多功能制冷設(shè)備性能實驗室恒溫水系統(tǒng)的設(shè)計

林永進

摘 要:針對制冷設(shè)備性能實驗室造價昂貴的問題,提出了建設(shè)多功能綜合性制冷設(shè)備性能實驗室的理念,闡述了設(shè)計思路,對恒溫水系統(tǒng)的設(shè)計進行了研究,設(shè)計兼顧到室內(nèi)外側(cè)房間、設(shè)備使用側(cè)和熱源側(cè)的單獨使用或聯(lián)合使用,兼顧空調(diào)機組和熱泵熱水機組的試驗,達到硬件共享、功能多樣、經(jīng)濟實用的目的。

關(guān)鍵詞:制冷設(shè)備 性能測試 恒溫水 設(shè)計

近年來我國的制冷空調(diào)技術(shù)發(fā)展迅速,性能測試成為在空調(diào)設(shè)備設(shè)計、試制、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)中不可或缺的關(guān)鍵程序,且測試技術(shù)、手段日益現(xiàn)代化,作為制冷空調(diào)專業(yè)的畢業(yè)生必須掌握這方面的相關(guān)知識和技術(shù),才能在競爭日益激烈的環(huán)境中立于不敗之地。制冷空調(diào)設(shè)備與其他電器設(shè)備不同,在不同的使用條件下,其制冷量、功耗等性能指標會有很大的變化,為使學生更好地掌握制冷設(shè)備性能隨使用環(huán)境變化、節(jié)流元件開度、制冷劑充注量、水量、風量等變化而變化這一關(guān)鍵專業(yè)知識,以及掌握制冷空調(diào)設(shè)備現(xiàn)代化性能測試技術(shù)手段,建設(shè)制冷空調(diào)設(shè)備性能實驗室十分必要。

鑒于目前高校實驗室建設(shè)經(jīng)費緊張,制冷空調(diào)設(shè)備性能實驗室又十分昂貴,我院在該實驗室建設(shè)中采取了自行設(shè)計、在同一平臺上實現(xiàn)多種不同設(shè)備性能實驗的方案,既節(jié)約經(jīng)費,又實現(xiàn)了功能多樣化。

一、實驗室總體設(shè)計思路

1.實驗室建設(shè)目的

建設(shè)制冷空調(diào)設(shè)備性能實驗室,本著教學與科研相結(jié)合的原則,在滿足教學要求的前提下,提出了可以進行多種科學試驗的實驗系統(tǒng),通過本試驗系統(tǒng)不但可以加深學生對制冷系統(tǒng)和各種制冷設(shè)備性能的理解, 增強學生的動手能力, 而且可以為學生進行發(fā)明創(chuàng)新試驗提供試驗平臺,同時,也為專業(yè)教師在制冷空調(diào)學科領(lǐng)域進行有關(guān)的科學研究和設(shè)計開發(fā)研究提供了基本裝置、檢測儀表和環(huán)境,對于提高學科水平具有較大幫助[1]。

2.實驗室功能

為實現(xiàn)功能多樣化,我們將實驗室設(shè)計成能進行各種常用制冷空調(diào)設(shè)備的性能試驗,包括家用分體式空調(diào)器、窗式空調(diào)器、移動式空調(diào)器,家用電冰箱、冷柜、小型除濕機、熱泵熱水器、小型水冷冷水機組、小型空氣源熱泵冷熱水機組、小型水冷單元式空調(diào)機,風機盤管機組等。

