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        柜式空調輔助電加熱設備工作模式的研究

        2014-11-23 02:59:44袁雙全吳俊鴻魏廣飛
        制冷技術 2014年4期
        關鍵詞:實驗

        袁雙全,吳俊鴻,魏廣飛

        (珠海格力電器股份有限公司,廣東珠海 519070)

        0 引言

        空調輔助電加熱設備的使用可以有效提高空調機組的制熱舒適性[1-3]。但是,由于空調輔助電加熱的使用空調能耗也相對提高,目前對降低空調輔助電加熱能耗方面的研究相對較少。而且,由于輔助電加熱的投入使用,空調機組的安全性和可靠性等方面也受到影響[4]。因此,空調輔助電加熱工作模式的研究對空調輔助電加熱節(jié)能降耗研究具有重要意義[5-6]。

        1 實驗原理

        1.1 實驗設備及方案

        采用珠海格力電器空調器焓差法測試室進行實驗,實驗設備示意圖如圖1所示。實驗設備包含風量測量裝置、循環(huán)風機、室內側冷機、溫度采集裝置、室外側冷機和空氣處理柜等。

        實驗開始時關輔助電加熱,直到室內環(huán)境溫度穩(wěn)定10 min后(室內環(huán)境溫度變化在0.5 ℃以內)開啟輔助電加熱,開啟輔助電加熱后待環(huán)境溫度穩(wěn)定10 min后再關閉輔助電加熱,關閉輔助電加熱后待環(huán)境溫度穩(wěn)定10 min后,再開啟輔助電加熱,待環(huán)境溫度穩(wěn)定10 min,之后再關閉輔助電加熱,一直不開。實驗期間記錄室內環(huán)境溫度、室內換熱器管溫、空調出風溫度、距離出風口1.3 m處室內溫度等。

        圖1 柜式空調輔助電加熱實驗設備示意圖

        1.2 輔助電加熱工作模式下室內溫度變化理論部分

        1.2.1 假設條件

        為方便理論計算,可簡化房間溫度變化模型,計算過程所用假設條件如下:

        1) 空調穩(wěn)定運行時,開啟輔助電加熱期間房間內溫度分布均勻;

        2) 開啟輔助電加熱過程中房間墻壁溫度不變;

        3) 開啟輔助電加熱期間空調制熱量不變;

        4) 忽略墻壁輻射換熱對溫度變化影響。

        1.2.2 室內溫升規(guī)律理論推導

        對房間進行熱量平衡計算可得:

        上式 (Pd+ qc)dt表示空調制熱和輔助電加熱對房間的熱量輸入;cmdT表示熱量輸入用于室內空氣溫度上升的部分;hA(T-Twall)dt表示室內熱量輸入用于室內空氣對墻壁散熱部分。

        對式(1)進行處理可得:

        對式(2)積分可得:

        則室內溫度變化可表達為:

        2 數(shù)據(jù)分析

        2.1 輔助電加熱工作模式室內溫度變化規(guī)律實驗驗證

        由式(4)可知,在室內空調制熱達到穩(wěn)定時開啟輔助電加熱,室內溫度應呈指數(shù)上升的規(guī)律。在實驗條件為室內環(huán)境溫度0 ℃、室外環(huán)境溫度-7 ℃、風量為低風檔時,對實驗結果進行驗證。由圖2可見,實驗結果基本符合指數(shù)變化的規(guī)律。

        圖2 室內0 ℃、室外-7 ℃、低風檔工況下室內出風口1.3 m處溫度變化圖

        2.2 輔助電加熱工作模式下管溫和出風溫度變化

        在室內環(huán)境溫度0 ℃、室外環(huán)境溫度0 ℃、風量為高風檔和室內環(huán)境溫度 0 ℃、室外環(huán)境溫度-7 ℃、風量為超高風檔工況下,研究輔助電加熱開啟對空調出風溫度和管溫的影響,實驗運行3個除霜周期,實驗結果如圖3和圖4所示。由圖3可知,不開輔助電加熱時,空調制熱過程中空調管溫稍高于空調出風溫度,由圖4可知開啟輔助電加熱之后,空調管溫變化不明顯,出風口溫度升高明顯,并且溫度高于空調管溫。

        圖3 室內0 ℃、室外0 ℃、高風檔工況下空調管溫和出風溫度變化

        圖4 室內0 ℃、室外-7 ℃、超高風檔工況下輔助電加熱對出風溫度和管溫影響

        分析認為,在開啟輔助電加熱之前,主要依靠空調室內機管溫溫度升高來加熱空氣,所以從理論上來說在開啟輔助電加熱之前,空調室內機管溫為室內溫度最高點,距離出風口越遠,溫度越低,所以出風口處溫度會低于管溫。而當輔助電加熱開啟之后,室內空氣的加熱熱源有兩個,一個是空調室內機銅管,另一個是輔助電加熱加熱管,出風口處的空氣首先經(jīng)過室內機銅管加熱一次,然后再經(jīng)過輔助電加熱加熱一次,經(jīng)過兩次加熱,導致出風口處空氣溫度高于室內機管溫。

        2.3 輔助電加熱工作模式下化霜期間室內溫度變化

        在室內環(huán)境溫度 0 ℃、室外環(huán)境溫度 0 ℃、風量為高風檔和室內環(huán)境溫度 0 ℃、室外環(huán)境溫度-7 ℃、風量為超高風檔工況下,實驗運行3個除霜周期,研究空調室內感溫包和出風口1.3 m處溫度測量點溫度變化。結果如圖5和圖6所示。由圖5和圖 6可知,在空調進行除霜模式時,空調室內感溫包測得室內溫度溫降明顯高于 1.3 m出風口處測得溫度值。

