统每隔 15s 采集数据一次，并将数据传输到计算机上。系统的运行时间、瞬时功率和总功耗由一台单相综合电量表采集记录。各测量参数的布点如图 2 所示。实验测量参数包括：冷凝盘管进、出口温度和压力，恒温室温度（系统运行的环境温度） ，蒸发器进、出口温度和压力，热力膨胀阀进、出口温度，水箱水温，以及系统运行的时间、瞬时功率和总功耗等。控 制 柜 恒温室电 加 热 器 循 环 风 机蒸 发 器热 敏 电 阻 压 力 传 感 器室 外 机热力膨胀阀热电偶压 力 传 感 器 混 水 泵铂 电 阻冷 凝盘 管 热 水电 脑承 压 水 箱铂 电 阻感 温 包 冷 水混水阀绝 热 层Keithley数 据 采 集 器热 敏电 阻流 量 计图 2 实验系统示意图2.3 测量仪器的选用 1T 型铜-康铜热电偶温度传感器。用于测量温度，测量前进行过标定。 2压力变送器。上海鼎鑫仪器仪表有限公司生产的 YSZK 系列，其性能参数为：A 测量范围： 表压：01.0kPa 至 060MPa 各档量程 负压：-1.0 0kPa 至-1000kPa 各档量程及联程（例：-100150kPa） 绝压：025kPa 至 010MPa 各档量程 B 使用环境条件： 温度：变送器工作温度：-25+80 变送器储存温度：-40+125 湿度：相对湿度：1095% C 线性度：优于满度量程的 0.05%（0.5 级1.0 级产品优于满度量程的 0.15%） D 迟滞：优于满量程的 0.05%（0.5 级1.0 级产品优于满度量程的 0.15%） E 重复性：优于满量程的 0.1%（0.5 级1.0 级产品优于满度量程的 0.15%） F 抗过载能力： 20kPa 以下量程：6 倍量程 20kP100kPa ：0.2MPa 100kPa 以上：2 倍量程 G. 温度环境：当环境温度偏离室温条件时，温度影响变化量为：-20+80时优于 0.03%F.S./ ；0.5 级产品优于 0.07%F.S./ ； 1.0 级产品优于 0.1%F.S. / 。3. ZW3415 单相 0.5 级综合电量表 A 测量项目 Measurement：ACU（500V） ，I（15A） ，P（U IPF） ，F （45Hz-65Hz） ，PF（ 0.2-1.0） ，电能（9999.9MWh） B 准确度等级 Accuracy： 0.5 级 4.Keithley 数据采集仪一台 美国吉时利（Keithley)仪器公司的 2700 数字表/数据采集系统，完美地将数据记录仪、程控开关与数字表的优势集于一身，系一款高精度、多功能、使用方便的多路数据采集系统。5.氟利昂定量流量计Cacl（西爱西尔）电气有限公司生产的 CA-6208 型数字式氟利昂定量流量计，其技术参数为：A.定量加注：R12、R22 、 R502、R134a、R600a B.最大容量：1000Kg C.分辨率： 1g D.误差率：3%本文对空气源热泵热水器的压力、温度以及流量等实验数据的测量系统进行了简要的介绍，对各种仪表的选型有简要的介绍，通过系统图可以看出系统各仪表和测点的布置情况，通过实践，加深和巩固了课堂所学的知识。