多功能制冷设备性能实验室恒温水系统的设计

林永进

摘 要:针对制冷设备性能实验室造价昂贵的问题,提出了建设多功能综合性制冷设备性能实验室的理念,阐述了设计思路,对恒温水系统的设计进行了研究,设计兼顾到室内外侧房间、设备使用侧和热源侧的单独使用或联合使用,兼顾空调机组和热泵热水机组的试验,达到硬件共享、功能多样、经济实用的目的。

关键词:制冷设备 性能测试 恒温水 设计

近年来我国的制冷空调技术发展迅速,性能测试成为在空调设备设计、试制、生产等环节中不可或缺的关键程序,且测试技术、手段日益现代化,作为制冷空调专业的毕业生必须掌握这方面的相关知识和技术,才能在竞争日益激烈的环境中立于不败之地。制冷空调设备与其他电器设备不同,在不同的使用条件下,其制冷量、功耗等性能指标会有很大的变化,为使学生更好地掌握制冷设备性能随使用环境变化、节流元件开度、制冷剂充注量、水量、风量等变化而变化这一关键专业知识,以及掌握制冷空调设备现代化性能测试技术手段,建设制冷空调设备性能实验室十分必要。

鉴于目前高校实验室建设经费紧张,制冷空调设备性能实验室又十分昂贵,我院在该实验室建设中采取了自行设计、在同一平台上实现多种不同设备性能实验的方案,既节约经费,又实现了功能多样化。

一、实验室总体设计思路

1.实验室建设目的

建设制冷空调设备性能实验室,本着教学与科研相结合的原则,在满足教学要求的前提下,提出了可以进行多种科学试验的实验系统,通过本试验系统不但可以加深学生对制冷系统和各种制冷设备性能的理解, 增强学生的动手能力, 而且可以为学生进行发明创新试验提供试验平台,同时,也为专业教师在制冷空调学科领域进行有关的科学研究和设计开发研究提供了基本装置、检测仪表和环境,对于提高学科水平具有较大帮助[1]。

2.实验室功能

为实现功能多样化,我们将实验室设计成能进行各种常用制冷空调设备的性能试验,包括家用分体式空调器、窗式空调器、移动式空调器,家用电冰箱、冷柜、小型除湿机、热泵热水器、小型水冷冷水机组、小型空气源热泵冷热水机组、小型水冷单元式空调机,风机盘管机组等。

3.实验室设计方案

由于制冷空调设备在不同的使用条件下,其性能会发生很大的变化,因此,对一个制冷设备进行性能试验,必须具备可调的使用环境,包括周围空气的温湿度、风速,冷却水、冷冻水的温度、流量等。所以,我们依据《GB/T7725-2004房间空气调节器》、《GB/T 10870-2001容积式和离心式冷水(热泵)机组性能试验方法》、《GB/T19232-2003风机盘管机组》等相关制冷空调设备国家标准,将整个实验室分成2个恒温恒湿的房间,分别模拟室内和室外环境,按照试验要求进行温湿度的调节,作为制冷空调设备的运行空气环境。冷热风型空调设备和风机盘管机组的制冷(热)量采用空气焓值法测量,分别测试进出风的温湿度和风量,计算出进出风的焓差即制冷(热)量[2]。冷热水型空调设备的制冷(热)量采用液体载冷剂法测量,分别测试冷(热)水的进出口温度和水流量,即可计算出制冷(热)量[3]。一次加热式热泵热水机的制热量测试方法同冷热水型空调设备,循环加热式热泵热水机的制热量采用测量被加热水质量、初始水温、终止水温和加热时间的方式计算得到。电冰箱、除湿机等其他制冷器具分别按照相关的国家标准规定的性能测试方法进行试验。所有这些设备的性能试验均在多功能制冷设备性能实验室里实现,同时实现工况自动调节,数据自动采集,自动计算试验结果的全自动控制测量模式。

