燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器季節(jié)運(yùn)行模式及其性能實(shí)驗(yàn)

楊 昭，張 馨，史永征

燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器季節(jié)運(yùn)行模式及其性能實(shí)驗(yàn)

楊 昭1，張 馨1，史永征2

(1. 天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300072；2. 供熱供燃?xì)馔L(fēng)及空調(diào)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100089)

針對(duì)燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器在全年制取生活熱水的同時(shí)可滿足對(duì)建筑冬季供暖夏季供冷的需求，對(duì)系統(tǒng)不同季節(jié)運(yùn)行模式下的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并利用季節(jié)一次能源利用率(SPER)的評(píng)價(jià)方法對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)．結(jié)果表明：夏季供冷兼制生活熱水模式下，系統(tǒng)SPER為2.16，比單純制取生活熱水模式季節(jié)性能提高了46.9%；春/秋自然通風(fēng)兼制生活熱水模式下，轉(zhuǎn)速為1,000,r/min時(shí)系統(tǒng)SPER最高為1.99；冬季供暖兼制生活熱水模式下，系統(tǒng)SPER為1.82，比單純制取生活熱水模式季節(jié)性能提高了15.9%．

燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器；季節(jié)運(yùn)行模式；季節(jié)一次能源利用率

隨著環(huán)境污染、資源緊缺、全球變暖等問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，降低建筑能耗、發(fā)展節(jié)能減排技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注．如今，熱水能耗約占建筑能耗的1/3，因此對(duì)高效節(jié)能熱水器的研究已然成為當(dāng)前行業(yè)的研究熱點(diǎn)之一[1-2]．熱泵熱水器相對(duì)于燃?xì)鉄崴?、電熱水器、太?yáng)能熱水器等傳統(tǒng)的熱水器具有高效節(jié)能、安全、環(huán)保等眾多優(yōu)點(diǎn)，目前已有大量研究，并被廣泛應(yīng)用[3-7]．

燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器[8-9]是由燃?xì)鈾C(jī)驅(qū)動(dòng)的熱泵熱水器，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、易調(diào)節(jié)的特點(diǎn)．與電動(dòng)熱泵熱水器相比具有更高的一次能源利用率，并且，系統(tǒng)可回收燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)余熱，利用回收的余熱可制取較熱泵熱水器更高溫度的熱水．此外，系統(tǒng)可擺脫對(duì)電網(wǎng)的依賴，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)變?nèi)萘空{(diào)節(jié)，能很好地適應(yīng)負(fù)荷變化，因此受到廣泛關(guān)注．文獻(xiàn)[10-11]對(duì)燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器的瞬態(tài)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究．Yang等[10]對(duì)燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器在冬季工況下系統(tǒng)的性能進(jìn)行模擬和實(shí)驗(yàn)研究，并利用COP與PER的評(píng)價(jià)方法分析了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水流量、環(huán)境溫度等因素對(duì)系統(tǒng)瞬態(tài)性能的影響．德國(guó)學(xué)者Elgendy等[11]利用PER對(duì)燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器在制冷模式下的瞬態(tài)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究．研究表明，系統(tǒng)PER隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高而降低，隨著蒸發(fā)器進(jìn)水溫度的升高而升高．

燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑全年全天候供生活熱水的同時(shí)，可滿足夏季供冷、冬季供暖的需求．然而，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)其季節(jié)運(yùn)行模式及季節(jié)性能的研究甚少．筆者以天津地區(qū)為實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，為提高系統(tǒng)的性能，采用一次加熱式與循環(huán)加熱式相結(jié)合的加熱熱水方式，設(shè)計(jì)了3種不同季節(jié)燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器的運(yùn)行模式，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)不同運(yùn)行模式下系統(tǒng)的季節(jié)性能進(jìn)行分析，并與單純制生活熱水模式系統(tǒng)季節(jié)性能進(jìn)行了比較．

1 燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器系統(tǒng)

1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器系統(tǒng)是利用天然氣(汽油)等燃料為系統(tǒng)供能，主要包括3個(gè)子系統(tǒng)：燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)和熱水循環(huán)系統(tǒng)．燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)見(jiàn)圖1．

圖1 燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器樣機(jī)Fig.1 Model machine of gas engine-driven heat pump water heater

