表面冷卻器在空調(diào)產(chǎn)品檢測實驗裝置的節(jié)能設(shè)計及應(yīng)用

徐 倩，李 敏，李朝振

( 上海出入境檢驗檢疫局，上海 200135 )

表面冷卻器在空調(diào)產(chǎn)品檢測實驗裝置的節(jié)能設(shè)計及應(yīng)用

徐 倩，李 敏，李朝振

( 上海出入境檢驗檢疫局，上海 200135 )

本文闡述了表面冷卻器實現(xiàn)空調(diào)器室內(nèi)和室外側(cè)測試間的能量交換來實現(xiàn)對空調(diào)器產(chǎn)品檢測試驗裝置的節(jié)能，著重介紹了加入表面冷卻器的目的、表面冷卻器的工作原理及設(shè)計原理，從而達到實驗裝置節(jié)能的目的。

表面冷卻器；實驗裝置；節(jié)能；設(shè)計

1 前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活的逐步改善，空調(diào)器已迅速的進入普通百姓家庭，與我們的生活越來越分不開了。我國更是空調(diào)器生產(chǎn)和消費大國，2015年的產(chǎn)量為8000萬臺，接近全球生產(chǎn)總量的一半。因此，對于空調(diào)檢測機構(gòu)來說既是機遇又是挑戰(zhàn)，節(jié)能技術(shù)已廣泛運用于經(jīng)濟社會各個方面，成為新型技術(shù)革命的主流。各行各業(yè)都在利用最新的技術(shù)，節(jié)能減排，為創(chuàng)造環(huán)境友好型社會做出自己的努力。制冷產(chǎn)品檢測試驗設(shè)備裝置裝機容量大，且試驗周期長，由于采用傳統(tǒng)的冷源與熱源平衡來控制試驗工況，試驗過程要消耗大量的電能。

2 空調(diào)產(chǎn)品檢測試驗裝置工作原理

房間空調(diào)器焓差試驗室和熱平衡試驗室的測試房間環(huán)境溫度(濕度)都是通過電加熱(濕)和制冷機分別提供的熱量和冷量來抵消被試空調(diào)器產(chǎn)生的冷量和熱量，最終達到穩(wěn)定和控制室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)房間工況的目的。

一臺制冷量為3500W(1.5HP)的空調(diào)器制冷量測試，只要室內(nèi)側(cè)房間空氣處理設(shè)備提供大于3500W的電加熱，室外房間空氣處理設(shè)備(制冷機)提供大于3500W的制冷量就能通過冷和熱源的調(diào)節(jié)維持房間環(huán)境的穩(wěn)定和控制。這種直接用電加熱或制冷機提供的熱量或冷量來穩(wěn)定和控制測試房間環(huán)境的方法具有方便快捷、工況穩(wěn)定性好等優(yōu)點被廣泛使用。

但隨著被試空調(diào)器制冷量的增加，也暴露出此調(diào)節(jié)方法的不足，以一臺制冷量為150kW(60HP)的商用單元式空調(diào)器的制冷量測試為例，室內(nèi)房間空氣處理設(shè)備要提供大于150kW的電加熱，室外房間空氣處理設(shè)備(制冷機)要提供大于150kW的制冷量才能維持房間環(huán)境的穩(wěn)定和控制，根據(jù)能量守恒原理，室內(nèi)電加熱器和室外冷凝機組消耗的電能最終通過冷卻塔釋放到大氣中。不難看出利用此方法需要投入大量設(shè)備能力和電力消耗，節(jié)能環(huán)保效果較差。制熱測試過程也是如此。

圖1 節(jié)能系統(tǒng)流程圖

3 表面冷卻器節(jié)能的工作及設(shè)計原理

空調(diào)器在進行制冷(熱)測試時，為了穩(wěn)定室內(nèi)/外的環(huán)境溫度，室內(nèi)側(cè)房間需要熱(冷)量輸入，室外側(cè)房間需要冷(熱)量輸入，室內(nèi)外側(cè)房間正好形成互補，通過熱回收系統(tǒng)將室外(內(nèi))側(cè)房間的熱量回收用于室內(nèi)(外)側(cè)房間空氣的加熱就能大大降低電力消耗，達到節(jié)能的目的，從理論上說，被試機室內(nèi)機的制冷(熱)量和室外機的制熱(冷)量在不考慮壓縮機輸入功率的前提下是平衡的，也就是說如果熱回收系統(tǒng)設(shè)計合理，效率高，理論上就不需要額外的設(shè)備來提供相應(yīng)的冷(熱)量來穩(wěn)定和控制室內(nèi)和室外側(cè)房間的環(huán)境。但由于要控制房間的濕度及換熱溫差的限制，不可能通過熱回收系統(tǒng)完全代替室內(nèi)外空氣處理設(shè)備的電加熱和制冷機，但熱回收系統(tǒng)作為室內(nèi)外空氣處理設(shè)備的電加熱和制冷機的補充調(diào)節(jié)手段可大大的提高室內(nèi)外房間環(huán)境的調(diào)節(jié)能力，降低電力消耗，起到節(jié)能減排的目的。

本試驗裝置節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計主要由以下幾個系統(tǒng)組成：

(1)一級換熱循環(huán)系統(tǒng)：由空氣處理風機、風道及表面冷卻器等裝置組成的空氣-水進行熱量交換的系統(tǒng)；

(2)二級換熱循環(huán)系統(tǒng)：由板式換熱器、變頻水泵、調(diào)節(jié)閥、表面冷卻器等裝置組成的水-水進行熱量交換的系統(tǒng)；

(3)三級換熱循環(huán)系統(tǒng)：由板式換熱器二次側(cè)、水泵、冷卻塔系統(tǒng)等組成的水-空氣進行熱量交換的系統(tǒng)。在本級系統(tǒng)中冷卻塔通過變頻風機的的調(diào)節(jié)，使得試驗時的冷卻水溫可始終保持在30℃左右，此為制冷和制熱時的熱源和冷源，在節(jié)能系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。

節(jié)能系統(tǒng)流程如圖1所示。

節(jié)能系統(tǒng)工作原理：按照國標GB/T17758規(guī)定空調(diào)器制冷量測試的環(huán)境條件是：室內(nèi)側(cè)房間干球/濕球溫度27/19℃，室外側(cè)干球溫度35℃。被試空調(diào)機在進行制冷運行時其出風溫度一般在11～15℃，不斷向室內(nèi)側(cè)房間提供冷量，為了維持房間環(huán)境的穩(wěn)定就需要相當于被試機制冷量大小的熱量進行補充，通過一級換熱循環(huán)系統(tǒng)提供的熱量，將被試機的出風溫度提升至21～25℃，再通過電熱系統(tǒng)補充很少的電加熱量就能維持房間的環(huán)境穩(wěn)定，在這一調(diào)節(jié)過程中三級換熱循環(huán)系統(tǒng)通過板式換熱器將從冷卻塔的水中吸收的熱量傳遞給二級換熱循環(huán)系統(tǒng)，二級換熱循環(huán)系統(tǒng)再通過表面冷卻器輸送給一級換熱循環(huán)系統(tǒng)。

按照國標GB/T17758規(guī)定空調(diào)器制熱量測試的環(huán)境條件是：室內(nèi)側(cè)房間干球/濕球溫度20℃，室外側(cè)干球/濕球溫度7/6℃。被試空調(diào)機在進行制冷運行時其出風溫度一般在39～45℃，不斷向室內(nèi)側(cè)房間提供熱量，為了維持房間環(huán)境的穩(wěn)定就需要冷凝機組提供相當于被試機制熱量大小的冷量進行補充，通過一級換熱循環(huán)系統(tǒng)提供的冷量，將被試機的出風溫度降至30～35℃，再通過冷凝機組補充較少的制冷量就能維持房間的環(huán)境穩(wěn)定，在這一調(diào)節(jié)過程中三級換熱循環(huán)系統(tǒng)通過板式換熱器將從冷卻塔的水中吸收的冷量傳遞給二級換熱循環(huán)系統(tǒng)，二級換熱循環(huán)系統(tǒng)再通過表面冷卻器輸送給一級換熱循環(huán)系統(tǒng)。

從上述的節(jié)能系統(tǒng)工作原理分析可以看出，通過冷卻塔水循環(huán)系統(tǒng)提供熱源和冷源的作用，對被試機出風進行預(yù)處理，可節(jié)省大量的為維持室內(nèi)機的測試工況所消耗的電能。

圖2 表面冷卻器結(jié)構(gòu)尺寸

圖3 表面冷卻器換熱示意圖

圖4 本課題設(shè)計的冷卻塔水系統(tǒng)圖

室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)表面冷卻器分別安裝在被試機出風管道與空氣處理機進風口連接處，三路水循環(huán)系統(tǒng)通過板式熱交換器進行連接，通過控制系統(tǒng)對管路的選擇控制可實現(xiàn)室內(nèi)側(cè)與冷卻塔的熱量交換；室外側(cè)與冷卻塔的熱量交換以及室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)的熱量交換；

為了穩(wěn)定室內(nèi)側(cè)的環(huán)境需要大量的熱量或冷量，如這些熱量或冷量由電加熱或冷水機組來提供是必消耗大量的電能。在多聯(lián)機室內(nèi)側(cè)空氣測量箱安裝表面冷卻器，將空調(diào)室內(nèi)機出風通過表面冷卻器與冷卻塔進行熱量交換，多余的熱量可以通過冷卻塔排除，需要的部分冷量也可由冷卻塔提供，大大地減少了多聯(lián)機室內(nèi)側(cè)房間為平衡環(huán)境所需的加熱量或冷量，在室內(nèi)側(cè)房間的空氣測量箱安裝表面冷卻器可節(jié)約30%的電量。

4 結(jié)論

隨著科學技術(shù)水平的發(fā)展和提高，新的技術(shù)和設(shè)備不斷用于生產(chǎn)和生活的各個方面，通過對傳統(tǒng)的空調(diào)器焓差試驗設(shè)備進行技術(shù)改造和再設(shè)計，可以通過表面冷卻器實現(xiàn)空調(diào)器室內(nèi)和室外側(cè)測試間的能量交換，實現(xiàn)冷熱工況交變過程中的能源的再利用，從而實現(xiàn)制冷產(chǎn)品檢測試驗裝置節(jié)能。各行各業(yè)只有不斷的在技術(shù)上進行改革創(chuàng)新，引領(lǐng)潮流，倡導節(jié)能環(huán)保的發(fā)展主題才能使中國制造立于不敗之地。

[1] 戴雪偉，李敏，吳俊榮等.用于可燃制冷劑空調(diào)器測試的焓差試驗室設(shè)計[J].檢驗檢疫學刊，2014，24(4)：14-18

[2] 李敏，姜敬德，金星等.房間空氣調(diào)節(jié)器能效評價系統(tǒng)研究[J].檢驗檢疫學刊，2013，23(6)：13-17

[3]中國用能產(chǎn)品能效狀況白皮書(2012年)[R].北京：中國質(zhì)檢出版社，2013

[4]中華人民共和國國家標準GB7725-2004 房間空調(diào)器[S]

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臭氧氣候路演及圓桌會議閃耀中國制冷展 ——圓桌會議大會論壇隆重舉辦

4月13日，由聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UN Environment)、環(huán)境保護部環(huán)境保護對外合作中心(FECO)、聯(lián)合國開發(fā)計劃署(UNDP)、中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會(CRAA)聯(lián)合主辦的“2017臭氧氣候路演及圓桌會議——大會論壇”在上海新國際博覽中心E2-M19會議室召開。國家環(huán)境保護部對外合作中心主任陳亮、《蒙特利爾議定書》多邊基金秘書處高級項目官員 Alejandro Ramirez-Pabon、聯(lián)合國開發(fā)計劃署《蒙特利爾議定書》和化學品項目部主管周曉芳、中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會理事長史敏參會并致辭。

會議從臭氧氣候友好替代技術(shù)有關(guān)的政策動態(tài)、國際制冷劑替代動向、行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)與機遇、冷鏈與物流領(lǐng)域的解決方案4個部分展開報告、分析及討論。會議吸引了約200位嘉賓到場。

陳亮主任指出，今年是《蒙特利爾議定書》締結(jié)30周年，目前的主要任務(wù)是淘汰含氫氯氟烴(HCFCs)。在第一階段，我國利用贈款資金2.7億美元，超額完成了2013年凍結(jié)和2015年削減10%的目標。根據(jù)第二階段計劃，我國將于2020年前淘汰超過1萬噸HCFCs的使用?？紤]到工商制冷行業(yè)涉及的應(yīng)用復(fù)雜多樣，企業(yè)數(shù)量眾多，期待更多的企業(yè)和個人能夠積極參與到這項淘汰任務(wù)中來。

Alejandro Ramirez-Pabon強調(diào)了《蒙特利爾議定書》基加利修正案的重要性與中國行業(yè)在其落實過程中的重要性，他對于我國第一階段HCFCs淘汰進展給予了高度評價，希望在第二階段中積極推動，發(fā)揮更大作用。

史敏表示，HCFCs淘汰第二階段計劃已拉開序幕，將淘汰超過1萬噸HCFCs，實現(xiàn)基準線33%的削減，中國工商制冷空調(diào)行業(yè)將面臨巨大的壓力和挑戰(zhàn)。為掃除環(huán)保替代技術(shù)和產(chǎn)品市場應(yīng)用的障礙，行業(yè)組織共同吸引更多的中小企業(yè)參與生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)換改造工作，開展多種活動包括政策法規(guī)完善，標準制修訂，替代技術(shù)研發(fā)，新技術(shù)示范應(yīng)用，推廣和宣傳、培訓等，與企業(yè)攜手努力，開拓前行，為保護全球臭氧層與減緩氣候變暖做出新的更大貢獻。

環(huán)境保護部環(huán)境保護對外合作中心三處副處長鐘志鋒對行業(yè)計劃第一階段實施情況及第二階段計劃進行了詳細介紹：第一階段于2011年7月批準，資金為6100萬美元，計劃削減淘汰8450噸HCFCs。共簽署19個合同，包括兩個示范項目，需改造36條生產(chǎn)線；累計淘汰8341噸R22，分配5272萬美元資金。第二階段的目標為淘汰基線水平的33%；削減超過10000噸HCFCs；行業(yè)計劃通過生產(chǎn)線改造實現(xiàn)6500噸淘汰；共批準資金約8900萬美元。

中國制冷空調(diào)工業(yè)協(xié)會張朝暉秘書長在主持會議時表示，在中國制冷展期間組織舉辦臭氧氣候工業(yè)圓桌會議和路演，已經(jīng)連續(xù)成功舉辦了6年。臭氧氣候工業(yè)圓桌會議和路演為推動中國以及全球制冷空調(diào)行業(yè)的HFCs淘汰轉(zhuǎn)換行動發(fā)揮了有效的作用。希望借助這個平臺，持續(xù)推進中國及國際同行對臭氧氣候友好替代技術(shù)和產(chǎn)品，為保護我們臭氧層和人類共同的生態(tài)系統(tǒng)做出積極貢獻。

——(廣東省制冷學會秘書處報道)

The Energy Saving Design and Application of Surface Cooler in the Testing Device of Air Conditioners

XU Qian，LI Min，LI Chaozhen

( Shanghai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Shanghai 200135 )

This paper expounds the surface cooler can realize the energy exchage of air conditioners′testing device between indoor and outdoor test room.Especially introduces the working principle and design principle of the thesurface to save energy of the testing device.

Surface cooler；Testing device；Energy saving；Design

2016-11-10

徐倩(1983-)，男，工程師，碩士研究生，主要從事制冷產(chǎn)品檢測工作。Email：xuqian@shciq.gov.cn

ISSN1005-9180(2017)02-085-04

TM925.1 文獻標示碼：B

10.3969/J.ISSN.1005-9180.2017.02.019