王 艷,李甜甜

(河南城建學(xué)院 能源與建筑環(huán)境工程學(xué)院，平頂山 467036)

前言

目前，空調(diào)的性能測(cè)試主要依靠環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)室完成[1]。為維護(hù)環(huán)境室溫濕度恒定，通常采用制冷機(jī)給環(huán)境降溫，同時(shí)用PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電加熱量和加濕量的方法來(lái)平衡被測(cè)試機(jī)的冷熱負(fù)荷和濕負(fù)荷，制冷機(jī)組的容量隨著被測(cè)試機(jī)放熱容量的增加而增加；加熱容量及加濕容量隨著被測(cè)試機(jī)制冷容量的增加而增加[2]。這會(huì)造成實(shí)驗(yàn)室制冷機(jī)和加熱加濕同時(shí)工作，這種方法不但初投資大，而且運(yùn)行成本高，造成了極大的浪費(fèi)。在目前能源狀況較為緊張的形勢(shì)下，能源的有效利用和節(jié)能成為空調(diào)器的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題之一。本文就是在此環(huán)境下提出的把全熱交換器應(yīng)用于制冷設(shè)備性能測(cè)試臺(tái)之中，建立一種節(jié)能環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)室裝置，該裝置包括室內(nèi)外模擬環(huán)境室，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 制冷設(shè)備測(cè)試臺(tái)的節(jié)能研究

1.1 節(jié)能思路

本文主要是在制冷設(shè)備性能測(cè)試臺(tái)的基礎(chǔ)上，建立一種節(jié)能環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)室裝置如圖1，包括室內(nèi)、外模擬環(huán)境室，主要的節(jié)能思路是：室內(nèi)、外模擬環(huán)境室之間安裝有空氣-空氣能量回收裝置，通過(guò)空氣-空氣能量回收裝置，減少被測(cè)試機(jī)室內(nèi)機(jī)組向室內(nèi)房間提供的冷量或熱量，同時(shí)減少被測(cè)試機(jī)室外機(jī)組向室外房間提供的熱量或冷量[3]。

1.2 傳統(tǒng)環(huán)境室與加入全熱交換器之后的環(huán)境室空氣處理系統(tǒng)方案對(duì)比

本研究的目的是對(duì)空調(diào)性能測(cè)試臺(tái)的節(jié)能研究，因此，首先要分析環(huán)境室的能量守恒，由于環(huán)境室的溫濕度范圍很寬，所以空氣處理系統(tǒng)不但需要加熱、加濕處理，還需要降溫、除濕功能。空氣處理柜由前電加熱、后電加熱、電加濕器、蒸發(fā)器等組成【4-5】。

1.2.1 傳統(tǒng)環(huán)境室的能量平衡分析

考慮到空氣處理柜的組成，以及環(huán)境室內(nèi)其他的設(shè)備，分析出在制冷和制熱兩種工況下，進(jìn)出傳統(tǒng)環(huán)境室的能量主要由八部分組成[6]，并且可以總結(jié)出傳統(tǒng)環(huán)境室的能量守恒關(guān)系式如圖2和表1所示。

圖1 節(jié)能環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)室裝置圖

圖2 傳統(tǒng)環(huán)境室的能量平衡

表1 傳統(tǒng)環(huán)境室能量平衡計(jì)算式

制冷工況下能量守恒室內(nèi)側(cè)顯熱潛熱QO顯= Q1+ Q2+ Q3+Q4-QRH2'- QO測(cè)顯QO潛= QRH1 - QO測(cè)潛室外側(cè)顯熱潛熱QO顯'= Qk測(cè)顯+ Q1'+ Q2'+ Q3'+ Q4'- QRH2QO潛'= Qk測(cè)潛+ QRH1'制熱工況下能量守恒室內(nèi)側(cè)顯熱潛熱QO顯 = QK測(cè)顯+Q1+ Q2+ Q3+Q4-QRH2'?QO潛= QRH1 - QK測(cè)潛室外側(cè)顯熱QO顯'= Q1'+ Q2'+ Q3'+ Q4'- QRH2'-Q0測(cè)顯

