|
|
訂閱社區(qū)雜志 |
| 【論文】空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在家用中央空調(diào)上的應(yīng)用 |
| （時間:2009/6/17 11:01:10） |
隨著生活水平的提高，人們對住宅環(huán)境的要求越來越高，尤其是對居室空氣環(huán)境提出了越來越高的要求。最初人們采用窗式空調(diào)器、分體式、壁掛式等家用空調(diào)器來降低室內(nèi)溫度，但由于沒有室外新風(fēng)，使得住宅室內(nèi)空氣品質(zhì)難以得到保證；分體式空調(diào)的室外機和窗式空調(diào)的安裝預(yù)留洞成為破壞房屋建筑立面和破壞城市景觀的重要因素。而且，近年來隨著居住條件的不斷改善，普通居民住宅建筑面積已擴大到90~200m²，一些別墅型住宅甚至達到500~600m²,顯然家用空調(diào)器已越來越不適應(yīng)較高檔次住宅發(fā)展的需要,家用中央空調(diào)便應(yīng)運而生。
目前典型的家用中央空調(diào)系統(tǒng)大致有三種類型：家用小型空氣源中央空調(diào)系統(tǒng)、家用變頻多聯(lián)中央空調(diào)系統(tǒng)、風(fēng)管式家用中央空調(diào)系統(tǒng)。從我國目前的技術(shù)水平和空調(diào)生產(chǎn)狀況來看,空氣源家用中央空調(diào)系統(tǒng)比較適合于我國國情。下面重點介紹家用空氣源冷熱水空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計及需要注意的問題。
1．系統(tǒng)冷熱負荷的確定及設(shè)備選擇
計算出住宅的冷負荷后，由于所有末端設(shè)備同時使用的可能性很小，計算系統(tǒng)的總冷負荷時，應(yīng)根據(jù)用戶的要求及使用性質(zhì)考慮不同的使用系數(shù)。供熱時,則應(yīng)根據(jù)不同的供熱方式來選取同時使用系數(shù)及考慮戶間傳熱的影響。確定總冷熱負荷之后根據(jù)本地區(qū)的氣象條件和能源供應(yīng)狀況進行合理的設(shè)備選擇，如空氣源冷熱水機組、空氣源單冷機組+熱水爐、空氣源單冷機組+城市熱源等。室內(nèi)末端設(shè)備一般為風(fēng)機盤管和空調(diào)箱,選用末端設(shè)備時應(yīng)考慮1.2的間歇使用系數(shù)和1.2的臨室無空調(diào)時內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)的負荷附加系數(shù)。
選用空氣源機組時，應(yīng)按當?shù)刈罴哑胶恻c來選擇。最佳平衡點選擇機組的一般步驟為：
①計算最佳平衡點溫度下的建筑物熱負荷。
②把該平衡點溫度下的供熱量，換算到標準工況下的制熱量選擇空氣源冷熱水機組。
③通過查詢生產(chǎn)廠家的樣本或技術(shù)資料，求得該機組在冬季空調(diào)設(shè)計工況下的制熱量，并由設(shè)計熱負荷求得輔助熱源的容量。
④通過查詢生產(chǎn)廠家的樣本或技術(shù)資料，求得該機組在夏季空調(diào)設(shè)計工況下的制冷量，如果不能滿足空調(diào)冷負荷的要求，則應(yīng)補充輔助冷源，考慮到冷機布置的方便，一般選用風(fēng)冷單冷機組作輔助冷源
按此方法選擇機組，一般來說不會存在夏季空調(diào)設(shè)計工況下熱泵機組所提供的冷量遠大于空調(diào)設(shè)計冷負荷的情況。
2．空氣源機組的除霜
