家用冰蓄冷中央空調(diào)設(shè)計(jì)優(yōu)秀論文

　　摘要：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平不斷提高，城鎮(zhèn)用電不但在總量上出現(xiàn)了供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而且用電“晝夜峰谷”不斷加大，為緩解這一現(xiàn)象，本文提出了一個結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，體積較小的家用冰蓄冷水系統(tǒng)中央空調(diào)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ停�并通過試驗(yàn)證明該系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求，能夠起到電力“移峰填谷”的作用。

　　關(guān)鍵詞：家用中央空調(diào)冰蓄冷試驗(yàn)研究

　　0前言

　　自改革開放以來，我國國民經(jīng)濟(jì)以驚人的速度發(fā)展，人民的生活水平也隨之不斷提高。為保持國民經(jīng)濟(jì)高速而可持續(xù)地發(fā)展和滿足人民日益增長的物質(zhì)和精神要求，我國的能源部門遇到了前所未有的困難和壓力。城鎮(zhèn)用電量在不斷攀升的同時，“晝夜用電峰谷”也在加大。如通過建設(shè)大量的低能效調(diào)峰電站解決“晝夜用電峰谷”是不經(jīng)濟(jì)的，也是對能源的一種浪費(fèi)。近幾年，空調(diào)用電量在城鎮(zhèn)用電總量中所占比例不斷增加，冰蓄冷空調(diào)是一種有效緩解“晝夜用電峰谷差”的技術(shù)。

　　1小型冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的試驗(yàn)研究方案

　　對于普通家用空調(diào)和用冷量不大的空調(diào)用戶而言，空調(diào)的可靠性、結(jié)構(gòu)簡單和便于安裝是至關(guān)重要的，在能夠滿足用戶需求的前提下，空調(diào)器的體積越小越好。在參考了國內(nèi)外的一些大、中型冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)和對小型冰蓄冷家用空調(diào)器的文章[1]；結(jié)合小型家用中央空調(diào)的特點(diǎn)，提出了小型家用中央空調(diào)系統(tǒng)的試驗(yàn)研究方案（如圖1）。圖中A為壓縮機(jī)，B為冷凝器，C為電子膨脹閥，D為蓄冰罐，E為冷凍水循環(huán)水泵，F(xiàn)、G、H為風(fēng)機(jī)盤管，M1、M2、M3為轉(zhuǎn)子流量計(jì)。

　　小型家用中央冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)主要由三部分組成：（a）由壓縮機(jī)、冷凝器、儲液器、干燥過濾

　　器、電子膨脹閥和冰蓄冷罐組成的制冷蓄冰系統(tǒng)。（b）由水泵，閥門，水過濾器和風(fēng)機(jī)盤管構(gòu)成的供冷系統(tǒng)。（c）由電腦、熱電偶、壓力傳感器、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電表、數(shù)據(jù)采集卡等組成的控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。制冷蓄冰系統(tǒng)采用頓安（HFRS-12.5）家用中央空調(diào)的室外機(jī)，并做出了部分修改，蓄冰罐是自行設(shè)計(jì)，由企業(yè)加工而得。

　　2小型冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的系統(tǒng)流程和設(shè)備

　　本文介紹的小型冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)較之大型冰蓄冷系統(tǒng)要簡單得多，具有流程簡單可靠，控制容易，對原有機(jī)組變動小，易于產(chǎn)業(yè)化等特點(diǎn)。該系統(tǒng)可以獨(dú)立地以普通制冷、蓄冰、釋冷和熱泵四種工作模式運(yùn)行。機(jī)組以蓄冰模式工作時，為用戶供冷的水系統(tǒng)是不運(yùn)行的，只有制冷系統(tǒng)工作，蓄冰罐作為蒸發(fā)器，將制冷系統(tǒng)提供的冷量提供給冷水，使其相變蓄冷制冰。在釋冷模式下工作時，制冷系統(tǒng)是不工作的，水泵帶動水系統(tǒng)中的循環(huán)水，從用戶供冷終端流回的冷媒水與蓄冰罐中的冰進(jìn)行熱交換，使冰融化放冷，待冷卻后重新為用戶供冷。在熱泵工況下，中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行熱泵模式，為蓄冰罐提供熱水，水系統(tǒng)則將熱水源源不斷地送入用戶終端，為房間供熱。當(dāng)然，我們一樣可以將制冷系統(tǒng)和水系統(tǒng)同時打開，這樣就與一般的家用冷水中央空調(diào)沒有什么區(qū)別了。