式中：

顯熱部分：

Q4——電加熱器的加熱量。

QO顯——室內(nèi)側(cè)制冷機(jī)組的蒸發(fā)器釋放冷量的顯熱部分：

QO測(cè)顯——室內(nèi)側(cè)被測(cè)機(jī)釋放的最大制冷量或最大制熱量中的顯熱部分；

Q1——圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲入熱：

Q2+Q3——設(shè)備操作熱；

QRH2′——漏熱量；

潛熱部分：

QO潛——室內(nèi)側(cè)制冷機(jī)組的蒸發(fā)器釋放冷量的潛熱部分；

QO測(cè)潛——室內(nèi)側(cè)被測(cè)機(jī)釋放冷量或者熱量的潛熱部分；

QRH1——電加濕器的加濕量。

1.2.2 加入全熱交換器之后的能量平衡分析

同理在制冷和制熱兩種工況下，進(jìn)出帶全熱交換器的環(huán)境室能量主要由八部分組成，并可以總結(jié)出加入全熱交換器之后的環(huán)境室能量守恒關(guān)系式如圖3和表2所示。

圖3 加入全熱交換器的環(huán)境室能量平衡圖

表2 帶全熱交換器的環(huán)境室能量平衡計(jì)算式

制冷工況下能量守恒室內(nèi)側(cè)顯熱QO顯= Q1+ Q2+ Q3+Q4-QRH2'- QO測(cè)顯- E換顯潛熱QO潛= QRH1 - QO測(cè)潛- E換潛室外側(cè)顯熱QO顯'= Qk測(cè)顯+ Q1'+ Q2'+ Q3'+ Q4'- QRH2'- E換顯'潛熱QO潛'= Qk測(cè)潛+ QRH1'- E換潛'制熱工況下能量守恒室內(nèi)側(cè)顯熱QO顯 = QK測(cè)顯+Q1+ Q2+ Q3+Q4-QRH2'- E換顯潛熱QO潛= QRH1 - QK測(cè)潛- E換潛室外側(cè)顯熱QO顯'= Q1'+ Q2'+ Q3'+ Q4'- QRH2'-Q0測(cè)顯- E換顯'潛熱QO潛'= QRH1'- Q0測(cè)潛- E換潛'

式中，Q符號(hào)的表示都與表1相同，在此不再贅述：

E換顯——全熱交換器抵消掉的室內(nèi)側(cè)能量中的顯熱部分；

E換顯′——全熱交換器抵消掉的室外側(cè)能量中的顯熱部分；

E換潛——全熱交換器抵消掉的室內(nèi)側(cè)能量中的潛熱部分；

E換潛′——全熱交換器抵消掉的室外側(cè)能量中的潛熱部分；

由以上分析可以看出，全熱交換器可以明顯減少室內(nèi)室外側(cè)空氣處理柜中制冷機(jī)組的負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的。

2 實(shí)驗(yàn)分析

本試驗(yàn)以最大被測(cè)機(jī)(5匹)為例進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)GB7725-2004要求，設(shè)計(jì)環(huán)境室室外側(cè)尺寸為4500×4000×3500mm(長(zhǎng)×寬×高)，室內(nèi)側(cè)尺寸為5500×4000×3500mm(長(zhǎng)×寬×高)。

以制冷和制熱兩種典型工況為計(jì)算工況，分別計(jì)算出室內(nèi)側(cè)與室外側(cè)在這兩種工況下的負(fù)荷，負(fù)荷由顯熱和潛熱兩部分組成，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

本研究通過(guò)比較口腔潰瘍患者采用鹽酸雷尼替丁膠囊與其聯(lián)合雙黃連口服液治療的效果，結(jié)果顯示，雙黃連口服液聯(lián)合鹽酸雷尼替丁有效提升了治療效果，患者臨床癥狀改善更顯著，同時(shí)縮短了癥狀消失時(shí)間及口腔潰瘍愈合時(shí)間，且未明顯增加不良反應(yīng)發(fā)生率。這充分證實(shí)了聯(lián)合用藥的協(xié)同作用，體現(xiàn)出了其安全有效的應(yīng)用價(jià)值[11-13]。

表3 傳統(tǒng)與加入全熱交換器之后的環(huán)境室的制冷機(jī)組制冷量的比較

制冷傳統(tǒng)加入全熱交換器制熱傳統(tǒng)加入全熱交換器室內(nèi)側(cè)顯熱Q0顯=16.5kWQ換顯=8.5kWQ0顯=16.5kWQ換顯=7.4kW潛熱Q0潛=11kWQ換潛=1.4kWQ0潛=11kWQ換潛=7.1kW室外側(cè)顯熱Q0顯/=20kWQ換顯/=12kWQ0顯/=20kWQ換顯/=6kW潛熱Q0潛/=12kWQ換潛/=8kWQ0潛/=12kWQ換潛/=6.8kW