由于眾所周知的原因，空氣源的應(yīng)用受到氣候條件的約束，在熱泵技術(shù)較為領(lǐng)先的日本曾有“采暖度日數(shù)HDD<3000”的推薦使用標準，在我國使用范圍曾一度劃定在長江中下游地區(qū)，目前指導(dǎo)工程設(shè)計的各種文獻將冬季室外計算溫度tw=-3ºC定作最低線。然而在過去的十多年其應(yīng)用范圍向北擴展的趨勢是顯而易見的，西安、鄭州、煙臺、北京等城市都多有應(yīng)用。
有研究者提出了計算空氣—水熱泵干濕工況轉(zhuǎn)變臨界濕度和結(jié)霜臨界濕度的方法，建立了求解這兩個臨界相對濕度的空氣源模型，求解出不同的出水溫度和不同的空氣溫度下的這兩個臨界濕度值，繪制出使用空氣—水熱泵時的結(jié)霜區(qū)域和干工況區(qū)域。45ºC出水時，空氣源機組運行時的結(jié)霜區(qū)域和干工況區(qū)域的分界線走向大致沿著拉薩—蘭州—太原—石家莊—濟南一線。此線以北區(qū)域空氣源運行時，不會結(jié)霜；而此線以南，機組都存在不同程度的結(jié)霜。
在空氣源機組的結(jié)霜機理方面近些年也進行了相關(guān)的實驗研究，研究結(jié)果表明，空氣側(cè)換熱器結(jié)霜過程中，不僅霜的厚度發(fā)生變化，霜的密度也在變化，剛開始結(jié)霜時，結(jié)霜量主要是增加霜的厚度，而密度變化很小。隨著時間的推移，霜的厚度增加減緩，而密度變化增加，而且霜的密度隨著時間呈拋物線規(guī)律變化。研究結(jié)果表明，在不同的工況下，空氣側(cè)換熱器的結(jié)霜情況是不同的。在空氣溫度一定時，相對濕度越大，結(jié)霜越嚴重，融霜的時間間隔越短；在空氣相對濕度一定時，0ºC工況的結(jié)霜比-4ºC工況的結(jié)霜嚴重。
低溫條件下作制熱運行時的除霜，就是為了防止因霜層積聚惡化蒸發(fā)器的換熱過程。顯然，空氣源冷熱水機組除霜控制方法的時間控制法是不符合霜厚度隨時間的變化規(guī)律的。同樣，許多生產(chǎn)廠家雖采用時間—溫度控制法，但還是采用統(tǒng)一固定的除霜啟動值和除霜時間值，因此由于空氣溫度、相對濕度的不同，結(jié)霜的厚度不同，除霜效果也就不一樣。結(jié)霜規(guī)律的正確預(yù)測和掌握，才是保證除霜效果良好的前提。理想的除霜程序應(yīng)該是既能在霜層積聚時及時除霜，又不在無霜時作無效除霜運行。目前常用的融霜方法除時間控制法、時間—溫度控制法外，還有旁通除霜法、壓差控制法，變頻壓縮機和電子膨脹閥的熱泵機組的顯熱除霜法以及MP99電腦除霜、智能除霜、模糊除霜等等，研究可靠的有效除霜技術(shù)，是發(fā)展和推廣家用空氣源中央空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
在生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的樣本中，熱泵的制熱量僅是標準工況下的瞬時熱量，當盤管表面結(jié)霜時，機組效率迅速下降，因此，空氣源機組冬季的制熱量應(yīng)根據(jù)室外空調(diào)計算溫度修正系數(shù)和化霜修正系數(shù)，按下式進行修正：Q=q·K1·K2（式中，Q——機組制熱量Kw；q——產(chǎn)品樣本中的瞬時制熱量Kw；K1——使用地區(qū)室外空調(diào)計算干球溫度的修正系數(shù)，按產(chǎn)品樣本選��；K2機組化霜修正系數(shù)，每小時化霜一次取0.9，二次取0.8）。
3．空氣源機組變頻技術(shù)
由于多種因素，變頻空調(diào)器越來越為廣大用戶所接受。變頻壓縮機的使用，增加了系統(tǒng)的可調(diào)控參數(shù)，提高了空調(diào)器部分負荷時的性能，用變?nèi)萘康娜嵝钥刂拼媪似鹜？刂�，減少了系統(tǒng)對電網(wǎng)的沖擊和室內(nèi)溫度的波動，從節(jié)能和舒適性的角度來看比定速空調(diào)器有著明顯的優(yōu)越性。
