Análisis estándar de eficiencia energética de la bomba de calor de fuente de aire con baja temperatura ambiente

(Laboratorio clave de utilización de alta eficiencia de energía térmica de media y baja temperatura, Ministerio de Educación, Instituto de Energía Térmica, Universidad de Tianjin)

Resumen El problema de la contaminación del aire en la región de Beijing-Tianjin-Hebei es sobresaliente. Para lograr el objetivo de controlar el smog y la conservación de energía y la reducción de emisiones, Beijing-Tianjin-Hebei comenzó una operación sin carbón. La bomba de calor de fuente de aire a baja temperatura ambiente ha sido investigada y producida por un ensayo con éxito durante más de diez años y se utiliza en gran escala en Beijing, Tianjin y Hebei. Este documento se centra en el COP y los valores de carga parcial integrados en las condiciones nominales de la bomba de calor de fuente de aire a baja temperatura ambiente, es decir, IPLV (H) y, a través de los ejemplos específicos, el uso de la perfección termodinámica para analizar el IPLV (H) según los estándares pertinentes, que se pueden formular en el futuro. Referencia estándar relevante.


Palabras clave bomba de calor de fuente de aire de temperatura ambiente baja, estándar de eficiencia energética, IPLV (H)

1 Estado del “carbón para la electricidad” en la región de Beijing-Tianjin-Hebei

El problema de la contaminación del aire en la región de Beijing-Tianjin-Hebei es relativamente importante: la proporción de días finos en 2016 fue de 56.8%, 22 puntos porcentuales más bajo que el promedio nacional, la proporción de días de contaminación intensa y superior fue de 9.2%, que es 3.5 del promedio nacional. Doble: cinco procesos meteorológicos de gran contaminación a gran escala ocurrieron en diciembre. Desde el 15 de noviembre hasta el 31 de diciembre de 2016, la concentración de PM2.5 en la región de Beijing-Tianjin-Hebei fue de 135 g / m3, que fue 2.4 veces la concentración del período de no calefacción. Este período representó el 12.8% de todo el año y el PM2 para todo el año. .5 contribución alcanzó el 24,4% [1].

Las investigaciones actuales muestran que la combustión dispersa de carbón de baja eficiencia es una de las principales razones para la formación de neblina en China. Para lograr un control completo de los objetivos de reducción de emisiones de smog y ahorro de energía, Beijing-Tianjin-Hebei comenzó una operación de "no coalición".


En diciembre de 2015, los departamentos de protección ambiental de Beijing, Tianjin y Hebei firmaron el "Acuerdo Marco de Cooperación de Primera Innovación para la Protección Ambiental Regional Beijing-Tianjin-Hebei". El 25 de julio de 2016, el Municipio de Tianjin emitió el “Plan de Implementación de Medidas de Fortalecimiento para la Prevención y Control de la Contaminación Atmosférica en Beijing, Tianjin y Hebei (2016-2017). Según los requisitos de notificación, la concentración promedio anual de PM2.5 en Tianjin se incrementará en 2017. Debería alcanzar los 60 gg / m3, de los cuales el Distrito de Wuqing, el Distrito de Baodi y el Condado de Jixian, respectivamente, alcanzan o son inferiores al promedio de la ciudad [2].

A lo largo de los años, las prácticas existentes en los suburbios de Beijing han demostrado que la alternativa al "carbón para la electricidad" es principalmente las bombas de calor de fuente de aire. A fines de 2016, había 189,000 hogares en los suburbios de Beijing como la primera fase de la instalación de bombas de calor de fuente de aire, que se calentaron oficialmente el 8 de noviembre. Tianjin siguió el ritmo del "carbón a la electricidad" y completó la licitación por la bomba de calor de fuente de aire en el distrito de Wuqing el 15 de noviembre de 2016, y comenzó los trabajos de instalación.

Bajo la promoción activa de "carbón a la electricidad", los fabricantes se esfuerzan por innovar y fabricar, y la mayoría de los usuarios también están trabajando duro. El autor cree que el "carbón a la electricidad" sin duda logrará resultados fructíferos. Por supuesto, la conservación de la energía y la reducción de las emisiones siempre se llevarán a cabo. Al consolidar los logros existentes, también deberíamos ver que todavía existen problemas, como la baja eficiencia energética estacional de las bombas de calor de fuente de aire, que deben resolverse en el futuro. El autor analiza principalmente el coeficiente de rendimiento de carga parcial completo de la unidad de bomba de calor de fuente de aire a baja temperatura ambiente, a saber, IPLV.

