（制冷及低温工程专业论文）空调系统变工况综合节能策略与实验研究.pdf

摘要 摘要 随着国家对建筑节能工作的要求逐渐提高，空调系统节能优化运行日益受到人们的关注。一次 泵变流量、变风量、变供水温度等空调系统部分负荷下的节能调节措施已经被应用到实际的空调工 程中，并且被证实具有一定节能效果，然而关于多种调节方式的协调应用以及对应调节方式下空调 系统整体性能变化规律的研究甚少，本文针对空调系统不同负荷条件下综合运行调节措施进行仿真 和实验研究，以期促进空调系统节能优化运行策略的研究和应用。 文中建立了以r 2 2 为冷媒的实验台样机系统压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器及表冷器等部件 的稳态集中参数模型，分别编制了制冷系统和末端表冷器的模拟软件，可以进行各运行参数的计算， 并进行了仿真模拟计算。 设计并搭建了实验样机系统，包括水冷冷水机组、流体输送设备、空调系统末端设备，以及整 个系统的测量传感设备；开发了实验台监控软件，可以实时记录、计算、显示、保存各实验参数数 据，方便了数据的处理。 通过冷冻水泵、风机的变频变流晕性能实验，得出了各自耗功率随运行频率的变化关系；进行 了变冷冻水流量对机组性能影响的仿真模拟及实验验证，对比分析了机组制冷量、压缩机耗功率及 c o p 在定、变流量条件下随压缩机运行频率的变化关系；对表冷器热力性能在变冷冻水流鼍、变空 气流量及变冷冻水温度三种条件下的变化规律进行了仿真及实验研究，得出了各种条件下表冷器供 冷量、传热系数及析湿系数的变化规律。 研究了空调系统部分负荷下变冷水流量、变空气流量和变水温相结合时系统总能耗及总能效比 随负荷的变化规律，给出了最优调节策略制定方法。 关键词：一次泵变流量，变风量，变水温，空调系统，节能 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h eg r a d u a li n c r e a s ei nj o br e q u i r e m e n t so nb u i l d i n ge n e r g y - s a v i n gi no u rc o u n t r y , o p t i m a l o p e r a t i o no fe n e r g y - s a v i n go fa i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m sh a v eb e 圯, o m ea ni n c r e a s i n ge o n e e m a d j u s t m e n t m e a s u r e su n d e rp a r t i a ll o a do fa i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m s ，s u c ha sv a r i a b l ep r i m a r yf l o w , v a v , v a r i a b l e c h i l l e dw a t e rt e m p e r a t u r e ，h a v eb e e na p p l i e dt ot h ea c t u a la i r - c o n d i t i o n i n gp r o j e e t , a n db e e nc o n f i r m e dw i t h ac e r t a i ne n e r g y - s a v i n ge f f e c t h o w e v e r r e s e a r c h ea b o u tt h ec o o r d i n a t i o na p p l i c a t i o n so fa d j u s t m e n t m e a s u r e sa n dt h ec h a n g i n g r e g u l a r i t yo fo v e r a l lp e r f o r m a n c eo fa i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m su n d e r c o r r e s p o n d i n gm e a s u r e si sv e r yf e w s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n ts t u d i e sd i r e c t e dt o w a r d sc o o r d i n a ：i i o n a d j u s t m e n tm e a s u r e sa r ec a