家用中央空調(diào)隨著具體使用要求、使用條件的不同，熱負荷差異較大，這就要求家用中央空調(diào)的能量調(diào)節(jié)能力能夠與熱負荷變動范圍大這一特點相適應(yīng)，現(xiàn)在市場上銷售的大多數(shù)空氣源機組的能量調(diào)節(jié)均只能通過開停壓縮機來實現(xiàn)，當空調(diào)熱負荷較小、空調(diào)水系統(tǒng)容量也較小時，容易出現(xiàn)壓縮機的頻繁開停，由于壓縮機的啟動電流較大，因而使得運行功耗增加；而且每次停機后制冷系統(tǒng)高低壓側(cè)的壓力經(jīng)過一段時間才會達到平衡，平衡時高壓側(cè)熱的制冷劑與低壓側(cè)冷的制冷劑混合也會產(chǎn)生不必要的冷量損失。此外，開停機過于頻繁也會縮短壓縮機的使用壽命。近年來，隨著空調(diào)技術(shù)的進步，在家用中央空調(diào)產(chǎn)品上已出現(xiàn)多種能量調(diào)節(jié)方式，應(yīng)用較多的方式有：①制冷系統(tǒng)采用多個定速（定輸氣量）壓縮機組合；②制冷系統(tǒng)采用變輸氣量壓縮機與定速壓縮機組合；③制冷系統(tǒng)采用變頻壓縮機與定速壓縮機組合；④多個制冷系統(tǒng)組合。對于多個制冷系統(tǒng)組合而成的機組，能量調(diào)節(jié)能力隨系統(tǒng)數(shù)量、壓縮機種類的不同有著較大的差別，采用定速（定輸氣量）壓縮機系統(tǒng)組合只能實現(xiàn)能量分配調(diào)節(jié)，如采用變頻壓縮機系統(tǒng)與定速壓縮機系統(tǒng)組合則能實現(xiàn)能量連續(xù)調(diào)節(jié)。因此，如產(chǎn)品采用模塊化結(jié)構(gòu)，設(shè)計相關(guān)規(guī)格的變頻單元和定速單元，通過多種組合方式，還可形成能量可連續(xù)調(diào)節(jié)的系列產(chǎn)品。
變頻壓縮機和定速壓縮機組合的變頻機組不僅能適應(yīng)家庭用戶熱負荷差異大，能量調(diào)節(jié)范圍寬的使用要求，制冷（熱）迅速，系統(tǒng)水溫波動小,除霜時水溫下降幅度小，而且具有明顯的節(jié)能性，能夠?qū)崿F(xiàn)大容量機組的連續(xù)能量調(diào)節(jié),并且對增加機組使用壽命、提高房間的舒適性和降低噪聲均有好處，是家用中央空調(diào)發(fā)展中值得大力提倡的一種方式。
4．水系統(tǒng)熱穩(wěn)定性問題
家用空氣源機組和單冷機組的壓縮機為定速壓縮機時，因為空調(diào)系統(tǒng)的水容量較小，將存在空調(diào)水系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性問題。配有定速壓縮機的空氣源家用空調(diào)系統(tǒng)，能量調(diào)節(jié)一般均根據(jù)室內(nèi)溫度的變化通過開停壓縮機來實現(xiàn)。家用空調(diào)系統(tǒng)大部分均運行在部分負荷，在部分負荷下，壓縮機運行很短時間，空調(diào)系統(tǒng)水溫就會達到設(shè)定溫度，此時壓縮機停機；當水系統(tǒng)容量較小時，經(jīng)過很短時間，空調(diào)系統(tǒng)水溫就會高出設(shè)定溫度，壓縮機又必須開機，從而造成壓縮機頻繁開停，既增加了系統(tǒng)功耗，又影響主機的使用壽命。并且，水系統(tǒng)容量較小時，冬季除霜時又會造成系統(tǒng)水溫降過大，影響供熱效果，形成吹冷風(fēng)的現(xiàn)象。變頻壓縮機和定速壓縮機組合的空調(diào)系統(tǒng)，主機能自動與室內(nèi)負荷相匹配，水系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性問題不突出，但水系統(tǒng)容量過小，在變頻壓縮機和定速壓縮機銜接的負荷盲區(qū)也會造成壓縮機的多次起停。
系統(tǒng)的水容量越小，則系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性越差，反之，系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性越好。但如系統(tǒng)水容量過大，又會造成蓄能循環(huán)水箱體積龐大，影響首次開機時和長期停機后的制冷（熱）速度。因此，水系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)該校對計算系統(tǒng)水容量是否滿足系統(tǒng)熱穩(wěn)定性要求。當系統(tǒng)水容量不能滿足要求時，應(yīng)增設(shè)蓄能循環(huán)水箱或采取加大系統(tǒng)水管管徑的措施。
5．室內(nèi)外機的布置及設(shè)計
家用中央空調(diào)的方式和設(shè)備選型確定后，空調(diào)室內(nèi)機布置時應(yīng)充分考慮到溫度分布、氣流分布、檢修、安全性等方面的事項，并應(yīng)與建筑物配合得當�？照{(diào)設(shè)備設(shè)置的場所（室內(nèi)、室外、陽臺等）和建筑構(gòu)造（方位、設(shè)備預(yù)留通道等）及住戶的房間布置（窗、家具和位置等）之間的關(guān)系應(yīng)在設(shè)計圖紙上清晰地標示出來。國家和地方法規(guī)的規(guī)定也應(yīng)在空調(diào)設(shè)備的布置和設(shè)計中得到嚴格地執(zhí)行。室外機組設(shè)計時必須考慮其安裝位置和噪聲控制。一般機組安裝位置要進風(fēng)通暢，風(fēng)速控制在3~4m/s，排風(fēng)不受阻擋，尤其是出風(fēng)口的上方不應(yīng)有阻擋物,否則會引起排風(fēng)氣流短路,機組因熱保護動作而停機。
6．系統(tǒng)水管路設(shè)計
家用中央空調(diào)系統(tǒng)一般都較小，水系統(tǒng)的設(shè)計要簡單，設(shè)計需要注意的問題如下：
（1）水系統(tǒng)循環(huán)方式
水系統(tǒng)一般采用兩管制閉式循環(huán)系統(tǒng)，舒適性要求特別高的高檔住宅可采用四管制。由于系統(tǒng)規(guī)模小，水管路大多采用異程式。
（2）定流量設(shè)計與水泵配置
家用中央空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)水量較小，宜采用定流量系統(tǒng)。室內(nèi)溫度控制可采用風(fēng)機盤管自動調(diào)速溫控器或電動三通閥，建議首選風(fēng)盤自動調(diào)速溫控器，通過調(diào)節(jié)風(fēng)盤風(fēng)量恒定室內(nèi)溫度，不宜采用電動二通閥（當只有一臺風(fēng)機盤管工作時，通過制冷機的流量將嚴重不足）。因為家用中央空調(diào)系統(tǒng)大多為間歇運行且同時使用系數(shù)低，末端設(shè)備容量遠大于制冷機，通過風(fēng)機盤管的流量嚴重不足，且供水溫度不能穩(wěn)定于設(shè)定溫度，設(shè)計過程中應(yīng)采取措施盡量保證通過風(fēng)機盤管的流量并根據(jù)流經(jīng)風(fēng)機盤管的實際流量和最不利供水溫度，對風(fēng)機盤管性能進行校核計算。[6]水流量控制也可采用介于定流量和變流量之間的混合方式,采用這種方式時,離主機近的部分風(fēng)機盤管采用電動二通閥，其他風(fēng)機盤管采用電動三通閥，此時可省掉壓差旁通閥，采用此種方式時應(yīng)注意二通閥和三通閥的配比。三通閥的數(shù)量過少，有可能導(dǎo)致主機因流量過低而保護停機。
（3）水路無故障設(shè)計
循環(huán)水系統(tǒng)故障在整個空調(diào)系統(tǒng)故障中所占的比重是比較高的，故障主要來源于機組、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)安裝等多個方面。為了提高系統(tǒng)的可靠性，在機組設(shè)計和制造時，對于水系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行詳細的分析和嚴格的控制是非常重要的。如：a.系統(tǒng)排氣。家用中央空調(diào)系統(tǒng)中的水流量比較小，少量的氣體就會導(dǎo)致循環(huán)水中斷，凍壞蒸發(fā)器或形成保護，使系統(tǒng)無法正常工作，所以保證系統(tǒng)中的空氣及時、完全地排放非常必要。為此，在系統(tǒng)中一般都安裝有自動排氣閥，但是由于家用中央空調(diào)大都是內(nèi)置水泵、密閉式膨脹水箱，還有流量保護裝置等，機組內(nèi)部水循環(huán)管路往往較為復(fù)雜，布置起來不是十分容易，特別容易形成局部上凸的存氣彎，導(dǎo)致在機組的運轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)常因為局部集氣而出現(xiàn)流量保護的現(xiàn)象，這在進行產(chǎn)品設(shè)計時是絕對要避免的。b.循環(huán)水的補充和排泄。家用中央空調(diào)是一個家電化的產(chǎn)品，因此，所有的功能應(yīng)力求機組自動完成，系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)水的補充也是這樣，必須使用自動補水閥根據(jù)系統(tǒng)的壓力實時對系統(tǒng)進行補水。而對于系統(tǒng)內(nèi)存水排放的考慮更是重要，特別是對于單冷機組，在冬季非使用期，必須排去系統(tǒng)內(nèi)的積水，以免室外過于寒冷的氣溫凍壞系統(tǒng)管路。c.水系統(tǒng)監(jiān)測和保護。為保證機組正常高效運行，水系統(tǒng)管路上應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)測和保護設(shè)備。如機組進水口應(yīng)設(shè)水處理設(shè)備和Y型過濾器，以防水系統(tǒng)結(jié)垢和堵塞機組內(nèi)的換熱器；機組供回水管路上應(yīng)裝設(shè)溫度計和壓力表，以便于日常運轉(zhuǎn)檢查；機組與水管連接處應(yīng)配設(shè)軟管，以減少機體的振動對系統(tǒng)管路的影響；為便于系統(tǒng)調(diào)試和水流量調(diào)節(jié)，空調(diào)箱和風(fēng)機盤管的支管切斷閥宜選用有一定調(diào)節(jié)作用的截止閥或球閥。
（4）一體式機組和分體式機組
空調(diào)主機可根據(jù)當?shù)氐臍夂蚯闆r選用一體式機組或分體式機組，分體式機組將水側(cè)換熱器及循環(huán)水泵等放置在室內(nèi)機，可在室內(nèi)衛(wèi)生間或儲藏室吊頂上安裝，以防冬季冰凍現(xiàn)象發(fā)生。機組一般均自帶膨脹罐、水系統(tǒng)安全閥、自動補水閥、排水閥等，用戶可不必另行安裝膨脹水箱，但室內(nèi)機安裝時應(yīng)預(yù)留出一定的空間，以確保機組能進行維修和保養(yǎng)。
（5）內(nèi)置水泵及其補水定壓
家用空氣源機組制冷容量不大,一般都采用內(nèi)置進口循環(huán)水泵�？照{(diào)主機內(nèi)置水泵的流量和揚程應(yīng)按照機組的制冷量和保證最大數(shù)量風(fēng)機盤管的正常使用來匹配�？照{(diào)循環(huán)水系統(tǒng)補水定壓，目前主要有兩種方法即設(shè)置膨脹水箱和采用氣體定壓膨脹罐。a.系統(tǒng)設(shè)置膨脹水箱。這種方式設(shè)置的膨脹水箱，運行可靠、造價低，在有條件時應(yīng)盡量選用此方式。主要問題是對于多層的集合式住宅或公寓式建筑，難以解決膨脹水箱的設(shè)置位置。b.采用氣體定壓膨脹罐。這種定壓方法的優(yōu)點是：膨脹罐的布置靈活方便，不受位置高度影響，通常放在機組內(nèi)，減少施工工作量。其主要缺點是設(shè)備較復(fù)雜、價格高、壓力需要調(diào)節(jié)、可靠性不如膨脹水箱。
7．新風(fēng)處理
對于層高較高的別墅或辦公等商業(yè)用房，有條件時應(yīng)采用新風(fēng)空調(diào)箱或板翅式全熱換熱器來處理新風(fēng)。采用新風(fēng)空調(diào)箱時，新風(fēng)一般處理到室內(nèi)狀態(tài)參數(shù)的等焓點。為減輕室內(nèi)風(fēng)機盤管的負擔(dān)，新風(fēng)最好處理到室內(nèi)狀態(tài)點等濕線與90%相對濕度線的相交點。此外,設(shè)計中還必須重視通風(fēng)的有效性:供給足夠的新風(fēng)量,恰當?shù)呐棚L(fēng)量,理想的送排風(fēng)布局和氣流組織有助于提高通風(fēng)效率,改善室內(nèi)空氣環(huán)境。SARS的爆發(fā)使人們意識到空調(diào)設(shè)備系統(tǒng)應(yīng)具備應(yīng)對生化污染的能力。首先是新風(fēng)采氣口的位置選擇要合適，必須確保新風(fēng)采氣口周圍環(huán)境潔凈，所吸入的空氣為新鮮清潔的室外空氣，嚴格防止與排風(fēng)系統(tǒng)的氣流短路；另外，在新風(fēng)采氣口處目前一般只設(shè)初效過濾器，這種設(shè)置對正常情況下大氣中的灰塵過濾效率都不高，污染物的粒徑可能比灰塵粒徑更小，過濾效率可能更低，所以為了有效的濾塵和濾菌，應(yīng)該在新風(fēng)采氣口設(shè)一臺初效和一臺中效過濾器的組合，這種過濾器組合的濾塵效果明顯，濾塵效率可達99.9%；其次，對于因灰塵多產(chǎn)生的污染，主要應(yīng)對過濾器定期清洗、消毒或更換，減少過濾器上以及風(fēng)管內(nèi)的灰塵，對于空調(diào)系統(tǒng)的表冷器、凝結(jié)水水盤和加濕器定期進行清洗消毒。
8．減振降噪
制冷空調(diào)設(shè)備的振動和噪音無疑是影響用戶的一個重要因素，而且在家用制冷設(shè)備中表現(xiàn)得特別突出。在家用中央空調(diào)機組中，最重要的噪音源來自壓縮機和風(fēng)機，因此對這兩個部件的噪聲控制非常重要。機組整體設(shè)計時必須考慮充分的減振降噪措施。對不滿足室內(nèi)噪音標準要求的室內(nèi)機在設(shè)計安裝時也應(yīng)采取相應(yīng)的措施。
9．機組防腐
由于空調(diào)主機一般均安裝在屋面或陽臺處，可能常年遭受日曬雨淋。特別是我國部分城市的空氣污染和酸雨嚴重，沿海地區(qū)空氣中鹽份較多，有的機組使用1～2年就已銹跡斑斑，嚴重降低機組的使用壽命。因此，廠家在產(chǎn)品設(shè)計和用戶在設(shè)備選型時應(yīng)引起足夠的重視。
結(jié)束語：總之，空氣源用于家用中央空調(diào)系統(tǒng)時類似于家電產(chǎn)品，走向千家萬戶，必須具有高度的可靠性、易操作性和低故障率，保證向用戶提供一個安全、健康、高效、舒適、和諧的生活環(huán)境。
|
|
|
|
 推薦圖片 |
|
| 熱點文章 |
|
|
京ICP080572