3.實驗室設(shè)計方案

由于制冷空調(diào)設(shè)備在不同的使用條件下,其性能會發(fā)生很大的變化,因此,對一個制冷設(shè)備進行性能試驗,必須具備可調(diào)的使用環(huán)境,包括周圍空氣的溫濕度、風速,冷卻水、冷凍水的溫度、流量等。所以,我們依據(jù)《GB/T7725-2004房間空氣調(diào)節(jié)器》、《GB/T 10870-2001容積式和離心式冷水(熱泵)機組性能試驗方法》、《GB/T19232-2003風機盤管機組》等相關(guān)制冷空調(diào)設(shè)備國家標準,將整個實驗室分成2個恒溫恒濕的房間,分別模擬室內(nèi)和室外環(huán)境,按照試驗要求進行溫濕度的調(diào)節(jié),作為制冷空調(diào)設(shè)備的運行空氣環(huán)境。冷熱風型空調(diào)設(shè)備和風機盤管機組的制冷(熱)量采用空氣焓值法測量,分別測試進出風的溫濕度和風量,計算出進出風的焓差即制冷(熱)量[2]。冷熱水型空調(diào)設(shè)備的制冷(熱)量采用液體載冷劑法測量,分別測試冷(熱)水的進出口溫度和水流量,即可計算出制冷(熱)量[3]。一次加熱式熱泵熱水機的制熱量測試方法同冷熱水型空調(diào)設(shè)備,循環(huán)加熱式熱泵熱水機的制熱量采用測量被加熱水質(zhì)量、初始水溫、終止水溫和加熱時間的方式計算得到。電冰箱、除濕機等其他制冷器具分別按照相關(guān)的國家標準規(guī)定的性能測試方法進行試驗。所有這些設(shè)備的性能試驗均在多功能制冷設(shè)備性能實驗室里實現(xiàn),同時實現(xiàn)工況自動調(diào)節(jié),數(shù)據(jù)自動采集,自動計算試驗結(jié)果的全自動控制測量模式。

二、恒溫水系統(tǒng)的設(shè)計

水冷冷水機組、空氣源熱泵冷熱水機組、水冷單元式空調(diào)機、風機盤管機組、熱泵熱水器的試驗除了需要不同要求的空氣環(huán)境外,還需要提供可調(diào)節(jié)溫度和流量的恒溫水。水冷冷水機組的試驗需要提供一路熱源側(cè)恒溫水和一路使用側(cè)恒溫水,空氣源熱泵冷熱水機組的試驗需要提供一路使用側(cè)恒溫水和一個室外空氣環(huán)境,水冷單元式空調(diào)機的試驗需要提供一路熱源側(cè)恒溫水和一個室內(nèi)空氣環(huán)境及空氣焓值法測量裝置,風機盤管機組的試驗需要提供一路使用側(cè)恒溫水和一個室內(nèi)空氣環(huán)境及空氣焓值法測量裝置,一次加熱式熱泵熱水機的試驗需要提供一路熱源側(cè)恒溫水和一路使用側(cè)恒溫水,循環(huán)加熱式熱泵熱水機的試驗需要提供一定容積和初始溫度的水等?？梢?這些試驗用水都有一個共同的特點——溫度恒定,但他們之間的要求又不盡相同。為達到節(jié)約投資、系統(tǒng)共享、功能齊全、性能可靠的要求,我們將水冷冷水機組、空氣源熱泵冷熱水機組、熱泵熱水機的試驗放在室外側(cè),利用室外側(cè)的人工環(huán)境;將水冷單元式空調(diào)機、風機盤管機組的試驗放在室內(nèi)側(cè),利用室內(nèi)側(cè)的人工環(huán)境和焓值法測量裝置。總共配置3路試驗用水系統(tǒng),其中室外側(cè)2路,室內(nèi)側(cè)1路,系統(tǒng)原理圖如下圖所示。

SB1～SB2:水泵 RJ1～RJ3:軟接頭 V01～V26:水路閘閥 GL1～GL3:Y型過濾器 YB1～YB8:壓力表

WB1～WB8:溫度傳感器PB1～PB2:水阻力傳感器LB1～LB2:流量計 EV1～EV2:電動三通調(diào)節(jié)閥

SV:補水電磁閥FL1～FL2:流量開關(guān)