r r i e do u tw i t hav i e wt op r o m o t i n gr e s e a r c h e sa n da p p l i c a t i o n so ne n e r g y - s a v i n g a n do p t i m a lo p e r a t i o ns t r a t e g yi na i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m s t e a d y s t a t el u m p e dp a r a m e t e rm o d e l sf o rc o m p r e s s o r , c o n d e n s e r ，e x p a n s i o nv a l v e ，e v a p o r a t o ra n d c o i l i n gc o i lo ft h ee x p e r i m e n t a lp r o t o t y p es y s t e mw i t hr 2 2a r ee s t a b l i s h e d s i m u l a t i o ns o f t w a r e so f r e f r i g e r a t i o ns y s t e ma n dc o o l i n g c o i la r ep r o g r a m m e d m o s to p e r a t i n gp a r a m e t e r sc o u l db es i m u l a t e d e x p e r i m e n t a lp r o t o t y p es y s t e m ，i n c l u d i n gw a t e r - c o o l e dc h i l l e r , f l u i dt r a n s f e re q u i p m e n t , c o o l i n gc o i l a n dm e a s u r e m e n ts e n s i n ge q u i p m e n t s ，i sd e s i g n e da n de s t a b l i s h e d e x p e r i m e n t a lm o n i t o r i n gs o f t w a r ei s d e v e l o p e d i tc o u l dr e c o r d , c a l c u l a t e ，d i s p l a ya n ds a v ev a r i o u se x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r sd a t aw h i c h f a c i l i t a t e st h et r e a t m e n to fd a t a t h r o u g hv a r i a b l ef l o wp e r f o r m a n c ee x p e r i m e n t sf o rc h i l l e dw a t e rp u m pa n df a nb yv a r i n gf r e q u e n c y , t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h e i rp o w e rc o n s u m p t i o nw i t ho p e r a t i n gf r e q u e n c ya r eo b t a i n e d t h ei n f l u e n c eo f v a r i a b l ep r i m a r yf l o w0 1 1t h eu n i tp e r f o r m a n c ei ss i m u l a t e da n dv e r i f y e db ye x p e r i m e n t t h er e l a t i o n s h i p s b e t w e e nu n i tc o o l i n gc a p a c i t y , c o m p r e s s o rp o w e rc o n s u m p t i o n ，c o pa n di t s o p e r a t i n gf r e q u e n c ya r e a n a l y i s e du n d e rv a r i a b l ep r i m a r yf l o wc o n d i t i o n t h ec h a n g i n gr e g u l a r i t yo