由表3中的結(jié)果對(duì)比可以看出，兩種工況下的室內(nèi)外熱濕負(fù)荷都分別減少了，明顯減小了機(jī)組的容量，因此，在對(duì)機(jī)組選型時(shí)，就可以在考慮一定余量的基礎(chǔ)上，相應(yīng)選擇功率小的機(jī)組，這樣就可以達(dá)到減少初投資以及在實(shí)際運(yùn)行中能減少運(yùn)行費(fèi)用的目的。

2.1 制冷機(jī)組的能耗分析與節(jié)能計(jì)算

2.1.1 室內(nèi)側(cè)能耗分析

對(duì)于本試驗(yàn)的測(cè)試臺(tái)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)環(huán)境室的室內(nèi)側(cè)制冷機(jī)組為兩套MT32JF4C美優(yōu)樂(lè)全封壓縮機(jī)和一套MT50HK4B美優(yōu)樂(lè)全封壓縮機(jī)，其參數(shù)如表4所示。依據(jù)表4可以計(jì)算出室內(nèi)側(cè)壓縮機(jī)組功耗為：

W傳統(tǒng)=2.5×2+3.74=8.74(kW)

依據(jù)表3的結(jié)果可以對(duì)加入全熱交換器之后的室內(nèi)側(cè)制冷機(jī)組選型，選一套MT32JF4C美優(yōu)樂(lè)全封壓縮機(jī)和一套MT50HK4B美優(yōu)樂(lè)全封壓縮機(jī)就可以滿足要求。同樣依據(jù)表4可計(jì)算出加入全熱交換器之后的室內(nèi)側(cè)壓縮機(jī)組功耗為：

W全=2.5+3.74=6.64(kW)。

表4 壓縮機(jī)性能參數(shù)表

壓縮機(jī)型號(hào)名義制冷量(kW)功率(kW)MT32JF4C10.892.5MT50HK4B16.833.74

2.1.2 室外側(cè)能耗分析

同理可計(jì)算出室外側(cè)的壓縮機(jī)組功耗為：

2.2 節(jié)能計(jì)算

由以上的能耗分析，可以得出加入全熱交換器之后環(huán)境室室內(nèi)室外兩側(cè)的制冷機(jī)組的節(jié)能率η為：

式中：

W傳統(tǒng)——傳統(tǒng)環(huán)境室的室內(nèi)側(cè)冷冷機(jī)組能耗：8.74kW；

W全——加入全熱交換器之后的室內(nèi)側(cè)制冷機(jī)組能耗：6.64kW；

所以：

=22.6%

3 結(jié)論

(1)采用全熱交換器，充分利用室內(nèi)側(cè)與室外側(cè)的溫濕度差，降低制冷機(jī)組的設(shè)備能耗。

(2)能夠滿足在設(shè)備測(cè)試臺(tái)的指標(biāo)范圍之內(nèi)，減少制冷機(jī)組的能耗約22%。

(3)該試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到采用了全熱交換器，雖然降低了設(shè)備運(yùn)行時(shí)的能耗，但是本試驗(yàn)僅限于考慮制冷工況和制熱工況兩種工況下的可行性，可以通過(guò)更先進(jìn)的控制方法，研究變工況和極限工況等各種工況下的可行性。

(4)本研究的節(jié)能效果明顯，但是缺乏對(duì)環(huán)境室內(nèi)的氣流分布研究，可以通過(guò)模擬等方法模擬出全熱交換器對(duì)環(huán)境室的流場(chǎng)分布的影響。

綜合所述，基于全熱交換器的制冷設(shè)備性能測(cè)試試驗(yàn)室的研制，符合用戶及國(guó)標(biāo)要求，測(cè)試精度高、自動(dòng)化程度高，節(jié)能效果明顯。對(duì)用戶產(chǎn)品開發(fā)和評(píng)估有重要指導(dǎo)意義。對(duì)同類的實(shí)驗(yàn)室有一定的參考價(jià)值。

[1] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì).房間空氣調(diào)節(jié)器(GB/T 7725-2000)[S]，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2000

[2] ASHRAE.Methods of Testing for Rating Room Fan-coil air conditioners.Standard：78-79

[3] 陳沛霖，岳孝方.空調(diào)與制冷技術(shù)手冊(cè)(第2版)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社.1999

[4] 吳業(yè)正，翁文兵，蔣能照，等.小型制冷裝置設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[5] 李雄林，曹小林，等.焓差法空調(diào)器性能測(cè)試平臺(tái)的研制[J].流體機(jī)械，2007，(1)：69-73

[6] 劉扶崗，李征濤，李振華.大型空調(diào)器節(jié)能裝置[J].制冷與空調(diào)，2012，(6)：265-268