单冷水源热泵谷物冷却机技术参数的测试与分析

单冷水源热泵谷物冷却机技术参数的测试与分析
杨俊俊;徐玉斌
【摘要】通过对单冷水源热泵谷物冷却机技术参数的测试,得出不同运行条件下机组制冷系数,分析不同运行条件对机组的制冷系数影响因素,测试和实际应用表明与传统风冷谷冷机相比具有明显的节能效果.
【期刊名称】《粮食与食品工业》
【年(卷),期】2014(021)003
【总页数】3页(P79-81)
【关键词】单冷水源热泵谷物冷却机;性能测试;制冷系数;分析
【作者】杨俊俊;徐玉斌
【作者单位】无锡中粮工程科技有限公司无锡214035;无锡中粮工程科技有限公司无锡214035
【正文语种】中文
【中图分类】TS210.3
谷物的低温储藏是我国粮食储备库中普遍使用存储方式，旨在减缓谷物陈化，延长所存储谷物保鲜期，减少使用化学熏蒸剂。

随着粮食行业的市场化竞争日趋激烈，如何降低粮食储存的能耗成本也是保证企业具有竞争优势的重要标准之一。

在我国粮食储备库中，风冷式谷物冷却机是目前比较常用的低温设备。

但是缺点是用电量大，运行成本高，实际使用规模扩展缓慢。

因此，研究其他形式的低温冷却方式成
为发展低温储藏的急切任务，也是粮食仓储行业响应国家节能减排号召的直接行动。

单冷水源热泵谷冷机是新研制的专用设备，为验证设备主要技术参数是否达到目标，充分了解机组的技术性能，为机组改进提供方向和依据，本次试验对机组在不同条件下机组制冷系数、额定工况技术指标进行分析和比较。

1 单冷水源热泵谷物冷却机测试装置
1.1 机组结构与工作流程
单冷水源热泵谷物冷却机由制冷系统、送风系统、控制系统、机体这四部分组成。

制冷系统，分为3个独立系统，由3台压缩机、水冷冷凝器、蒸发器和膨胀阀等
组成，其中压缩机采用两种规格高效涡旋式压缩机，3个系统可按要求独立运行;
送风系统，含送风机、过滤器、进风送风接口等;控制系统，含进风送风温度湿度
传感器、PLC控制器、风机变频器、彩色显示屏、控制箱等;机体，含转向机构、
轮胎、底座等，可根据设定送风参数自动调节制冷系统的运行数量，使用变频器自动调节机组的送风量［1］。

机组工作流程为:进风口(新风或回风)→混风箱→过滤器→蒸发器→送风机→出风口→仓房通风口→地上笼→粮堆→仓房门窗→排出仓外。

冷凝器为水冷，采用江河湖泊水源或冷却塔供水作为机组冷却水源。

1.2 测试装置
测试采用生产厂产品检验测试中心的制冷空调综合试验装置，是由国家权威检测部门设计安装和验收，测试精度达到国家标准。

该检测中心拥有空气焓差法实验台和水侧量热计法实验台等先进的实验检测装置，能满足单冷水源热泵谷物冷却机的基本参数测试。

以机组能耗为主要指标，主要检测机组的能耗性能。

机组运行时用电由3部分组成:3台涡旋式制冷压缩机、1台送风机、满足机组冷却需要的供水泵。

由于制冷压缩机为机组用电的主要部分，机组配置的送风机和冷却输水泵现场变化较大不易比较，本测试主要比较制冷压缩机的制冷系数COP值。

2 机组性能参数的测试与分析
2.1 冷却水进水温度变化对压缩机制冷效率的影响
机组的冷却水进水温度影响着机组制冷系统的冷凝温度。

机组在进风温度27℃、
进风湿球温度24.41℃、风量约5 500 m3/h、进出口水温差5℃条件下，按实际
需要分别测试了冷却水进水温度分别为20℃、25℃、30℃、35℃压缩机制冷系数，变化趋势见图1。

图1 冷却水进水温度变化对压缩机制冷效率变化趋势图
由图1可见，在进风参数恒定的情况下，压缩机的制冷效率随着冷却水进水温度
的升高呈下降趋势，且变化明显。

以冷却水温30℃为基点，在20℃ ～30℃范围内，水温每升高1℃，压缩机制冷系数平均下降2.28%;以冷却水温30℃为基点，在30℃ ～35℃范围内，水温每升高1℃，压缩机制冷系数平均下降2.38%。

机组的冷却水温对压缩机制冷系数影响显著，在选择冷却水源时，水温是优先考虑的因素。

根据2010年和2012年江苏常州某三级航道(70 m宽)河水水温记录，最高水温
低于31℃，夏季水温一般在26℃ ～28℃左右，河水水温具备水源谷冷机高效利
用的条件。