fc o i l i n gc o i l st h e r m a l p e r f o r m a n c eu n d e rv a r i a b l ep r i m a r yf l o w , v a va n dv a r i a b l ec h i l l e dw a t e rt e m p e r a t u r ei ss t u d i e db y s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a n dt h ec h a n g i n gr e g n l a d t yo fc o o l i n gc a p a c i t y , h e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n ta n d d e h u m i d i f y i n gc o e f f i c i e n to fc o o l i n gc o i lu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n sa r eo b t a i n e d t h ec h a n g i n gr e g u l a r i t yo ft o t a le n e r g yc o n s u m p t i o na n ds y s t e me n e r g ye f f i c i e n c yr a t i o w i t t l a i r - e o n d i n t i o n gl o a du n d e rd i f f e r e n ta d j u s t m e n tm e a s u r e si ss t u d y e d a n dt h eo p t i m a la d j u s t m e n ts t r a t e g yi s g i v e d k e yw o r d s ：v a r i a b l ep r i m a r yf l o w ，v a r i a b l e a i rv o l u m e ，v a r i a b l ec h i l l e dw a t e rt e m p e r a t u r e ，a i r c o n d i t i o n i n gs y s t e m ，e n e r g y - s a v i n g 主要符号表 名称 质量流量 压力 摄氏温度 比焓 压缩机耗功 热力学温度 输气系数 多变指数 电效率 换热量 含湿茸 瑞利系数 干度 面积 比热容 努塞尔数 雷诺数 普朗特数 压缩机气缸半径 长度 相对偏心值 偏心距 输气量 容积系数 压力系数 温度系数 泄漏系数 回流系数 表冷器管排数 主要符号表 单位 j ( g s k p a k j k g w k w k g k g m 2 k j ( k g ) m m m m 3 s 1 1 1 名称 定压比热容 相对余隙容积 传热系数 空气气体常数 绝热指数 转速 对流换热系数 密度 温度差 流量系数 比体积 动力粘度 直径 质量 性能系数 间距 摩擦阻力系数 波纹角度 压力差 面积扩展系数 干度差 重力加速度 比容 传热因子 析湿系数 水当量比 传热单元数 热容最 波尔兹曼常数 单位 k j ( k gk ) - 1 w ( m 2 ) k j ( k g k ) r s w ( m 2 ) k g m 3 m k p a m s 2 m 3 k g l d 蚝唔。蚕批胁m 蛞 嬗q c七足f刀口夕址岛ud g 御 万厂痧印p姒g y 、l e i y 矿仃 蛆聊p，矗r o m q d鼢x彳c妇n，三占p矿。如知如厶， 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 签名：桕奎 日期：加。7 矾箩 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 第一章绪论 第一章绪论 随着我国国民经济的快速发展和居民生活水平的不断提高，人们对居住、公共建筑等房间的热舒适性 要求不断提高，空调业随之快速发展。空调给人们带来舒适环境的同时，其能耗在总能耗中的比重不断 增大而能源问题在经济发展过程中日益突出，节能因此受到人们的广泛关注。同时，受全球气候变暖的 影响，一些人城市复季出现用电高峰，两空调用电量甚至高达5 0 以上，这更加促进了空调系统的节台誊研 究。我国于上世纪八十年代就已经提出了建筑节能，进入“十五”以来，i f f i 者f l t t 界能源危机的紧迫和世界 环境的诸多问题，建筑节能已经成为近年来世界建筑界提及最多最热门的主题。国家于今年颁布实施的节 约能源法、民用建筑节能条例和 ，0 3 乙。 ( 2 ) 流动阻力计算模型： 蒸发器模型考虑了工质在换热器内部的流动阻力。在相变情况下，由于阻力不同而造成的压降 2 0 v，一x ，一， 卜 ， 型x 8 + l e i 订 “ k f i e i 中其 第三章变流量空调系统模型的建立 大小不同还会影响到传热温差的大小，因而流动阻力的加速应与传热计算发生关联。 单相流动阻力： 单相流体流动阻力主要包括摩擦阻力和局部阻力两部分。 摩擦阻力计算公式如下，p a ： 卸= 专譬 摩擦阻力系数，由下式计算陋】： ，= 【2 9 1 7 - 0 1 2 7 7 0 + 2 0 1 6 x 1 0 5 0 2 】【5 4 7 4 1 9 0 2 + 1 8 9 3 矽2 5 3 4 1 3 】 r e f o 2 + o 0 5 7 7 咖( 棚7 4 t 5 + 2 1 ) 1 适用工况：r e 1 0 0 0 ，3 0 。0 6 0 。，1 1 5 。 ( 3 3 1 ) ( 3 3 2 ) 式中：为波纹角度，秒为面积扩展系数( 有效表面积与投影面积之t g ) 。 蒸发器进出口的局部流动阻力损失由下式估算鲫，p a ： 卸：1 5 丛墅 ( 3 3 3 ) 1 ， 式中，成和分别为工质在孔口处的平均密度( k g m 3 ) 和流速( m s ) 。 两相流动阻力： 两相流体流动时除产生摩擦阻力、局部阻力外，还有加速阻力和重力阻力。 摩擦阻力系数计算关联式1 甜1 ： r e 叼 6 0 0 0 ：，妒r e o - 5 = 3 1 2 1 r e 叼o 0 4 5 5 7 加速阻力采用下式计算，p a ： a p = g 2 似 式中，为汽相和液相的比容差( m 3 k g ) ：赵为进出口干度差。 重力阻力以下式计算( 可忽略) ，p a ： 卸：照 ，肺 式中，g 为重力加速度( m s 2 ) ；为汽液混合物平均比容( m 3 k g ) ，以均相模型计算： 1 ( 3 3 4 ) ( 3 3 5 ) 东南大学硕士学位论文 = 以+ ( 1 。以) 嵋= 屹+ 以 3 2 表冷器模型 ( 3 3 6 ) 表冷器为连接冷源侧水系统与用户侧风系统的关键设备，也是空气处理装置a h u 的主要组成部 分，同时也是本文研究空调系统中的主要对象。本文将研究部分负荷下变频变流量时空调系统的性 能变化及其节能优化，因此有必要建立表冷器的模型。 3 2 1 定性温度值 量。 流体的热容量：形= q c ，其中为流体的质量流量，c 为流体的比热容。 定义c + 为：c = 睨缸睨。，其中w m 、既。分别为换热两流体中的最小热容量和最大热容 对于逆流式或叉流式换热器，当c 0 5 时，可取算术平均温度作为其平均温度，即 ， 一 + ，l 2 亨 ， 一f 2 + 乞 乙：2 芋。 当c 。 t l l ，则为干工况；若b - f 工。，则为临界工况；t 3 t 则为湿工况。 2 7 东南大学硕： 学位论文 湿上况出风参数计算如下： 幺= 白一吻( f g l f 3 ) ：= 证一( 1 一龟) ( t 一- ) 干工况出风参数计算如下： ，g z = f g t - 占i ( t g t 一。) ( 3 6 3 ) ( 3 6 4 ) ( 3 6 5 ) 铲”k 劣掣 若为临界工况，则可以用湿工况时的计算方法，也可用干工况时的计算方法。 知道了出风参数，根据公式3 6 l 即可求出冷水出表冷器的温度。 由于文献凹】中将空气侧对流换热系数和盘管总换热系数视为已知参数来进行计算，而本文仿真 中需要根据进风及进水参数的变化计算出其值，因此不能完全按照文献中算法进行表冷器的校核计 算，需要进行迭代运算以完成对表冷器出口参数的计算。 3 2 7 表冷器结构参数计算 选定常规的某一型号的波纹式翅片管表冷器进行仿研究。 相关参数计算如下： 每米肋管长的肋片表面积彳，： 4 = 2 ( 墨一丢碱2 ) 他+ _ ) = o 7 8 4 6 每米管长肋片间基管外表面积以： 4 = 7 r d o e i ( e + ) = 0 0 4 7 每米管长总外表面积4 ( 翅顶面积忽略不计) ： 4 = 4 + 4 = 0 8 3 1 6 每米管长内表面积4 ： - 4 = 万谚j = 0 0 4 4 6 每米管长平均面积4 ： 4 = 7 。( 4 + 吃) 2 = 0 0 4 7 4 ( 3 6 7 ) ( 3 6 8 ) ( 3 6 9 ) ( 3 7 0 ) ( 3 7 1 ) 第三章交流量空调系统模型的建立 最窄截面处空气流速“。： 2 砑q o 再s 1 可e ( 3 7 2 ) 其中：g 口为空气质量流量，1 w j s ；成为空气密度，k g m 3 ；a 为表冷器的迎风面积，m 2 ；西为管间 距，_ = 是s i n 6 0 。；是为排间距；d o 为基管外径；e 为翅片间距；为翅片厚度。 