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Experimental study on residential ice-storage air conditioning system
摘要:本文给出一种家用冰蓄冷空调系统的原理、结构和设计方法,并结合清华同方人环设备公司生产的户式空调,进行了相应的实验研究;考查了机组在各种工况下的运行情况,并对家用冰蓄冷空调和常规空调在制冷量、制冷效率COP以及过冷度等方面作以比较,提出设计家用冰蓄冷空调的几点建议。
关键词:家用冰蓄冷空调;蓄冷;取冷;过冷度
AbstractResidential ice-storage air conditioning system is introduced with respect to its principle, structure, design and experimental methods. It is also compared with the ordinary residential air conditioning system in refrigerating, volume, energy efficiency and sub-cooling degree etc. Some important suggestions are given to this ice-storage system.
Keywordsresidential, ice-storage air conditioning, sub-cooling degree
1 前言
冰蓄冷作为一项成熟技术,在大型中央空调系统中的应用越来越广泛,它不仅使电力负荷"削峰填谷",提高发电设备的年利用率,也保证制冷机组满负荷高效率运行,降低空调系统的运行费用,带来了显著的社会效益和经济效益。
但是,随着人们生活水平的提高和全球气候变暖的影响,小型家用空调器近几年的增长速度是相当惊人的。椐统计,1995年全国每百户城镇居民平均拥有8台房间空调器,到2000年每百户居民房间空调器的拥有量已达40台;而在部分经济发达地区,如北京、上海和广州,这一比例已由1995年的15台/百户猛增至2000年的78台/百户[1]。家用空调器的耗电量在总空调耗电量中也占据着相当大的份额,2000年北京地区为60%,日本的统计数据为80%[2],而且其运行特点又进一步加大了电力负荷的峰谷差异,给电力供应造成更大的压力。
本文提出将冰蓄冷技术应用到家用空调器等小型空调设备上,并对该冰蓄冷系统进行了全面的实验研究,结果表明,家用空调器配以适当的冰蓄电池冷系统,能够达到提高机组出力、降低设备容量、减少运行费用的目的,同时它起到的"削峰填谷"作用也是很可观的。
2 实验装置和实验过程
2.1 系统组成
家用冰蓄冷空调应具备以下特点:结构简单紧凑、蓄冷取冷方便、控制灵活有效等。图1给出了该冰蓄冷空调的系统组
成,它将直接蒸发制冰蓄冷,制冷剂内融冰取冷及大温差过冷有机的结合为一体,从而大幅度提高制冷量和制冷效率。
该冰蓄冷空调系统有以下三种运行工况:
1)蓄冷运行,阀门V1、V2、V3为开,其余为关,循环依次由压缩机1、冷凝器3、蓄冷用储液器4、双阀机构5、蓄冰槽6等部件组成:
2)取冷供冷运行,阀门V4、V5、V6、V7为开其余为关,循环依次由压缩机1、冷凝器3、蓄冷用储液器4、蓄冰槽6、双阀机构5、蒸发器7等部件组成;
3)常规空调运行,阀门V1、V4、V7为开,其余为关,循环依次由压缩机1、冷凝器3、双阀机构5、蒸发器7等部件组成。
1. 压缩机 2.四通阀 3. 冷凝器 4. 蓄冷用储液器
5. 双阀机构 6. 蓄冰槽 7.蒸发器8.气流分离器 9.水泵 10.V1-V7球阀
图1 家用冰蓄冷空调系统简图
2.2 系统设计
首先分析一下家用冰蓄冷空调系统的原理,从图2可见:
图2 系统原理lgP-h 图
常规空调机组在标准运行工况下:蒸发温度为2℃,过热度为5℃;冷凝温度为50℃,过冷度为3℃,R22的单位制冷量为151kJ/kg;当利用蓄冰槽使制冷剂过冷后,其冷凝温度会有所降低,而过冷度却大幅度增加(可达35℃以上),单位制冷量可达到205 kJ/kg,约为35%。
系统设计的关键是蓄冰槽的设计,它的设计思路是这样的:首先确定系统白天运行进需取冷的小时数,根据大温差过冷多提供35%制冷量这一指标,得到系统的总蓄冷量和蓄冰量;然后建立直接蒸发蓄冰过程的传热模型[3],据此算出蓄冰盘管的尺寸和长度,合理设计蓄冰槽形成状和布置蓄冰盘管;最后匹配设计其它部件,诸如储液器、膨胀阀等。 职称论文发表网http://www.issncn.com
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