燃?xì)鈾C(jī)熱泵系統(tǒng)以R134a為制冷劑，通過(guò)內(nèi)燃機(jī)將燃料的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)做功，熱泵系統(tǒng)以室外空氣或冷凍水為熱源，通過(guò)冷凝器對(duì)熱水第1次加熱．

余熱回收系統(tǒng)主要由缸套換熱器、煙氣換熱器、余熱換熱器等組成，該系統(tǒng)利用余熱換熱器將從缸套和煙氣中回收的熱量對(duì)熱水第2次加熱．

熱水循環(huán)系統(tǒng)主要由空調(diào)回水水箱、空調(diào)供水水箱、生活熱水水箱等構(gòu)成．供熱季節(jié)：空調(diào)供、回水水箱中的冷卻水流經(jīng)燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)的冷凝器為房間提供熱源；供冷季節(jié)：空調(diào)供、回水水箱中的冷凍水流經(jīng)燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)的蒸發(fā)器為房間提供冷源．生活熱水水箱用來(lái)保溫并儲(chǔ)存系統(tǒng)制得的生活熱水．

1.2 季節(jié)運(yùn)行模式工作原理

圖2為多功能燃?xì)鉄岜脽崴鞴ぷ髟恚撓到y(tǒng)采用不同的運(yùn)行模式以滿足不同季節(jié)建筑對(duì)生活熱水、供熱量和供冷量的需求．具體的工作模式可分為3種：夏季供冷兼制生活熱水模式、春／秋自然通風(fēng)兼制生活熱水模式、冬季供暖兼制生活熱水模式．各工作模式具體工作原理如下．

圖2 多功能燃?xì)鉄岜脽崴鞴ぷ髟鞦ig.2 Fundamental diagram of multifunctional gas engine-driven heat pump water heater

1) 夏季供冷兼制生活熱水模式

開(kāi)閥A1、A2、C2、C3、D1、D2和D4，其他閥關(guān)閉，四通換向閥關(guān)閉狀態(tài)．此時(shí)板式換熱器C1為蒸發(fā)器，為房間提供冷量；板式換熱器C2為冷凝器，對(duì)來(lái)自空調(diào)回水水箱中的冷卻水加熱，經(jīng)過(guò)冷凝器一次加熱后的冷卻水注入生活熱水水箱，并通過(guò)余熱換熱器循環(huán)加熱直到所需水溫．

2) 春/秋自然通風(fēng)兼制生活熱水模式

開(kāi)閥B1、B2、C1，其他閥關(guān)閉，四通換向閥開(kāi)啟狀態(tài)．此時(shí)無(wú)需為房間提供冷、熱量，系統(tǒng)只需提供生活熱水．翅片換熱器E1為蒸發(fā)器，板式換熱器C1為冷凝器對(duì)自來(lái)水加熱，自來(lái)水分別流經(jīng)冷凝器和余熱換熱器一次加熱便得到所需溫度的生活熱水，注入生活熱水水箱．

3) 冬季供暖兼制生活熱水模式

開(kāi)閥B1、B2、C2、C3、D1、D2、D3，其他閥關(guān)閉，四通換向閥開(kāi)啟狀態(tài)．此時(shí)，翅片換熱器E1為蒸發(fā)器，板式換熱器C1為冷凝器，空調(diào)回水水箱中的冷卻水經(jīng)過(guò)冷凝器加熱后將得到的低溫?zé)崴⑷肟照{(diào)供水水箱，空調(diào)供水水箱中的低溫?zé)崴徊糠譃榭照{(diào)末端供水，用來(lái)給房間供暖；另一部分注入生活熱水水箱中，生活熱水水箱中的熱水通過(guò)余熱換熱器進(jìn)行循環(huán)加熱，以得到所需溫度的生活熱水．

1.3 季節(jié)性能計(jì)算

燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，與單純制熱水的燃?xì)鉄岜脽崴飨啾?，可顯著提高系統(tǒng)的一次能源利用率，為了更實(shí)際地評(píng)價(jià)燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器的性能，本研究采用季節(jié)一次能源利用率(seasonal primary energy ratio，SPER)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)．