3 3 制冷系统及表冷器的仿真模型及仿真结果 ( 1 ) 本文主要通过建立冷水机组模型和编制相应的计算程序来模拟机组运行工况。制冷系统工作 过程制冷剂压焓图如图3 - 3 所示： 压力 焓 图3 3 制冷系统工作压焓图 系统模拟程序流程如图3 - 4 所示： 系统模拟程序流程描述： 模拟程序开始，先假设一个蒸发压力m 和一个冷凝压力陆，以及冷凝器出口过热度和压缩机吸 气过热度，调用压缩机子程序，得到冷凝器入口处制冷剂的状态参数，如温度如，和制冷剂质量流量 m ，再调用冷凝器子程序，计算出冷凝器出口处制冷剂的状态参数，如比焓值如，以及制冷剂侧放 热量、冷却水侧换热量和过冷度，如果计算出的换热量相对误差或者计算出的过冷度与设定值的偏 差超过一定范围，则使用牛顿迭代法调整冷凝压力，并重新调用压缩机子程序计算新的幻，和质量流 量m ，循环计算，直到计算出的换热量偏差及过热度偏差在误差允许范围为止。 调用膨胀阀子程序，得到蒸发器入口处的比焓值h 6 。 调用蒸发器子程序，计算蒸发器出口处的状态参数，如制冷剂蒸发温度如和出口温度t l ，以及 蒸发器的换热面积彳肿，如果计算出的换热面积误差过大，则使用牛顿迭代法调整蒸发压力，重新 调用压缩机、冷凝器和膨胀阀子程序，循环计算，直到计算出的换热面积及过热度在误差允许范围 内。 经过循环计算，不断得到新的蒸发压力和冷凝压力值，如果计算出的蒸发压力陆和冷凝压力艮 趋于稳定，则认为计算已经得到了正确的解，循环可以结束，输出参数，模拟程序完成。 东南大学硕士学位论文 图3 - 4 制冷系统模拟计算流程图 ( 2 ) 根据表冷器的结构参数及冷冻水、空气入口参数，求解出口参数的基本步骤如图3 5 所示： 图3 5 表冷器出口参数模拟计算流程图 3 0 第三章变流量宅调系统模型的建立 3 4 模拟结果 ( 1 ) 在制冷系统模拟程序中输入各参数，如蒸发压力5 5 9 8 2 k p a 、冷凝压力1 4 6 6 5 k p a 、过热度6 、过冷度l 、蒸发器入口水温1 2 及流量0 3 3 l s 、冷凝器入口水温3 0 及流量0 4 1 9 l s ，经过 模拟计算，输出结果如下： 冷凝压力：15 3 3 6 7 k p a 蒸发压力：5 7 9 7 l k p a 冷却水出水温度：3 4 4 5 冷冻水出水温度：7 0 4 压缩机吸气温度：1 1 0 7 压缩机耗功率：1 7 5k w 制冷量：6 8 3k w c o p ：3 9 ( 2 ) 在表冷器模拟程序中输入仿真初始参数，如空气入口干球温度2 7 、湿球温度1 9 5 、空 气流量1 2 0 0m 3 h ，冷冻水入口温度7 、流量0 4l s ，经过模拟计算，部分输出结果如下： 出口空气干球温度：1 8 6 l 出口空气湿球温度：1 5 4 9 冷冻水出水温度：9 8 5 传热量：4 8 k w 3 5 本章小结 本章针对所搭建的样机系统，建立了以r 2 2 为冷媒的水冷冷水机组的各部件模型和系统模型， 以及末端表冷器的模型。 在压缩机模型中，考虑了各种影响输气系数的因素，计算出了压缩机耗功及制冷剂质量流量。 在冷凝器模型中，根据具体的冷凝器结构尺寸及入口条件，研究了制冷剂侧、水侧和管壁的传 热情况，按照换热器两侧热量平衡及要求的过冷度计算出了冷凝器出口制冷剂比焓值、温度及合理 的冷凝压力。 在膨胀阀模型中，根据冷凝器出口制冷剂比焓值及蒸发压力计算出蒸发器入口处的制冷剂干度 值正 在蒸发器模型中，考虑到制冷剂在两相区的传热系数与干度有关，分别研究了制冷剂处于两相 区和过热区情况下制冷剂侧、水侧和板片的传热情况，并按照计算换热面积与实际换热面积相等及 要求的过热度，计算出了蒸发器出口制冷剂比焓值、温度及合理的蒸发压力。 最后，编制出制冷系统的模拟程序，可以进行各运行参数的计算。 3 l 东南大学硕十学位论文 第四章变流量空调系统建立与实验研究 本文在上一章建立了制冷系统及其末端的数学模型，并介绍了对应模拟程序的编制流程，从而 为空调系统变流量仿真研究奠定了基础。为了更准确全面地研究变流量条件下空调系统综合性能的 变化规律，本文还将设计搭建空调系统变流量综合性能实验台，进行实验研究，并验证仿真模型。 4 1 实验台介绍 为模拟实际空调系统的运行情况，设计搭建了样机系统，制冷机组采用水冷冷水机组，末端采 用空气处理柜，送风房间为保温库板房。根据实验对不同冷量负荷及变水温的需要，机组采用变频 压缩机设计方案，从而可以通过调节压缩机的运行频率实现空调系统不同负荷条件的模拟。同时， 为实现冷冻水流量及送风量的变流量调节目的，水泵、风机均使用外置变频器来调：肖运行频率的设 计方法。为满足一定的实验测试条件，在冷却水和冷冻水管路中均设计了恒温器，在送风管路中设 计了电加热器和蒸汽加湿器，以及相应的控制系统，从而可以实现温湿度的自动控制。