2 El origen de IPLV

IPLV se aplicó originalmente a los enfriadores. La enfriadora requiere un ajuste de capacidad debido a los cambios en la temperatura ambiente de la temporada de aire acondicionado. La temperatura de suministro / retorno de la enfriadora siempre puede ser de 7 ° C / 12 ° C, mientras se cambia la temperatura ambiente, y también se cambia la carga de refrigeración, lo que afecta directamente a la temperatura de entrada / salida del agua de refrigeración. La regulación de carga de la unidad puede ser continua o graduada, como el ajuste de la clasificación de la bobina del enfriador de tornillo. En los paquetes de enfriamiento de agua por tornillo centrífugo y rotativo AIR550-1992 de EE. UU., Se proporciona la siguiente fórmula de cálculo de IPLV para la enfriadora: IPLV = 0.17A + 0.39B + 0.33C + 0.11D (1) donde: A, B, C Y D son los valores de COP de la unidad al 100%, 75%, 50% y 25% de carga, respectivamente. Los coeficientes de 0.17, 0.390.33 y 0.11 se determinan de acuerdo con los siguientes principios:


1) Método de cálculo: adopte el método Bin de la Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE) (de acuerdo con el valor horario de la temperatura anual anual del bulbo seco en un lugar determinado, se calcula la temperatura en el rango de temperatura (BIN) en un cierto intervalo). Tiempo (h) que ocurre durante el año o período, es decir, la frecuencia de tiempo de la temperatura)

2) Parámetros meteorológicos: Atlanta, Georgia, USA

3) Tipo de edificio: 32% de los edificios de oficinas en todos los edificios. En 1998, la Asociación Americana de Aire Acondicionado y Refrigeración revisó los estándares ARI550-1992 y ARI590-1992 y los fusionó en ARI550 / 590-1998 Paquetes de enfriamiento de agua usando el Va

Por Com Presion Cycle]. El IPLV se ha modificado en esta norma. La fórmula de cálculo es la siguiente: IPLV = 0.01A + 0.42B + 0.45C + 0.12D. El método de cálculo aún se basa en el método Bin de la Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE); los parámetros meteorológicos son Es el promedio ponderado de 29 ciudades en los Estados Unidos. La participación de mercado de estos 29 enfriadores urbanos representó el 80% entre 19706 y 1992; el tipo de edificio es el promedio ponderado de todos los tipos de edificios. Además, la fórmula de cálculo para IPLV en la edición de 1992 del American Standard ARI550 y la edición de 1998 de ARI550 / 590 está ponderada. El aspecto es diferente. El coeficiente correspondiente de la condición A se cambió de 0.17 a 0.01, debido a que la muestra de cálculo se extendió de Atlanta a 29 ciudades en los Estados Unidos. De acuerdo con el principio ARI550 / 590 de la edición de 1998, el documento GB50189-2005 se promulgó en 2005. Los "Estándares de diseño para la eficiencia energética de los edificios públicos", a través de un gran número de cálculos y análisis, obtuvieron la distribución parcial del tiempo de operación de carga de los enfriadores y los valores del coeficiente IPLV de las cuatro zonas climáticas de los edificios de oficinas estándar en las cuatro zonas climáticas principales (excepto las áreas suaves) en China. La fórmula de cálculo IPLV del enfriador de China, IPLW = 0.023A + 0.415B + 0.461C + 0.101D (3) a 2015 según un gran número de encuestas de conservación de energía en edificios y análisis de datos, debido a cambios en la eficiencia energética de los edificios, 25% de las condiciones de carga ( h) Aumento significativo, la fórmula IPLV de GB501892015 "Estándares de Diseño de Eficiencia Energética en Edificios Públicos" 이 (que se implementó oficialmente el 1 de enero de 2017) cambió a V = 0.012A + 0.328B + 0.3 97C + 0.263D

