节能空调热水器实训装置研究与设计
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【摘要】本文在分析研究空调器制冷原理的基础上,设计节能空调热水器实训装置应用于空调器冷凝热能量回收,实现节能减排的目的。通过对样机的实验测试表明,该装置相对于普通系统空调器的制冷性能系数和效率有较大提高。
【关键词】节能;减排;热回收
1 普及意义
目前,我国大多数家庭日常生活热水大部分需要通过专门加热装置(如燃气、电热水器或供热锅炉等)获得,如果采用燃烧矿物燃料产生1200～1800 c高温的高品位热能,换取同等数量最终需要的40～60℃卫生热水低品位热能,将为此消耗大量的一次能源。夏季家用空调器在制冷循环时冷凝热直接排到室外大气中,在一定程度上造成空调器能源利用层面的浪费和室外环境温度升高,导致空调器能耗增加。因此,尽可能减少不必要的热排放和热污染,提高能源利用率,无论是对空调设备的 经济 运行还是对周围地区的环境保护,都显得非常迫切而重要。另外根据用户对空调器产品功能使用意向的问卷调查,节能空调热水器产品备受广大消费者的青睐和追捧,尽管价格明显高于普通系统的空调器30%～60%左右,仍有95%以上的被调查者热衷此类产品。
2 设计方案
空调器供冷过程实际上是制冷剂蒸气压缩制冷循环,对于使用制冷剂r22的空调器,在制冷循环压缩机工作时一部分机械能转变为热能,使被压缩工质在压缩机出口温度高达95℃,同时,工质由汽态转变为液态时会放出大量的冷凝热,通常这些冷凝热要通过冷凝器排放。节能空调热水器样机,率先考虑在现有空调器上进行改造,增加热回收装置、循环水泵和相应的控制电路等设备元件,完成热回收制备热水,实现单向能耗,双向输出,提高空调器的能耗比和能源利用率。节能空调热水器实训装置原理图如图1。
2.1 元件的影响:对于同一台制冷压缩机,当转速n不变时,制冷压缩机的理论输汽量vh是不变的,当由于使用目的、气象等外界条件变化时,必将导致制冷循环的冷凝温度t k 的变化,从而影响制冷循环的性能,尤其是影响制冷循环的制冷量q 0 、轴功率n s 和制冷系数ε。当制冷循环的冷凝温度tk升高,制冷压缩机的制冷量q 0 和轴功率n s 分别与制冷压缩机的输汽系数λ、单位容积制冷量qv、制冷压缩机的绝热效率ηe以及单位容积理论功wv随冷凝温度tk的升高而下降。空调器装设热回收装置后系统由风冷改变为水冷,冷凝温度t k 下降,λ、qv、ηe、wv都有所上升,也就是说制冷压缩机的性能得到提高。设定制冷循环中的蒸发温度t 0 为定值,当冷凝温度由t k 升高至t k ′时,工作温度t 0 与t k 间的循环1-2-3-4-1就变化到1-2′-3′一4′一1循环。热力循环状态图如图2所示。
(2)确定制冷剂和制冷循环形式
1)根据现有普通空调器选择制冷剂r22,根据制冷剂的性质和制冷工艺要求来确定制冷循环形式为单级蒸汽压缩式制冷循环。
2)根据制冷工艺要求、所选用的制冷剂特性具体条件等因素确定制冷循环的工作温度:蒸发温度t 0 、冷凝温度t k 、过热温度ts•h、过冷温度ts•c。
①蒸发温度t 0 :根据空调器工况,节能空调热水器实训装置用冷却排管和冷风机,蒸发温度t 0 的确定:
t 0 =tair-t=tn-t℃
式中:
tair——空气温度,设计时以室内 计算 温度tn确定;
t——传热温差,一般取t=tn-t 0 =8～12℃;
②过热温度ts•h≤+15℃,但不能太低。
③冷凝温度t k 在设计计算时,先采用水作冷却介质,后采用风冷式冷凝器。
t k ≤60℃
④过冷温度ts•c。取适量过冷度ts•c=1～3℃,
2.3 系统控制:根据实际使用环境,节能空调热水器实训装置在制冷系统管道设置多个温度检测点,在数字温度表上直接读取系统不同位置管路温度及变化,利用这些参数分析制冷剂循环工作状况和 计算 其它参数。利用截止阀的开、关模拟制冷系统的堵塞故障供学生分析与排除,让学生掌握故障的 规律 和排除技巧,达到训练目的。表2表3分别是空调器在室内、外电路板上引出平时容易出现故障的关键点和使用维修过程中容易出现故障的设置节点,以备系统分析、训练操作时使用。节能空调热水器实训装置系统图和实物如图3、图4所示。
3 应用及反馈
(1)节能效果明显。相对于常规系统空调器,减少了空调冷却散热时消耗的能源。
(2)减轻空调凝器负担,降低冷凝压力,减少向大气废热排放量,同时也减少了被节能空调热水器替代设备的有害污染,提高主机的制冷效果,延长空调器的使用寿命。
(3)实践操作性强。专门设置了人为故障控制系统,可方便快捷地设置各系统的故障,适用于技能训练、故障诊断与考核。
(4)使用率高。该装置除了主要应用于制冷空调专业的实验实训课外,还适用于楼宇自动化、轮机管理、机电一体化、电气自动化等专业学习,实现一物多用的功能。
4 结语
节能空调热水器实训装置样机是在常规系统空调器基础上进行设计和完善,其热回收装置将能量转移和储存,减少生产热水时的加热能效,降低用户费用支出,赋予空调器新的功能和市场竞争力。学生通过对该实训装置了解学习,可以开拓视野,丰富专业知识,培养综合应用能力、革新能力和团队合作精神,提高动手操作技能,有助于培养出高素质的技术人才,促进专业课程建设。
参考 文献
[1] 姜守忠,匡奕珍.制冷原理.北京: