多功能制冷設備性能實驗室恒溫水系統的設計

林永進

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

關鍵詞:制冷設備 性能測試 恒溫水 設計

近年來我國的制冷空調技術發展迅速,性能測試成為在空調設備設計、試制、生產等環節中不可或缺的關鍵程序,且測試技術、手段日益現代化,作為制冷空調專業的畢業生必須掌握這方面的相關知識和技術,才能在競爭日益激烈的環境中立于不敗之地。制冷空調設備與其他電器設備不同,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備性能隨使用環境變化、節流元件開度、制冷劑充注量、水量、風量等變化而變化這一關鍵專業知識,以及掌握制冷空調設備現代化性能測試技術手段,建設制冷空調設備性能實驗室十分必要。

鑒于目前高校實驗室建設經費緊張,制冷空調設備性能實驗室又十分昂貴,我院在該實驗室建設中采取了自行設計、在同一平臺上實現多種不同設備性能實驗的方案,既節約經費,又實現了功能多樣化。

一、實驗室總體設計思路

1.實驗室建設目的

建設制冷空調設備性能實驗室,本著教學與科研相結合的原則,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,通過本試驗系統不但可以加深學生對制冷系統和各種制冷設備性能的理解, 增強學生的動手能力, 而且可以為學生進行發明創新試驗提供試驗平臺,同時,也為專業教師在制冷空調學科領域進行有關的科學研究和設計開發研究提供了基本裝置、檢測儀表和環境,對于提高學科水平具有較大幫助[1]。

2.實驗室功能

為實現功能多樣化,我們將實驗室設計成能進行各種常用制冷空調設備的性能試驗,包括家用分體式空調器、窗式空調器、移動式空調器,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機,風機盤管機組等。

3.實驗室設計方案

由于制冷空調設備在不同的使用條件下,其性能會發生很大的變化,因此,對一個制冷設備進行性能試驗,必須具備可調的使用環境,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《GB/T7725-2004房間空氣調節器》、《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》等相關制冷空調設備國家標準,將整個實驗室分成2個恒溫恒濕的房間,分別模擬室內和室外環境,按照試驗要求進行溫濕度的調節,作為制冷空調設備的運行空氣環境。冷熱風型空調設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]。冷熱水型空調設備的制冷(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設備,循環加熱式熱泵熱水機的制熱量采用測量被加熱水質量、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的國家標準規定的性能測試方法進行試驗。所有這些設備的性能試驗均在多功能制冷設備性能實驗室里實現,同時實現工況自動調節,數據自動采集,自動計算試驗結果的全自動控制測量模式。

二、恒溫水系統的設計

水冷冷水機組、空氣源熱泵冷熱水機組、水冷單元式空調機、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境外,還需要提供可調節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恒溫水和一路使用側恒溫水,空氣源熱泵冷熱水機組的試驗需要提供一路使用側恒溫水和一個室外空氣環境,水冷單元式空調機的試驗需要提供一路熱源側恒溫水和一個室內空氣環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恒溫水和一個室內空氣環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恒溫水和一路使用側恒溫水,循環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。為達到節約投資、系統共享、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,利用室外側的人工環境;將水冷單元式空調機、風機盤管機組的試驗放在室內側,利用室內側的人工環境和焓值法測量裝置?？偣才渲?路試驗用水系統,其中室外側2路,室內側1路,系統原理圖如下圖所示。

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:電動三通調節閥

SV:補水電磁閥FL1～FL2:流量開關

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儲水容器,粗調加熱器和精調加熱器分別用于對試驗用水進行加熱粗調和加熱精調。圖中管道的連接狀態為風機盤管機組試驗狀態,此時只需要室內側的一路恒溫水,同時需要開啟室內側房間環境工況,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,將機組置于室外側房間,蒸發器進出水接管分別接使用側接管,冷凝器進出水接管分別接熱源側接管,室內側水路關閉。當對空氣源熱泵冷熱水機組進行試驗時,將機組置于室外側房間,蒸發器進出水接管分別接使用側接管,熱源側水路和室內側水路關閉,同時開啟室外側房間環境工況。當對空氣源熱泵熱水器進行試驗時,將機組置于室外側房間,熱水器進出水接管分別接使用側接管,熱源側水路和室內側水路關閉,同時開啟室外側房間環境工況,先調節恒溫水溫度達到規定值,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。若是水源熱泵熱水器,同樣將機組置于室外側房間,熱水器進出水接管分別接使用側接管,而熱源側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。上述所有設備試驗時,傳感器信號由數據采集器自動采集并送至計算機處理,計算機自動調節水泵的轉速、電動三通調節閥的開度、粗調加熱器和精調加熱器的加熱功率等,使試驗用水的溫度、流量等參數達到試驗要求的穩定工況,進而自動計算被試機的制冷量、制熱量、能效比、性能系數等參數,達到試驗目的。

三、結束語

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)量測量方法相結合,既能測量空氣側制冷(熱)量,又能測量水側制冷(熱)量,從而使可測試設備范圍大大增加。恒溫水系統的設計兼顧到室內外側房間、設備使用側和熱源側的單獨使用或聯合使用,兼顧空調機組和熱泵熱水機組的試驗,達到硬件共享、功能多樣、經濟實用的目的。

目前,該實驗室已完成施工并正在調試中。投入使用后,將為制冷空調專業的制冷原理、空氣調節、制冷與空調設備、電冰箱與空調器、制冷空調自動化、畢業設計等課程的實驗實訓提供優良的實踐平臺,為師生開展“產、學、研”活動提供良好條件。

參考文獻

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

[2]國家質量監督檢驗檢疫總局.房間空氣調節器(GB/T7725-2004)[S].2004.

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