(4) Para los equipos de aire acondicionado de unidad y bomba de calor de fuente de aire, la fórmula de cálculo para IPLV dada en American ANSI / ARI 210 / 240-2003 Clasificación de rendimiento de acondicionadores de aire y equipo de bomba de calor de fuente de aire es EER, + EER2IPLV = (PLF1- PLF2EER2 + EER3 (PLF, - PLF (PLF.-PLF / ER. 1 + EERPLF. X EER

(5) donde: PLF es un factor de carga parcial, que se obtiene a partir de la curva de la Fig. 1. De acuerdo con la fórmula (5), la fórmula de ponderación de EER para IPLV al 100%, 75%, 50% y 25% de carga es IPLV = 0.05A + 0.3B + 0.4C + 0.25D

(6) Según el coeficiente bajo diferentes cargas obtenidas por la curva y la relación de eficiencia de energía bajo la carga, se puede obtener el IPLV de la unidad de ventilador frío (caliente) del terminal de la bomba de calor de la fuente de aire. El grupo de ventiladores frío (caliente) del terminal de la bomba de calor de la fuente de aire comienza y se detiene con frecuencia, y es diferente del gran enfriador en términos de rendimiento de carga parcial. Esta idea incluye la curva de carga parcial Figura 1, que una vez fue GB / T1887-2002 en China. La unidad de aire acondicionado (bomba de calor) adopta directamente lo anterior, IPLV refleja el rendimiento integral de los equipos de aire acondicionado durante la carga de enfriamiento de verano, aunque los cuatro factores de ponderación son diferentes en diferentes países y períodos, pero básicamente 100% y 25% de carga El factor de ponderación es pequeño y los coeficientes de ponderación de las cargas de 75% y 50% son grandes. El factor de ponderación del 100% de carga del equipo grande (unidad centrífuga, unidad de tornillo) es solo del 1% al 2%, y el coeficiente de ponderación del 100% de carga del equipo pequeño (conexión múltiple, unidad de aire acondicionado tipo unidad) es mayor.



Análisis estándar de eficiencia energética de la bomba de calor de fuente de aire con baja temperatura ambiente



Figura 1 Factor de carga parcial en IPLV [7]

3 bomba de calor de fuente de aire de temperatura ambiente baja COP e IPLV (H)

Han Linjun et al analizaron las condiciones de funcionamiento nominales de las bombas de calor de fuente de aire con baja temperatura ambiente y el método de evaluación de IPLV (H). A diferencia de las normas anteriores, que tienen pocas regulaciones separadas sobre el rendimiento de la bomba de calor, las normas de 2010 para bombas de calor de fuente de aire de temperatura ambiente baja incluyen las regulaciones de IPLV (H). En la norma, la temperatura del bulbo seco al aire del lado de la fuente de calor en la condición de calefacción nominal es de -12 ° C, la temperatura del bulbo húmedo del aire es de -14 ° C, y la temperatura de salida del agua del lado de uso es de 41 ° C. Las condiciones de prueba para calentar IPLV (H) se muestran en la Tabla 1. El valor de rendimiento de carga parcial integrado IPLV (H) se probó de acuerdo con la Tabla 1. La bomba de calor tiene un COP de no menos de 2.1 (hogar) o 2.3 (comercial) en condiciones de baja temperatura (temperatura ambiente -12 ° C / -14 ° C, temperatura del agua de salida 41C), e IPLV (H) en Beijing no es inferior a 2 .4 (hogar) o 2.5 (comercial).

La aplicación de IPLV (H) se puede representar visualmente en la figura. La temperatura exterior en invierno tiene una relación lineal con la carga de calefacción de la habitación. La curva de la figura muestra la proporción de diferentes temperaturas exteriores en condiciones de trabajo reales. Para facilitar la supervisión, se puede simplificar en cuatro condiciones de trabajo de A, B, C y D, a saber, IPLV. Los cuatro puntos de prueba de (H) son 100% de carga, 75% de carga, 50% de carga y 25% de carga. La proporción de cada punto de prueba es el coeficiente de ponderación de IPLV (H). La ventaja de IPLV es que puede hacer un uso completo de la carga parcial y tener una COP más alta, es decir, a través del ajuste de la capacidad y el ajuste de las condiciones de trabajo, mejorar la COP en carga parcial y mejorar el potencial de ahorro de energía de la bomba de calor. La tabla 2 dice

Comprenda este potencial, cuando la bomba de calor funciona con una carga del 75% y del 50%.