        圖5 室內0 ℃、室外0 ℃、高風檔工況下實驗結果

        圖6 室內0 ℃、室外-7 ℃、超高風檔工況下輔助電加熱對出風溫度和管溫影響

        分析認為,一般在空調處于除霜模式時,空調由制熱模式轉為制冷模式,此時室內機風扇停止工作,目的是減緩室內空氣溫降,由圖3和圖4可知,當空調處于除霜模式時,室內機銅管溫度急劇降低,室內機銅管在除霜模式時,管溫低至-20 ℃~-30 ℃,此時由于空調室內感溫包測量點距離室內機銅管較近,導致其溫度降低也很快,以室內0℃、室外 0 ℃、高風檔工況實驗結果為例,在時間為60 min~80 min內的除霜過程中,空調室內感溫包溫降由 22.4 ℃降低至-0.9 ℃,溫降為 23.3 ℃,而出風口1.3 m處距離室內機銅管較遠,此時風扇也停止工作,其溫度變化尚不明顯,在上述除霜過程中,出風口1.3 m處溫度由23.6 ℃降低至20.6 ℃,溫降為3 ℃。由此可見,在除霜過程中空調室內機室內溫度感溫包顯示數(shù)值不能代表當前室內溫度真實溫度,在空調輔助電加熱工作模式下進行化霜時,要考慮室內感溫包溫度測量不準確帶來的影響。

        2.4 輔助電加熱工作模式下不同風擋影響

        實驗測量了室內環(huán)境溫度0 ℃、室外環(huán)境溫度0 ℃工況下,不同風檔下的管溫和出風溫度隨時間變化,實驗結果如圖7和圖8所示。由圖7和圖8可知,在一般情況下,隨著空調出風速度提高,空調的出風溫度降低,管溫降低。

        圖7 室內0 ℃、室外0 ℃、不同風檔對出風溫度影響

        圖8 室內0 ℃、室外0 ℃、不同風檔對管溫影響

        分析認為,隨著出風速率不斷提高,空調室內機銅管與周圍空氣對流換熱系數(shù)增大,在空調能力不變的情況下,換熱系數(shù)越大,則溫差越小,進而導致隨風速增加,空調管溫降低,而出風溫度在輔助電加熱不開的情況下是受管溫直接影響的,所以出風溫度也隨之降低。

        2.5 輔助電加熱工作模式下室外環(huán)境溫度對室內環(huán)境溫度溫升效果影響

        室外環(huán)境溫度對室內環(huán)境溫度溫升有一定影響,室內環(huán)境溫度 0 ℃、室外環(huán)境溫度 0 ℃、風量為高風檔和室內環(huán)境溫度0 ℃、室外環(huán)境溫度-7 ℃、風量為高風檔的室內 1.3 m出風口處溫度變化曲線如圖9所示。由圖可知,室外環(huán)境溫度為0 ℃時的室內環(huán)境溫度曲線斜率要大于室外環(huán)境溫度為-7 ℃的斜率,說明室外環(huán)境溫度為 0 ℃時的室內環(huán)境溫升速率要高于室外環(huán)境溫度為-7 ℃的溫升速率,由圖 9可得,室外環(huán)境溫度為 0 ℃時的溫升速率為0.59 ℃/min,室外環(huán)境溫度-7 ℃時的溫升速率為0.42 ℃/min。

        分析認為,一方面,室外環(huán)境溫度越低,在壓縮機功耗相同的情況下,空調向室內環(huán)境的制熱量就越少,導致室內環(huán)境溫度上升速率減慢;另一方面,室外環(huán)境溫度越低,則室內外溫差就越大,室內與室外的散熱量就越大,這也導致了室內溫度上升減緩。兩者綜合作用,使得室內環(huán)境溫度上升速率隨室外環(huán)境溫度降低而降低。

        圖9 室外環(huán)境溫度對出風溫度影響

        3 結論

        在不同工況下,對空調進行自由溫升實驗,所得主要結論如下:

        (1) 在室內空調制熱達到穩(wěn)定時開啟輔助電加熱,理論上室內溫度呈指數(shù)上升的規(guī)律;

        (2) 在不同工況下,開啟輔助電加熱之前,空調制熱過程中空調管溫稍高于空調出風溫度,開啟輔助電加熱之后,空調管溫變化不明顯,出風口溫度升高明顯,并且溫度高于空調管溫;

        (3) 在空調進行除霜模式時,空調室內感溫包測得室內溫度溫降明顯高于1.3 m出風口處測得溫度值;

        (4) 隨著空調出風速度提高,空調的出風溫度降低,管溫降低;

        (5) 室內環(huán)境溫度上升速率隨室外環(huán)境溫度降低而降低。

        符號說明

        P ——輔助電加熱功率,W;

        q ——空調制熱量,W;

        h ——室內空氣與墻壁對流換熱系數(shù),W/(m2·℃);

        c ——室內空氣比熱容,J/(kg·℃);

        A ——室內空氣對流換熱面積,m2;

        m ——室內空氣總質量,kg;

        T ——室內空氣溫度,℃;

        Twall——室內墻壁溫度,℃;

        Tin——室內空調的回風溫度,℃;

        T0——輔助電加熱開啟室內環(huán)境溫度,℃;

        t ——開啟輔助電加熱時間,s。

        [1] 程磊, 田琦. 太陽能-電輔熱供暖系統(tǒng)的經(jīng)濟優(yōu)化[J].建筑熱能通風空調, 2011, 30(5): 57-59.

        [2] 佚名. 2011年 8月中國空調市場分析[J]. 家用電器,2011(10): 106-112.

        [3] 潘向鋒. 電輔加熱除霜在空氣源熱泵機組中的應用[J].內蒙古石油化工, 2011, 37(6): 23-24.

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