家用冰蓄冷中央空調(diào)的設(shè)計和試驗

家用冰蓄冷中央空調(diào)的設(shè)計和試驗研究摘要：隨著我國國民經(jīng)濟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?zāi)Ｐ?，并通過試驗證明該系統(tǒng)滿足設(shè)計要求，能夠起到電力“移峰填谷”的作用。關(guān)鍵字：家用中央空調(diào)冰蓄冷試驗研究0前言自改革開放以來，我國國民經(jīng)濟以驚人的速度發(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)濟的，也是對能源的一種浪費。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，提出了小型家用中央空調(diào)系統(tǒng)的試驗研究方案（如圖1）。圖中A為壓縮機，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)機盤管，M1、M2、M3為轉(zhuǎn)子流量計。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、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、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，并做出了部分修改，蓄冰罐是自行設(shè)計，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，對原有機組變動小，易于產(chǎn)業(yè)化等特點。該系統(tǒng)可以獨立地以普通制冷、蓄冰、釋冷和熱泵四種工作模式運行。機組以蓄冰模式工作時，為用戶供冷的水系統(tǒng)是不運行的，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。圖1冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)示意圖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。為了達到所需要的蓄冷量，我們對蓄冰管管長做了詳細計算，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試驗結(jié)果和分析本系統(tǒng)所選用制冷機組上文已經(jīng)介紹過，采用的是Copeland公司生產(chǎn)的柔性渦旋壓縮機（ZR61KC-TFD），制冷工質(zhì)為R22。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，遠遠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，我們在試驗過程中嚴格控制其過熱度，以期達到最佳的工作狀態(tài)。在試驗過程中，我們對蓄冰管上各點溫度進行測量。從試驗數(shù)據(jù)可以看出，在蓄冰過程中，機組的蒸發(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。圖3蓄冰過程中壓縮機吸排氣壓力變化在試驗過程中，壓縮機高壓基本穩(wěn)定在1.6～1.7MP之間，主要原因是由于不同試驗下，環(huán)境溫度不同造成的。而壓縮機吸氣壓力則從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，機組的冷負荷無法釋放出來，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。試驗中，我們通過測量蓄冰罐水面上升程度，來計算蓄冰罐中制冰的多少。計算公式如下：式中：帶、赤―晚―遺為水和冰的密米度翅S盡―位―緩蓄冰罐內(nèi)部蓄共冰面積加―剃―守水位標(biāo)尺某時匹刻的讀數(shù)與原鴉始讀數(shù)的差值擇r叨―須―背水的固化潛熱亡（短335KJ/可K冠g晃）喊最后得出結(jié)果叛，從磚0乏℃件開始蓄冷討，常1內(nèi)小時后，水面滋高度增加覆9mm電，蓄車冷蔑15.24×辰10催3已K補J射；粥1捎0門小時蓄冷結(jié)束罷，水面高度增拉加跨90mm卻，蓄仿冷掘159.22潮×10舍3時K宇J央，在此過程中血總共耗征電鏟2描0搏度。在整個過隆程中，本臺機當(dāng)組可以轉(zhuǎn)移用喇電高叛峰絮16.煮5撞度至用電低谷灶，以上海開的怕“編晝夜電倒價茶”償為例，可以為污用戶節(jié)約運行芽成嘴本索4.1脈7約元，以夏季用武電鏈10阻0粱天計算，每年芹就能為用戶節(jié)矮約用電費錢用滴41釣7鳳元。4結(jié)論聞通過多次試驗橡，證明本試驗暴系統(tǒng)達到了設(shè)渴計要求，運行舟可靠，符合小臭型別墅中央空瀉調(diào)的設(shè)計要求喊，能做到對電嗚力價“濤移峰填可谷胃”嚷的作用，并為師用戶節(jié)約了相智當(dāng)?shù)倪\行成本遠。參考文獻銳1喝.怖萬鐘民，王惠劉齡等土．真役小型家用冰蓄奮冷空調(diào)設(shè)計和淚試驗研究收