夏季供冷兼制生活熱水模式，系統(tǒng)的季節(jié)一次能源利用率為

式中：SPERs為夏季系統(tǒng)一次能源利用率；Qc為夏季系統(tǒng)總供冷量，kW；Qw1為夏季制取生活熱水總制熱量，kW；W1為夏季總能耗，kW；Qcj為在j溫區(qū)系統(tǒng)制冷量，kW；Qw1j為在j溫區(qū)系統(tǒng)制取生活熱水的制熱量，kW；W1j為在j溫區(qū)系統(tǒng)單位時(shí)間能耗，kW；τ1j為夏季j溫區(qū)的發(fā)生時(shí)間，h．

冬季供暖兼制生活熱水模式，系統(tǒng)的季節(jié)一次能源利用率為

式中：SPERw為冬季系統(tǒng)一次能源利用率；Qh為冬季系統(tǒng)總供熱量，kW；Qw2為冬季制取生活熱水總制熱量，kW；W2為冬季總能耗，kW；Qhj為冬季在j溫區(qū)系統(tǒng)的制熱量，kW；Qw2j為冬季在j溫區(qū)系統(tǒng)制取生活熱水的制熱量，kW；W2j為冬季在j溫區(qū)系統(tǒng)單位時(shí)間能耗，kW；τ2j為冬季j溫區(qū)的發(fā)生時(shí)間，h．

春/秋自然通風(fēng)兼制生活熱水模式，系統(tǒng)的季節(jié)一次能源利用率為

式中：SPERsa為春/秋季節(jié)系統(tǒng)季節(jié)一次能源利用率；PERj為春/秋季節(jié)在j溫區(qū)系統(tǒng)的一次能源利用率；ηj為春/秋季節(jié)在j溫區(qū)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間百分比．

參考GB/T 7725—2004[12]，制冷、制熱季節(jié)需要供冷、供熱的各溫度發(fā)生時(shí)間如表1所示．

表1 制冷、制熱季節(jié)各溫度發(fā)生時(shí)間Tab.1 Occurrence time of different temperature in cooling and heating season

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

以上所述的燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器季節(jié)性能實(shí)驗(yàn)所對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度區(qū)間如下．

(1)夏季供冷兼制生活熱水模式環(huán)境溫度區(qū)間為：23～41,℃．

(2)春/秋自然通風(fēng)兼制生活熱水模式環(huán)境溫度區(qū)間為：13～23,℃．

(3)冬季供暖兼制生活熱水模式環(huán)境溫度區(qū)間為：-5～13,℃．

實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度點(diǎn)間隔為2,℃；實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為天津大學(xué)熱能研究所．實(shí)驗(yàn)設(shè)備配備調(diào)溫水箱和恒溫水箱，在調(diào)溫水箱中可通過(guò)電加熱器或制冷設(shè)備對(duì)水箱中水溫進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度后注入恒溫水箱以滿足實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)不同進(jìn)水溫度的需求；在不同工況下系統(tǒng)的出水溫度通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水(或冷凍水)流量進(jìn)行控制，以滿足實(shí)驗(yàn)條件要求．不同運(yùn)行模式下，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)、出水溫度要求及加熱熱水方式分別如下．

(1) 夏季供冷兼制生活熱水模式．空調(diào)末端供水溫度為7,℃，空調(diào)末端回水溫度為12,℃．自來(lái)水進(jìn)水溫度為24,℃，得到生活熱水溫度為60,℃，系統(tǒng)采用一次加熱式與循環(huán)加熱式相結(jié)合的方式加熱熱水.

(2) 春/秋自然通風(fēng)兼制生活熱水模式．冷凝器進(jìn)水溫度為15,℃，余熱換熱器出水溫度為60,℃，系統(tǒng)采用一次加熱式加熱熱水．

(3) 冬季供暖兼制生活熱水模式．冷凝器進(jìn)水溫度為22,℃，冷凝器出口水溫為40,℃，采用一次加熱式加熱熱水．余熱換熱器進(jìn)水溫度為40,℃，得到生活熱水溫度為60,℃，采用循環(huán)加熱式加熱熱水．