　　本位介紹的冰蓄冷中央空調(diào)系統(tǒng)中，最為關(guān)鍵的也就是蓄冰罐，它是該系統(tǒng)的核心部件。蓄冰罐是由10組12米長φ10的銅管組成的蓄冰管路，桶體用不銹鋼板中間發(fā)泡60mm的保溫材料制成。為了達(dá)到所需要的蓄冷量，我們對蓄冰管管長做了詳細(xì)計(jì)算，同時要求在蓄冰過程中，各個管路結(jié)冰冰層均勻，不會造成蓄冰罐中水的流道被堵，在釋冷過程中，融冰均勻，不會造成罐體中水溫分層，影響供給用戶的冷媒水水溫。

　　3試驗(yàn)結(jié)果和分析

　　本系統(tǒng)所選用制冷機(jī)組上文已經(jīng)介紹過，采用的是Copeland公司生產(chǎn)的柔性渦旋壓縮機(jī)（ZR61KC-TFD），制冷工質(zhì)為R22，其性能技術(shù)參數(shù)如圖2可見。在制冰工況下，如冷凝溫度為40℃，蒸發(fā)溫度為-15℃，其制冷功率只有7.5Kw，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其制冷工況下的制冷功率，大約只有其1/2。為提高其制冷效果，我們在試驗(yàn)過程中嚴(yán)格控制其過熱度，以期達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。

　　在試驗(yàn)過程中，我們對蓄冰管上各點(diǎn)溫度進(jìn)行測量。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在蓄冰過程中，機(jī)組的蒸發(fā)溫度從-5℃降至-15℃，但其降溫速度緩慢，說明整個工況運(yùn)行穩(wěn)定。從蓄冰罐中結(jié)冰狀況看，各管路冰層厚度基本均勻，說明蓄冰罐設(shè)計(jì)合理，蓄冰均勻。在融冰釋冷過程中，沒有發(fā)現(xiàn)大塊冰塊上浮，蓄冰罐不同高度水溫測量數(shù)據(jù)說明各管路釋冷均勻，罐中沒有明顯的溫度分層現(xiàn)象。

　　在試驗(yàn)過程中，壓縮機(jī)高壓基本穩(wěn)定在1.6～1.7MP之間，主要原因是由于不同試驗(yàn)下，環(huán)境溫度不同造成的。而壓縮機(jī)吸氣壓力則從0.4MP緩慢下降至0.3MP，這說明在制冰工況下，隨著冰層不斷加厚，冰層熱阻不斷增大，機(jī)組的冷負(fù)荷無法釋放出來，只有通過降低自身的蒸發(fā)溫度，使吸氣壓力降低，才能保持較為穩(wěn)定的制冰工況。

　　試驗(yàn)中，我們通過測量蓄冰罐水面上升程度，來計(jì)算蓄冰罐中制冰的多少。計(jì)算公式如下：

　　式中：

　　、――為水和冰的密度

　　S――蓄冰罐內(nèi)部蓄冰面積

　　――水位標(biāo)尺某時刻的讀數(shù)與原始讀數(shù)的差值

　　r――水的固化潛熱（335KJ/Kg）

　　圖4系統(tǒng)蓄冷量隨時間變化圖

　　最后得出結(jié)果，從0℃開始蓄冷如圖4，1小時后，水面高度增加9mm，蓄冷15.24×103KJ；10小時蓄冷結(jié)束，水面高度增加90mm，蓄冷159.22×103KJ，在此過程中總共耗電20度。在整個過程中，本臺機(jī)組可以轉(zhuǎn)移用電高峰16.5度至用電低谷，以上海的“晝夜電價(jià)”為例，可以為用戶節(jié)約運(yùn)行成本4.17元，以夏季用電100天計(jì)算，每年就能為用戶節(jié)約用電費(fèi)用417元。

　　4結(jié)論

　　通過多次試驗(yàn)，證明本試驗(yàn)系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行可靠，符合小型別墅中央空調(diào)的設(shè)計(jì)要求，能做到對電力“移峰填谷”的作用，并為用戶節(jié)約了相當(dāng)?shù)倪\(yùn)行成本。

　　參考文獻(xiàn)

　　1.萬鐘民，王惠齡等．小型家用冰蓄冷空調(diào)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究．能源技術(shù)，No.2，2003

　　2.張開利，王慧英．上海電力需求側(cè)管理現(xiàn)狀和設(shè)想．上海節(jié)能，No.2,2004，P33-38

　　3.吳業(yè)正．制冷原理及設(shè)備．西安交通大學(xué)出版社1987.6