河水水质除悬浮物外，其余均满足条件。

2013年夏季，在苏南地区
50年一遇的持续高温下，最高水温仍低于31℃，说明江苏运河具备夏季提供制冷设备低温冷却水的自然条件。

2.2 机组进风温度对压缩机制冷效率的影响
机组进风温度影响着机组制冷系统的蒸发温度。

机组在冷却进水温度30℃、进出
口水温差5℃、风量约5 500 m3/h条件下，按实际需要分别测试了不同工况下的压缩机制冷系数，5种工况如下:①进风干球温度10℃、进风湿球温度8.38℃;②进风干球温度15℃，进风湿球温度13.09℃;③进风干球温度20℃，进风湿球温度17.80℃;④进风干球温度27℃，进风湿球温度24.41℃;⑤进风干球温度30℃，进
风湿球温度27.24℃。

变化趋势见图2，各组进风对应相对湿度均为81%。

图2 机组进风温度对压缩机制冷效率的影响趋势图
由图2可见，在进风对应相对湿度相等的情况下，压缩机的制冷效率随着进风温
度的升高呈上升趋势，且变化明显。

以机组进风温度27℃为基点，在进风温度10℃ ～27℃范围内，进风温度每降低1℃，压缩机制冷系数降低2.4%;以机组进
风温度27℃为基点，在进风温度27℃ ～30℃范围内，进风温度每升高1℃，压
缩机制冷系数提高0.49%。

在冷却作业后期，随着谷物温度的降低，在回风运行状态下，机组进风温度也降低，机组制冷量和压缩机制冷系数均下降，如无必要，谷物温度不应过低。

在进风温度过低时由于制冷量的降低，机组的工作能力显著下降，在库区设备配置和计算降温时间应考虑该因素。

2.3 机组配套的风机性能测试
通用单冷水源热泵谷物冷却机要适合各种应用场合，如粮层较低的平房仓和粮层较高的立筒仓，在相同风量下，二者粮层阻力相差很大。

用同一台风机满足不同应用场合需要风机的选择是机组研制的重要一环。

虽然配有变频器调节风机参数，但使风机符合实际需要，选择合适的风机仍很困难。

机组采用的紧凑型直连离心风机，风机测试发现在50 Hz电源条件下风机输入功率偏大，在更换风机叶轮后，风机
输入功率在正常范围内。

在50 Hz电源条件测试了机组风量和提供的静压，基本
满足条件。

另外观察了在机组最大风量下，制冷系统运行时机组蒸发器后带水情况，观察表明机组送风口不带水，可确保在极端状况下冷却作业的安全。

2.4 标准工况测试
参照规范《谷物冷却机》GB/T 18835—2002、《水源热泵机组》GB/T 19409—2003和《单元式空气调节机》GB 17758—2010，确定单冷水源热泵谷物冷却机标准工况为:机组进风干球温度27℃、进风湿球温度24.41℃、冷却水进水温度
30℃、出水温度35℃、机组风量5 500 m3/h、机组出风口静压980 Pa、制冷量85 kW。

在生产厂检测中心标准工况下测试的数据为:在测试风量5 556 m3/h、制冷量86.922 kW、机组输入功率23.057 kW(含压缩机、风机功率)、去除风机功率
3.37 kW、压缩机输入功率19.68 kW、压缩机制冷系数COP为
4.42、高于目标
指标4。

另测水泵功率2.898 kW，机组机组输入总功率25.955 kW，机组整机COP为3.349，高于《谷物冷却机组》GB/T 18835—2002 中第4.1.1 条
EER=2.0 的要求，节能率67.5%。

机组制冷量比要求值高2.26%。

3 结论
(1)机组性能检测数据表明，机组达到了既定的技术指标，制冷压缩机、水冷冷凝器、直接蒸发器等部件配置合理。

(2)测试表明冷凝温度对机组制冷量和效率有较大影响，由于江苏等湿热区夏季河
水水温相对较低，机组可使用于江苏等湿热区域的谷物降温，并可实现显著节能。

机组2012年8月21日至27日在常州城北国家粮食储备库进行2 550 t仓容水
稻降温试验，单位能耗Et=0.168 kW·h/℃·t，为《谷物冷却机低温储粮技术规程》中要求的Et≤0.50 kW·h/℃·t的 33.6% 。

(3)单冷水源热泵谷物冷却机可利用天然资源实现节能运行，是绿色环保的制冷技术。

该设备的成功研制，为粮食仓储企业提供了新的低温手段，应推广使用。

参考文献
［1］徐玉斌，倪晓红，黄施凯.风冷谷冷机与单冷水源热泵谷冷机的比较研究［J］.粮食与食品工业，2013，20(6):78－81.。