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珍棍韩
5 years ago
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1 小型空調機技術研討會熱泵熱水機性能測試及說明報告者 : 謝桂平工研院能環所住商節能技術組

2 報告內容 : 一熱泵熱水系統原理二熱泵性能測試標準三熱泵熱水機型式四測試結果探討五討論 2

3 一熱泵熱水系統原理 : 地球外表的大氣層會吸收太陽熱能, 加上溫室效應, 使得整個大氣層形同一個巨大的太陽能儲存庫 ( 大氣熱能庫 ) 熱泵熱水器即是擷取空氣中的熱能來製造熱水, 其原理與冷氣機相同, 只是將冷氣機製造冷氣過程中往室外排出的熱氣能量與水進行熱交換, 製成熱水在製造熱水的同時也會排放冷空氣及除濕, 因此具備熱水冷氣除濕一機三用功能資料來源 : 3

4 熱泵熱水系統原理示意圖 : 4

5 CO 2 熱泵系統的應用 5

6 熱泵系統的應用熱泵熱水系統的應用極廣, 除了家庭熱水供應, 尚可應用於 : 溫水游泳池 SPA 飯店醫院宿舍餐廳工廠, 甚至精緻的農漁產業基於石化能源短缺危機日益迫切, 未來傳統燃油或瓦斯熱水器勢必會被淘汰, 成為必須使用替代能源的產品, 而熱泵熱水器正是效能優異的節能替代產品資料來源 : 6

7 二熱泵熱水性能測試標準 : CNS-12575(2006 年版 )[ 蒸氣壓縮式冰水主機 ] 測試標準熱回收標準試驗條件型式水冷式氣冷式冷凝器入水溫度 30.0 ± 0.5 水流量同全載標準試驗條件空氣入口乾球溫度 20.0 ± 1.0 冰水出水溫度 7.0 ± 0.5 水流量熱回收冷凝器同全載標準試驗條件入口溫度水溫 :40.0 ± 0.5 氣溫 :20.0 ± 1.0 出口溫度水溫 :50.0 ± 0.5 氣溫 :35.0 ± 1.0 7

8 熱泵熱水性能測試標準 : JRA-4050(2005 年版 )[ 家庭用給熱水機 ] 測試標準熱水性能試驗條件利用側冷溫水熱源側單位 : 入口空氣溫度進水溫度熱水流出溫度乾球溫度濕球溫度額定加熱條件 17 ± ± ± ± 0.5 夏季加熱條件 24 ± ± ± ± 0.5 冬季高溫加熱條件 9 ± 1.0 冬季高溫加熱 ± ± ± 0.5 除霜條件 5 ± 2.0 ー 2 ± ± 0.5 過負載條件 29 ± 2.0 ー 43 ± ± 0.5 8

9 熱泵熱水性能測試標準 : ARI-320(1998 年版 )[Water Source Heat Pump] 測試標準 b Heating Air temperature entering indoor portion of unit 70 [21.1 ]dry bulb 60 [15.6 ]wet bulb, max Air temperature surrounding unit 70 [21.1 ]dry bulb Water temperature entering Water flow rate Refrigerant-to-water Heat exchanger70 [21.1 ] as determined in Standard Rating Cooling Test 9

10 三熱泵熱水機型式 : 水對水式與氣對水式水對水式 : 冰水 + 熱水氣對水式 : 冷氣 + 熱水即熱式與儲熱式即熱式特點 : 高溫差低流量, 可能無儲熱水槽低溫差高流量 ; 一般用於溫水游泳池等場所儲熱式特點 : 具儲熱水槽, 槽內水溫升採漸昇式, 一般適用於短時間內需要大量熱水的場所 ; 如宿舍洗澡用水 10

11 熱泵熱水機型式 : 熱交換器位置位於主機側 : 自來水或儲槽內的水, 引至位於主機側的熱交換器, 排出熱水 11

12 熱泵熱水機型式 : 熱交換器位置位於儲槽側 : 主機側的高溫高壓冷媒管, 引至位於儲槽內的熱交換器使儲槽內水溫上升使用側儲熱水槽熱交換器 12

13 熱泵熱水機加熱能力計算方式 : 熱交換器入出水溫差方式 Qthw=CpwWf(tw2-tw1) 符號代表意義 : Qthw: 熱交換器所計算之加熱量 [kcal/h] Cpw: 水的比熱 (=1)[kcal/kg ] Wf: 通過熱交換器的水量 [kg/h] tw2 : 熱交換器出口水溫 [ ] tw1 : 熱交換器入口水溫 [ ] 特點 : 最簡易方便的量測方式 ; 適用於熱交換器位於主機側的試驗方式 13

14 熱泵熱水機加熱能力計算方式 : 熱交換器入出口冷媒焓差方式 Qthi=XrQro(hr2-hr1) 符號代表意義 : Qthi: 熱交換器所計算之加熱量 [kcal/h] Xr: 冷媒與冷媒 - 冷凍油混合物之質量比 Qro: 冷媒與冷媒 - 冷凍油混合物之流率 [kg/h] hr2 : 熱交換器出口冷媒焓值 [kcal/kg] hr1 : 熱交換器入口冷媒焓值 [kcal/kg] 特點 : 困難點在冷媒與冷凍油之質量比的量測 14

15 熱泵熱水機加熱能力計算方式 : 儲熱水槽溫升計算方式 Qtw=CpwWw(Tw2-Tw1) 符號代表意義 : Qtw: 儲熱水槽溫升所計算之總加熱量 [kcal] Cpw: 水的比熱 (=1)[kcal/kg ] Ww: 儲熱水槽內總水量 [kg] Tw2 : 測試完畢時, 儲熱水槽內之水溫 [ ] Tw1 : 測試開始時, 儲熱水槽內之水溫 [ ] 特點 : 困難點在水槽內水量量測及槽內溫度分層原因導致的槽溫溫升認定適用於熱交換器位於儲熱水槽內之試驗方式 15