Representa el 75% del tiempo total.



Análisis estándar de eficiencia energética de la bomba de calor de fuente de aire con baja temperatura ambiente


Análisis estándar de eficiencia energética de la bomba de calor de fuente de aire con baja temperatura ambiente


Del análisis de la mayoría de las áreas en el norte, el coeficiente de rendimiento global de la relación de tiempo B + C es el que más contribuye. En comparación, IPLV (H) es solo el 75% de las condiciones de trabajo nominales COP, y la temperatura ambiente en este momento es de -7 ~ 0 ° C, para la bomba de calor

1.14 veces (hogar) y 1.09 veces (comercial), significativamente más baja que la regularidad en condiciones de refrigeración, el IPLV es generalmente de 1.2 a 1.3 veces COP. En la actualidad, no hay requisitos para las condiciones de funcionamiento nominales de la bomba de calor de la fuente de aire a temperatura ambiente baja. Esto se debe a que la norma se refleja básicamente en el nivel del año anterior y posterior a 2005. En ese momento, el objetivo principal era trabajar a una temperatura ambiente baja y el rendimiento de la capacidad variable se encontraba en una etapa temprana. Después de más de diez años de desarrollo, el nivel técnico actual, especialmente la tecnología de compresor inversor, se ha mejorado considerablemente. Se recomienda revisar los parámetros de la norma.

4 Mejorar las medidas técnicas de la bomba de calor de fuente de aire a baja temperatura ambiente COP e IPLV (H)

En la actualidad, los compresores para bombas de calor de fuente de aire de baja temperatura son principalmente compresores de desplazamiento y compresores de rotor rodante. Las bombas de calor de fuentes de aire de baja temperatura comerciales tienen gran capacidad, principalmente utilizando compresores de desplazamiento de cabezales múltiples o compresores de rotor rodante, así como compresores de tornillo. Desde el desarrollo reciente, también se utilizarán compresores centrífugos con inversor de CC o suspensión magnética para bombas de calor de fuente de aire. Cuando la carga del aire acondicionado está llena, la eficiencia de los compresores de rotor de frecuencia variable de CC y los compresores de desplazamiento de frecuencia variable de CC es indistinguible. En la carga parcial, por ejemplo, parte de las condiciones de carga en invierno, la temperatura ambiente exterior aumenta y la relación de compresión requerida también disminuye. En condiciones de refrigeración, el rendimiento de carga parcial de las unidades con diferentes modos de control se muestra en la Figura 3. Aunque esta figura proviene de unidades grandes y medianas, el principio es universal, y también es adecuado para unidades con compresores pequeños totalmente cerrados, pero los datos específicos son diferentes. En general, el compresor scroll es una relación de presión constante, pero se han usado una variedad de métodos de escape para superar el fenómeno de "sobrecompresión", mientras que el compresor de rotor simple o doble tiene una relación de compresión controlada por una válvula de escape, que es equivalente a la conversión de frecuencia en la FIG. + Variable V, con alta eficiencia. Por lo tanto, en condiciones de carga parcial, un acondicionador de aire que usa un compresor de rotor simple o doble puede tener un valor más alto que el SEER o IPLV (HI) de un acondicionador de aire que usa un compresor de desplazamiento. Se debe desarrollar un compresor de tornillo de volumen interno variable, y se puede usar un motor de frecuencia variable para obtener un IPLV más alto (H). Bajo la condición de refrigeración, el compresor centrífugo de frecuencia variable de CC tiene un rendimiento de carga parcial muy bueno, y el IPLV del compresor centrífugo accionado por el motor de frecuencia variable tiene un aumento significativo, mientras que el número de enfriadores que usan el compresor centrífugo de suspensión magnética es cada vez mayor. Creo que cualquier tecnología no ha dejado de desarrollarse, y otras formas de capacidad variable y tecnología de ajuste de relación de compresión también pueden sufrir nuevos cambios en el futuro. Para bombas de calor de fuente de aire de baja temperatura comercial, se pueden usar compresores de desplazamiento de múltiples cabezales o compresores de rotor rodante o compresores de tornillo, y la suspensión magnética puede usarse en el futuro.

Whatapp/viber/Line:+86 13902831217

Website: www.daishiba.com.cn 
E-mail: wendy@daishiba.com.cn