該模式下冷凝器進(jìn)水由自來(lái)水和空調(diào)末端回水兩部分組成，其中冬季自來(lái)水實(shí)驗(yàn)溫度為9,℃用來(lái)補(bǔ)充生活熱水，空調(diào)末端回水溫度為35,℃．冷凝器進(jìn)水溫度由生活熱水流量占冷凝器進(jìn)水流量的百分比決定，本實(shí)驗(yàn)取50%，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)變?nèi)萘空{(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為：1,000～2,200,r/min．

數(shù)據(jù)采集：溫度采集主要采用分度號(hào)為T的熱電偶，測(cè)量精度為±0.2,℃；流量采集由智能渦輪流量計(jì)F1實(shí)時(shí)測(cè)量，型號(hào)為L(zhǎng)WY-25E，測(cè)量精度為測(cè)量數(shù)值的±0.5%．

2.1 夏季供冷兼制生活熱水模式季節(jié)性能

夏季供冷兼制生活熱水模式下，系統(tǒng)利用冷凍水供冷的同時(shí)制取生活熱水，系統(tǒng)以冷凍水為熱源，系統(tǒng)瞬態(tài)性能受環(huán)境溫度間接影響，受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速直接影響．圖3為系統(tǒng)制冷量和制取生活熱水制熱量隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況．

圖3 制冷量和制取生活熱水制熱量隨轉(zhuǎn)速的變化Fig.3 Variation of cooling capacity and hot waterpreparing capacity at different rotating speeds

燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器可通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)變?nèi)萘空{(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)滿足夏季不同環(huán)境溫度所對(duì)應(yīng)的房間冷負(fù)荷．圖4為不同環(huán)境溫度下，房間所需冷負(fù)荷、制取生活熱水制熱量、單位時(shí)間能耗以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系．

由于燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器系統(tǒng)所能承受的最低轉(zhuǎn)速為1,000,r/min，因此，當(dāng)環(huán)境溫度較低(21～31,℃)時(shí)，系統(tǒng)提供的最小制冷量大于房間所需冷負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)需要在轉(zhuǎn)速為1,000,r/min下間斷運(yùn)行，從而使系統(tǒng)制冷量正好滿足房間冷負(fù)荷．當(dāng)系統(tǒng)間斷運(yùn)行時(shí)，為滿足房間冷負(fù)荷的需求，隨著環(huán)境溫度的升高，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間增加，因此制取生活熱水制熱量與單位時(shí)間能耗隨之增加，并與環(huán)境溫度大致成正比關(guān)系；當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，隨著環(huán)境溫度的升高，為滿足房間冷負(fù)荷的需求，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨之升高，此時(shí)制取生活熱水制熱量與單位時(shí)間能耗隨之增加．根據(jù)圖4中的夏季工況下各實(shí)驗(yàn)參數(shù)以及式(1)，可求得夏季供冷兼制生活熱水模式系統(tǒng)季節(jié)性能SPERs為2.16．夏季單純制生活熱水時(shí)系統(tǒng)的SPER為1.47．因此夏季供冷兼制生活熱水模式比單純制生活熱水模式性能提高了46.9%.

圖4 夏季工況下各參數(shù)隨環(huán)境溫度的變化Fig.4Parameter changes with ambient temperaturein summer operating mode