二、恒温水系统的设计

水冷冷水机组、空气源热泵冷热水机组、水冷单元式空调机、风机盘管机组、热泵热水器的试验除了需要不同要求的空气环境外,还需要提供可调节温度和流量的恒温水。水冷冷水机组的试验需要提供一路热源侧恒温水和一路使用侧恒温水,空气源热泵冷热水机组的试验需要提供一路使用侧恒温水和一个室外空气环境,水冷单元式空调机的试验需要提供一路热源侧恒温水和一个室内空气环境及空气焓值法测量装置,风机盘管机组的试验需要提供一路使用侧恒温水和一个室内空气环境及空气焓值法测量装置,一次加热式热泵热水机的试验需要提供一路热源侧恒温水和一路使用侧恒温水,循环加热式热泵热水机的试验需要提供一定容积和初始温度的水等。可见,这些试验用水都有一个共同的特点——温度恒定,但他们之间的要求又不尽相同。为达到节约投资、系统共享、功能齐全、性能可靠的要求,我们将水冷冷水机组、空气源热泵冷热水机组、热泵热水机的试验放在室外侧,利用室外侧的人工环境;将水冷单元式空调机、风机盘管机组的试验放在室内侧,利用室内侧的人工环境和焓值法测量装置。总共配置3路试验用水系统,其中室外侧2路,室内侧1路,系统原理图如下图所示。

SB1～SB2:水泵 RJ1～RJ3:软接头 V01～V26:水路闸阀 GL1～GL3:Y型过滤器 YB1～YB8:压力表

WB1～WB8:温度传感器PB1～PB2:水阻力传感器LB1～LB2:流量计 EV1～EV2:电动三通调节阀

SV:补水电磁阀FL1～FL2:流量开关

上图中,冷水机组用于对试验用水进行冷却,平衡水箱用于冷热水混合平衡,标准水箱用于热泵热水器测试时作为被加热水的循环储水容器,粗调加热器和精调加热器分别用于对试验用水进行加热粗调和加热精调。图中管道的连接状态为风机盘管机组试验状态,此时只需要室内侧的一路恒温水,同时需要开启室内侧房间环境工况,使用焓值法测量装置测量其制冷量。水冷单元式空调机的试验方法与风机盘管机组相同。当对水冷冷水机组进行试验时,将机组置于室外侧房间,蒸发器进出水接管分别接使用侧接管,冷凝器进出水接管分别接热源侧接管,室内侧水路关闭。当对空气源热泵冷热水机组进行试验时,将机组置于室外侧房间,蒸发器进出水接管分别接使用侧接管,热源侧水路和室内侧水路关闭,同时开启室外侧房间环境工况。当对空气源热泵热水器进行试验时,将机组置于室外侧房间,热水器进出水接管分别接使用侧接管,热源侧水路和室内侧水路关闭,同时开启室外侧房间环境工况,先调节恒温水温度达到规定值,然后切断冷水机组管路,使热泵热水器与标准水箱通过2根水管形成封闭循环。若是水源热泵热水器,同样将机组置于室外侧房间,热水器进出水接管分别接使用侧接管,而热源侧水路和热水器的热源水接口连接,其他同空气源热泵热水器。上述所有设备试验时,传感器信号由数据采集器自动采集并送至计算机处理,计算机自动调节水泵的转速、电动三通调节阀的开度、粗调加热器和精调加热器的加热功率等,使试验用水的温度、流量等参数达到试验要求的稳定工况,进而自动计算被试机的制冷量、制热量、能效比、性能系数等参数,达到试验目的。

三、结束语

该实验室将空气焓值法制冷(热)量测量方法和液体载冷剂法制冷(热)量测量方法相结合,既能测量空气侧制冷(热)量,又能测量水侧制冷(热)量,从而使可测试设备范围大大增加。恒温水系统的设计兼顾到室内外侧房间、设备使用侧和热源侧的单独使用或联合使用,兼顾空调机组和热泵热水机组的试验,达到硬件共享、功能多样、经济实用的目的。

目前,该实验室已完成施工并正在调试中。投入使用后,将为制冷空调专业的制冷原理、空气调节、制冷与空调设备、电冰箱与空调器、制冷空调自动化、毕业设计等课程的实验实训提供优良的实践平台,为师生开展“产、学、研”活动提供良好条件。

参考文献

[1]蔡亮,张小松,李舒宏等.多功能开放式空调创新平台建设[J].实验技术与管理,2006,23(05):49～52.

[2]国家质量监督检验检疫总局.房间空气调节器(GB/T7725-2004)[S].2004.

[3]国家质量技术监督局.容积式和离心式冷水(热泵)机组性能试验方法(GB/T10870-2001)[S].2001.