16 熱泵熱水性能測試標準 : 一般市售熱泵熱水機規格表產品型號 WRS-30W-150L WRS-40W-200L 預定製熱量 3000W 4000W COP=3.061 額定輸入功率 980W 1280W 額定輸入電流 4.6A 6.2A 出入溫度 55~65 水箱容積 150L 200L 電源 220V/60Hz 工作環境溫度 -10~43 熱水補償速度 80L/H 1.33LPM 200L/H 噪音 51dB 52dB 主機外形尺寸主機重量 30kg 40kg 水箱重量 63kg 80kg 進出水管通徑 G1/2" 製冷劑 R22(R410A) 製冷劑充注量 1000g 1150g 註 : 因產品不斷更新, 技術參數如有變更請以說明書為準測試標準工況為 : 環境溫度 :20, 進水溫度 :20 資料來源 : COP= LPM 16

17 熱泵熱水性能測試標準 : 一般市售熱泵熱水機規格表 COP=7kW / 1.3kW=5.385 資料來源 : 17

18 熱泵熱水性能測試標準 : 一般市售熱泵熱水機規格表 113/60=1.88(LPM) 5kW/1250W=4(W/W) 資料來源 : 18

19 四測試結果探討 : 即熱式熱泵熱水機 ; 高溫差低流量即熱式熱泵熱水機測試狀態 ; 出水口恆溫測試狀態圖 COP; P(kW); Q(kW); A; LPM A Twout Qw DBT WBT P(kW) LPM COP Twin 秒 / 時間 / 時間 (A) 45 P(kW) 40 LPM 溫度 ( ) Qw(kW) COP DBT WBT Twin Twout 19

20 測試結果探討 : 定入出水溫差測試結果測試項目單位熱泵熱水機性能測試結果入口乾球溫度入口濕球溫度水側入口水溫水側出口水溫水側流量 LPM 入出水口壓差 Pa 水側能力 kcal/h 水側能力 kw 電壓 V 運轉電流 A 消耗功率 W C O P kw/ kw

21 測試結果探討 : 一組熱泵熱水機, 一個 150 公升恆溫水槽, 將恆溫水槽溫度控制在 10, 停止恆溫水槽溫度控制, 開啟熱泵熱水機組, 將恆溫水槽溫度加熱至 55, 外氣環境溫度分別控制在 10 ;15 ;20 ;25 ;30 ;35, 進行試驗試驗結果如後所示 21

22 測試結果探討 : COP Twout Qw A DBT Twin WBT LPM P 22

23 測試結果探討 : COP Twout Qw A Twin DBT LPM WBT P 23

24 測試結果探討 : COP A Twout Qw Twin DBT LPM WBT P 24

25 測試結果探討 : COP Twout A Qw Twin DBT Qw WBT P LPM 25

26 測試結果探討 : COP Twout A Twin DBT Qw P LPM WBT 26

27 測試結果探討 : Twout COP Qw A Twin DBT P LPM WBT 27

28 測試結果探討 : 28

29 測試結果探討 : 29

30 測試結果探討 : 30

31 測試結果探討 : 熱交換器位於儲熱水槽內之測試例 : 儲熱水槽容積 200 公升水槽溫度由 10 升至 55 外氣環境溫度分別為 35 ;30 ;25 ;20 ; 15 ;10 ;7 ;5 ;0, 對應之相對濕度均為 85%RH 槽內溫度之量測, 外接一循環水泵, 水泵流量為 17± 1.0LPM, 測量水槽出口溫度作為槽內溫度溫升之依據 ( 缺點 : 增加分層溫度混流速度 ; 外接 PUMP 對水有加熱作用, 外接管路保溫不良時 ; 會有熱洩漏之顧慮等缺失 ) 31

32 測試結果探討 : Tw DBT WBT P kwh A LPM Qt(kW) Qw(kW) 32

33 測試結果探討 : Tw DBT WBT P kwh LPM A Qt(kW) Qw(kW) 33

34 測試結果探討 : Tw DBT WBT kwh P LPM A Qt(kW) Qw(kW) 34

35 測試結果探討 : Tw WBT P DBT kwh LPM A Qt(kW) Qw(kW) 35

36 測試結果探討 : Tw kwh DBT WBT P LPM Qt(kW) A Qw(kW) 36

37 測試結果探討 : Tw P WBT kwh LPM DBT A Qt(kW) Qw(kW) 37

38 測試結果探討 : Tw DBT kwh P LPM WBT A Qt(kW) Qw(kW) 38

39 測試結果探討 : DBT Tw WBT kwh LPM P A Qt(kW) Qw(kW) 39

40 測試結果探討 : Tw DBT kwh P LPM WBT A Qw(kW) Qt(kW) 40

41 五討論 : 熱泵熱水機的性能測試很繁雜, 要考量的項目很多, 目前已有的測試標準, 並不能符合所有熱泵熱水機的設計或運轉條件熱水儲槽的腐蝕性和保溫效果等問題運轉的安全性等相關方面的問題儲槽容積的測量方式若外加輔助電熱器的課題冷媒使用的種類等課題 (CO 2 ; R-22 ; HC ; R410a ; R417a 等 ) 41

42 謝桂平 TEL:

國立中山大學學位論文典藏.PDF

國立中山大學學位論文典藏.PDF Analysis and Experimental Investigation on Energy Consumption of a Science and Technology Museum I II III IV V VI VII VIII Abstract IX 1 2 3 4 5 . Q = m C p T Q : CP :. m : T: 6 7 8 EUI = DUI = 9 10 11