2.2 冬季供暖兼制生活熱水模式季節(jié)性能

燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器可通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)變?nèi)萘空{(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)適應(yīng)冬季不同環(huán)境溫度所對(duì)應(yīng)的房間熱負(fù)荷的需求．圖5為不同環(huán)境溫度下，房間熱負(fù)荷、制取生活熱水制熱量、單位時(shí)間能耗以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系．由于燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器系統(tǒng)所能承受的最低轉(zhuǎn)速為1,000,r/min，因此，當(dāng)環(huán)境溫度較高(3～13,℃)，系統(tǒng)所能提供的最小供熱量大于房間所需熱負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速為1,000,r/min下間斷運(yùn)行，從而使系統(tǒng)供熱量正好滿足房間熱負(fù)荷．當(dāng)系統(tǒng)間斷運(yùn)行時(shí)，為滿足房間熱負(fù)荷的需求，隨著環(huán)境溫度的降低，房間熱負(fù)荷增加，因此系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間增加，制取生活熱水制熱量與單位時(shí)間能耗隨之增加，并與環(huán)境溫度大致成正比關(guān)系；當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，隨著環(huán)境溫度的降低，為滿足房間熱負(fù)荷的需求，系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨之升高，此時(shí)制取生活熱水制熱量與單位時(shí)間能耗隨之增加．根據(jù)圖5中的冬季工況下各實(shí)驗(yàn)參數(shù)以及式(2)，可求得冬季供熱兼制生活熱水模式系統(tǒng)季節(jié)性能SPERw為1.82．圖6為冬季單純制生活熱水模式系統(tǒng)各參數(shù)隨環(huán)境溫度的變化．系統(tǒng)在該模式下采用一次加熱式，生活熱水分別經(jīng)過(guò)冷凝器和余熱換熱器一次即達(dá)到所需熱水溫度．根據(jù)圖6可求得冬季單純制生活熱水系統(tǒng)的SPER為1.57．因此冬季供暖兼制生活熱水模式比單純制生活熱水模式性能提高了15.9%．

圖5 冬季工況下各參數(shù)隨環(huán)境溫度的變化Fig.5 Parameter changes with ambient temperaturein winter operating mode

圖6 冬季單純制生活熱水模式下系統(tǒng)參數(shù)隨環(huán)境溫度的變化Fig.6 Parameter changes with ambient temperature under the hot water-preparing mode in winter

2.3 春/秋自然通風(fēng)兼制生活熱水模式季節(jié)性能

圖7為春/秋自然通風(fēng)兼制生活熱水模式下，系統(tǒng)變轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)一次能源利用率(PER)隨環(huán)境溫度的變化情況．春/秋工況下，室外空氣為熱源，因此相同轉(zhuǎn)速下，隨著環(huán)境溫度的升高，系統(tǒng)PER增加；同一環(huán)境溫度下，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，壓縮機(jī)頻率增加，系統(tǒng)PER增加，但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，系統(tǒng)單位時(shí)間能耗的增加幅度超過(guò)系統(tǒng)制熱量的增加幅度，因此隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，系統(tǒng)PER逐漸變?。?/p>

圖7 不同轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)PER隨環(huán)境溫度變化Fig.7 PER changes with the ambient temperature at different rotating speeds

圖8 為轉(zhuǎn)速為1,000,r/min時(shí)，不同環(huán)境溫度下系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間百分比(設(shè)在各溫度點(diǎn)所需制取的生活熱水質(zhì)量相同)，隨著環(huán)境溫度的升高，系統(tǒng)制取生活熱水制熱量隨之增加，因此所需制取等量的生活熱水的時(shí)間隨之減少．利用式(3)可求得春/秋自然通風(fēng)兼制生活熱水模式下系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速為1,000,r/min運(yùn)行時(shí)的SPERsa為1.99．

圖8 轉(zhuǎn)速為1,000,r/min時(shí)不同環(huán)境溫度下系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間百分比Fig.8Operating time percentage changes with the ambient temperature at 1,000,r/min

2.4 熱經(jīng)濟(jì)性分析

以天津大學(xué)熱泵研究所的燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器示范工程為例，夏季燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器對(duì)該建筑進(jìn)行供冷兼制取生活熱水，該示范工程的建筑面積為250,m2，辦公人員為30人，每人每天需要生活熱水10,L，每年夏季工作天數(shù)為75,d，平均電價(jià)為0.49元/度，天津市天然氣價(jià)為2.8元/m3，天然氣熱值取36,MJ/m3，取夏季空調(diào)制冷系數(shù)為3.4，取電加熱器的效率為95%，生活熱水由24,℃加熱到60,℃．

經(jīng)計(jì)算可知，利用燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器滿足夏季生活熱水需求時(shí)需天然氣費(fèi)用為180元，同時(shí)為建筑提供冷量；而利用電加熱器和制冷空調(diào)生產(chǎn)等量的熱水和冷量需要電費(fèi)555元．因此，該建筑在夏季利用燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器可節(jié)省費(fèi)用371元，約為總費(fèi)用的67%．

