电动汽车热泵空调教学实验指导书

电动汽车热泵空调教学实验
一、实验目的
1．了解蒸汽压缩式制热/制冷循环工质状态的流动变化及循环全过程的基本特征。

2．通过视镜观察制冷工质的蒸发、冷凝过程及节流后的二相流型和流动状态。

3．实验测定压力、温度、流量等，进行制热循环的热力计算。

4．实验测定不同电池热负荷下制热循环系统能效比和系统制热量情况。

5．实验测定不同电池热负荷下制冷循环系统能效比和系统制冷量情况。

6．理论联系实际，加深了解电动汽车热泵空调循环系统的组成。

二、实验原理及装置
实验装置分为热泵/制冷系统、模拟电池冷却的水循环系统和数据采集控制系统。

由一个压缩机、两个平行流换热器（含风扇）、一个板式换热器、一个电子膨胀阀、两个四通换向阀、多个观察视镜及管路等组成热泵/制冷系统；由水泵、水箱及管路等组成水循环系统；由温度传感器、压力表、流量传感器、风速传感器、压缩机功率仪表、巡检仪、变频控制器、触摸屏及数据采集后处理软件组成的数据采集控制系统。

通过对两个四通换向阀及风扇的调
节，来实现冬季给室内供热和夏季供冷，且保证电动车运行时电池一直维持制冷过程。

1．实验装置的仪表：
1）压力表——测量制冷剂侧蒸发和冷凝进口和出口压力，精度±0.01MPa；
2）温度显示——测量制冷剂侧蒸发和冷凝进口和出口温度，精度±0.1℃；
3）功率仪——测量压缩机功率大小，精度±0.1W；
4）温度显示——测量水循环进口和出口温度，精度±0.1℃；
5）电子膨胀阀——绝热降压并调节制冷剂流量；
6）流量传感器——测量水的流量，精度±0.001L/min。

7）触摸屏——实时显示系统各个测点的温度、流量、功率等数据，计算系统能效比和制热量等参数。

2．实验装置的技术参数：
制冷剂：R410a
蒸发温度：5℃— +15℃
冷凝温度：最高不超过50℃
压缩机额定功率：735W，转速880rev/min
制热量：2600W
制热系数（能效比）：3
实验台重量：60kg
三、实验步骤
1．熟悉实验指导书，在实验老师的指导下，检查实验装置及使用的仪器，做好实验前的准备工作，设计绘制测量数据表格等。

2．打开实验台总开关，打开室内风机和室外风机开关，调节风量；打开电加热器、水泵；查看各处温度显示是否正确。

3．开启压缩机，开启电子膨胀阀，开启制冷模式，设定压缩机频率，电子膨胀阀控制器处于自动模式，待工况稳定后（约15分钟左右），观察并记录实验数据，待系统稳定后即可进行测试系统温度、压力、风速、功率及流量等。

4．开启压缩机，开启电子膨胀阀，开启制热模式，设定压缩机频率，电子膨胀阀控制器处于自动模式，待工况稳定后（约15分钟左右），观察并记录实验数据，待系统稳定后即可进行测试系统温度、压力、风速功率及流量等。

5. 实验结束后，要先关闭电子膨胀阀、压缩机和水泵，再关闭室内和室外风机，最后关闭仪表总开关。

四、制热循环系统的热流体计算
由于该装置为演示和测量实验装置，同学可以用手感受蒸发和冷凝的温度变化，通过视镜来观察制冷剂流动状态。

1．空气流量计算
空气侧蒸发侧空气流量 eg eg M v A = （1）
空气侧冷凝侧空气流量 cg cg M v A = （2）
2．制冷/制热量计算
空气侧换热量 e g g g Q v Ac ρ=∆T （3）
式中：g v ——平行流风机的流量，m/s ；
g ρ——空气密度，kg/(m 3)
A ——平行流散热器流通截面积，m 2
g c —— 空气比热，kJ/(kgK) ； T ∆——平行流散热器进出口温差，℃
2．蒸发/冷凝流动压降计算
in out P P P ∆=- （4）
in P ——换热器进口压力，kPa
out P ——换热器出口压力，kPa
2． 制热/制冷系数（能效比）计算
制热/制冷性能系数(Coefficiency of Performance ，COP)是评价热泵空调节能性的最重要的指标之一。

根据热力学第二定律，热泵将低品位热源的热量品位提高，需要消耗一定的高品位能量。

因此，热泵的能量消耗是一项重要的经济技术指标。

热泵空调的性能系数是指收益（制热量/制冷量）与付出代价（所消耗的机械功）的比值。

压缩机的消耗功率t N 由制冷机组压缩机输出功率仪上读得。

w t Q N ε=
制热量/制冷量制热/制冷系数（能效比）压缩机功率
（2）
五、思考题
1．空气侧速度测量点的布置放在哪最好？现在的布置方式是否合适？
2．制冷剂流动过程中，经过换热器后的流动压降如何测量？蒸发压降和冷凝压降哪个比较大？为什么？
3、水的流量测量过程采用的流量传感器是什么原理？传感器前后段如何做才能保证测量的准确性。