上圖中,冷水機組用于對試驗用水進行冷卻,平衡水箱用于冷熱水混合平衡,標準水箱用于熱泵熱水器測試時作為被加熱水的循環(huán)儲水容器,粗調(diào)加熱器和精調(diào)加熱器分別用于對試驗用水進行加熱粗調(diào)和加熱精調(diào)。圖中管道的連接狀態(tài)為風機盤管機組試驗狀態(tài),此時只需要室內(nèi)側(cè)的一路恒溫水,同時需要開啟室內(nèi)側(cè)房間環(huán)境工況,使用焓值法測量裝置測量其制冷量。水冷單元式空調(diào)機的試驗方法與風機盤管機組相同。當對水冷冷水機組進行試驗時,將機組置于室外側(cè)房間,蒸發(fā)器進出水接管分別接使用側(cè)接管,冷凝器進出水接管分別接熱源側(cè)接管,室內(nèi)側(cè)水路關(guān)閉。當對空氣源熱泵冷熱水機組進行試驗時,將機組置于室外側(cè)房間,蒸發(fā)器進出水接管分別接使用側(cè)接管,熱源側(cè)水路和室內(nèi)側(cè)水路關(guān)閉,同時開啟室外側(cè)房間環(huán)境工況。當對空氣源熱泵熱水器進行試驗時,將機組置于室外側(cè)房間,熱水器進出水接管分別接使用側(cè)接管,熱源側(cè)水路和室內(nèi)側(cè)水路關(guān)閉,同時開啟室外側(cè)房間環(huán)境工況,先調(diào)節(jié)恒溫水溫度達到規(guī)定值,然后切斷冷水機組管路,使熱泵熱水器與標準水箱通過2根水管形成封閉循環(huán)。若是水源熱泵熱水器,同樣將機組置于室外側(cè)房間,熱水器進出水接管分別接使用側(cè)接管,而熱源側(cè)水路和熱水器的熱源水接口連接,其他同空氣源熱泵熱水器。上述所有設(shè)備試驗時,傳感器信號由數(shù)據(jù)采集器自動采集并送至計算機處理,計算機自動調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速、電動三通調(diào)節(jié)閥的開度、粗調(diào)加熱器和精調(diào)加熱器的加熱功率等,使試驗用水的溫度、流量等參數(shù)達到試驗要求的穩(wěn)定工況,進而自動計算被試機的制冷量、制熱量、能效比、性能系數(shù)等參數(shù),達到試驗?zāi)康摹?/p>

三、結(jié)束語

該實驗室將空氣焓值法制冷(熱)量測量方法和液體載冷劑法制冷(熱)量測量方法相結(jié)合,既能測量空氣側(cè)制冷(熱)量,又能測量水側(cè)制冷(熱)量,從而使可測試設(shè)備范圍大大增加。恒溫水系統(tǒng)的設(shè)計兼顧到室內(nèi)外側(cè)房間、設(shè)備使用側(cè)和熱源側(cè)的單獨使用或聯(lián)合使用,兼顧空調(diào)機組和熱泵熱水機組的試驗,達到硬件共享、功能多樣、經(jīng)濟實用的目的。

目前,該實驗室已完成施工并正在調(diào)試中。投入使用后,將為制冷空調(diào)專業(yè)的制冷原理、空氣調(diào)節(jié)、制冷與空調(diào)設(shè)備、電冰箱與空調(diào)器、制冷空調(diào)自動化、畢業(yè)設(shè)計等課程的實驗實訓提供優(yōu)良的實踐平臺,為師生開展“產(chǎn)、學、研”活動提供良好條件。

參考文獻

[1]蔡亮,張小松,李舒宏等.多功能開放式空調(diào)創(chuàng)新平臺建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理,2006,23(05):49～52.

[2]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.房間空氣調(diào)節(jié)器(GB/T7725-2004)[S].2004.

[3]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.容積式和離心式冷水(熱泵)機組性能試驗方法(GB/T10870-2001)[S].2001.