2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差分析

本系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，其中溫度測(cè)量選用T型熱電偶測(cè)量，其測(cè)量精度為±0.2,℃；流量測(cè)量選用渦輪流量計(jì)，水流量計(jì)測(cè)量精度為測(cè)量數(shù)值的±0.5%；天然氣流量計(jì)測(cè)量精度為測(cè)量數(shù)值的±2.3%．實(shí)驗(yàn)中的直接測(cè)量值(xi)的不確定度可以表示為

式中δx為直接測(cè)量值絕對(duì)不確定度．

假設(shè)間接計(jì)算量(R)為n個(gè)獨(dú)立的測(cè)量值的函數(shù)，即

實(shí)驗(yàn)中的不確定度分析計(jì)算式為

根據(jù)不確定度式(6)以及熱電偶和流量計(jì)的測(cè)量精度，可以得出本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中制冷量的誤差為6.4%，制熱量的誤差為5.04%～5.15%，單位時(shí)間能耗誤差為2.3%，季節(jié)一次能源利用率誤差為8.47%～8.53%．

3 結(jié) 論

(1) 燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器不同季節(jié)采用3種不同的運(yùn)行模式，在滿足全年提供生活熱水的同時(shí)，亦可滿足對(duì)房間夏季供冷、冬季供暖的需求．利用SPER對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，夏季供冷兼制生活熱水模式系統(tǒng)季節(jié)一次能源利用率為2.16，春/秋自然通風(fēng)兼制生活熱水模式系統(tǒng)季節(jié)一次能源利用率為1.99，冬季供暖兼制生活熱水模式系統(tǒng)季節(jié)一次能源利用率為1.82.

(2) 燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器與單純制生活熱水熱水器相比，其季節(jié)性能明顯提高．夏季供冷兼制生活熱水模式比單純制生活熱水模式季節(jié)性能提高了46.9%；冬季供暖兼制生活熱水模式比單純制生活熱水模式季節(jié)性能提高了15.9%．

(3) 春/秋自然通風(fēng)兼制生活熱水模式，因系統(tǒng)無(wú)需供冷、供熱，為提高系統(tǒng)性能，轉(zhuǎn)速采用為1,000,r/min即可．

(4) 根據(jù)熱經(jīng)濟(jì)性分析可知，夏季工況下，利用燃?xì)鈾C(jī)熱泵熱水器與常規(guī)供冷、制生活熱水方式相比，每250,m2的建筑可節(jié)省費(fèi)用371元，約為總費(fèi)用的67%．

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（責(zé)任編輯：田 軍）

Seasonal Operating Mode and Performance Experiment of Gas Engine-Driven Heat Pump Water Heater

Yang Zhao1，Zhang Xin1，Shi Yongzheng2
(1. School of Mechanical Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China；2. Beijing Key Laboratory of Heating，Gas Supply，Ventilating and Air Conditioning Engineering， Beijing 100089，China)

A gas engine-driven heat pump water heater(GEHPWH)was designed and built to experimentally test its heating and cooling performances under different seasonal operating modes，which could provide domestic hot water all year round，and at the same time could meet the heating and cooling requirements of building in winter and in summer spaces. Furthermore，an index of seasonal primary energy ratio(SPER)was presented to evaluate the performance of the whole system. The experimental results show that the SPER is 2.16 for providing cooled air and domestic hot water simultaneously in summer，which can be up to 46.9%higher than the running mode of providing domestic hot water only. In spring and autumn，the highest SPER is about 1.99 atthe rotating speed of 1 000 r/min when the GEHPHW is used to provide hot water as well as fresh air. In winter，the SPER is about 1.82 since the double requirements of both space and water heating，which is 15.9% higher than the running mode of providing domestic hot water only.

gas engine-driven heat pump water heater(GEHPWH)；seasonal operating mode；seasonal primary energy ratio(SPER)

TK11

A

0493-2137(2014)11-1017-06

10.11784/tdxbz201309003

2013-09-02；修回日期：2013-09-27.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51076112，51276124)；天津市科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(12ZCDGGX49400)；供熱供燃?xì)馔L(fēng)及空調(diào)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究基金資助項(xiàng)目．

楊 昭（1960— ），女，教授.

楊 昭，zhaoyang@tju.edu.cn．

時(shí)間：2013-11-08.

http：//www.cnki.net/kcms/detail/12.1127.N.20131108.1538.008.html．