为准确获得 必要的实验参数数据，设计了系统运行中各种参数的测量点、对应传感器以及数据采集系统，还编 制了数据监控、实时采集与处理软件，以便更快速有效的采集、记录、处理和保存各种数据。 根据变流量实验台的功能设计要求，在某制冷设备公司的协助下研制出的实验样机系统，如图 4 - 1 所示。 图4 _ l 实验样机系统图 水冷冷水机组的设计制冷晕为7k w ，机组的压缩机采用全封闭型旋转式交流变频压缩机，型号 为b h l 0 8 x 1 c 2 0 f z ，其额定运行频率为8 0h z ，允许频率范围为3 0 1 2 0h z ，可以通过外置变频器 调节压缩机的运行转速，从而实现调节容蕈的目的，使用制冷剂为r 2 2 ；冷凝器采用江苏省姜堰市 恒达液压机械制造厂生产的壳管式换热器，型号为r c 2 0 ，壳侧与管侧的设计压力均为1 0l v i e a ，设 计温度分别为5 0 、4 0 ；蒸发器采用阿法拉伐高效板式换热器，型号为c b 5 2 3 0 hh 2 6h 2 3 e 2 6 ， 设计压力为3 0 、，l p a ，换热面积为1 4 时。 变频冷冻水循环泵采用单级单吸变频离心泵，其额定流量为2 5m 3 h ，额定扬程1 3 4m ，最大扬 程为1 9m ，额定功率为0 3 8 0k w ；为了获得某一稳定的试验工况，在样机系统中设计了2 个恒温器， 均由控制器来自动控制加热量，恒温器l 用来维持一定的冷却水进水温度，恒温器2 用来维持一定 的冷冻水进空气处理柜温度。通过外置变频器来控制电机的运行频率，从而获得一定的冷冻水流量 及空气处理柜送风量。 空气处理柜实物图如图4 - 2 所示，由表冷段、均流段、喷嘴室和风机等部分组成，其中风机的 额定风量为1 2 0 0m a h 。风机出口处的空气管路中设置了电加热器和蒸汽加湿器，电加热器的设计加 3 2 第四章变流量窄调系统建立与实验研究 热鼋为7 k w ，加热量与加湿量由p i d 控制器根据醴定的干球温度、槛球温度值自动调节 图4 0 空气处理柜 实验台测控系统硬件总体结构布置如图4 - 3 ( a ) 所示，土要由实验片jp c 机、多串口p 、 r s 2 3 2 r s 4 8 5 转换器、数据采集仪、备设备的电参数测量仪及挣制嚣等构成。再传感设备丰要由留 舡1 ( a ) 中铂热电阻温度传感嚣( t i t 2 ) 、绝压变送器( p 1 p 6 ) ，涡轮流量计、喷嘴前后差压变送器 等构成。整个实验台的监控软件是利用运行于w i n d o w s 平台r 的v i s u a lb a s i c6 , 0 ( 简称v e t ) 开发 的，其开发山的软件界面友好，本实验台的监控界面如图4 - 3 c o ) 所示，其以动态方式按照一定周期 实时采集、显示被测系统的运行情况及系统中温度、压力、流量、功率等测量参数的变化情况，可 以方便观察。同时，此监控软件还可阻集中处理采集到的实时数据，并将处理后的数据实时地保存 到a c c e s s 数据库可方便实验完成后的调用与分析，大大减轻了实验过程中记录、处理人量数据的 l 作量。 图”( a ) 实验台测控系统硬件结构图 图4 0 c o ) 实验数据监控土界面 ” 守圈铲圈墅一_ i守剑 霹 二南 东南大学坝1 ，学位论文 4 2 实验仪器、仪表 下面将对变流量实验台_ 【i j 到的参数测昔元什、数据采集仪、控制器、功率计、变频器尊设备进 行详细弁智 ： 4 已1 热电阻温度传感器 热电阻温度传感器在中、低温下具有较高的准确度，通常用来测量- 2 0 0 5 0 0 范围内的温度。 其涮辐；【原理是根据物质的电阻值随物质本身的温度变化而变化即热电阻效应。用于测漏目的的金 属导体称为热电阻，而、f 导体称为热敏电阻。工业热电阻有昔通型和铠装型两种，h 前应用展j 泛 的是铂热电阻和铜热电阻。铠装铂电阻外保护管采用不锈钢内充满高密度氧化物质绝缘体具有 根强的抗污染和优良的机械强度适合安装环境恶劣的场台。本实验台均采用无固定装置式铠装铂 热电阻温度传感器，型号为w z p k - 1 6 4 s ，分应号p 1 1 0 0 ，测温范围为- 2 0 0 + 5 0 0 ，允许偏差为 ( 0 15 + 00 0 2 l t l ) 如酗4 4 所示。 辛圄 图4 4 铂热电阻图4 - 5 涡轮流量传盛器 4 2 2 漉量传感器 为准确测量到空调水系统的冷冻水流量大小，需要用到流量传感器。实验所川的流量传感器是 涡轮流量传感器，其犁号为l w y - 1 5 c 犁如图4 j 所示，其满度流量为6 0 m ，工作压力：63 m p a 输出4 2 0m a d c 的标准电流信号，精度为10 级。当被测流体流经传感器时传感器内的 叶轮借助流体的动能而产生旋转，叶轮即周期性地改变磁电感应系统中的碰阻值，使通过线圈的磁 通量周期性地发生变化而产生脉冲信号，经放大器后传送至相应的流量计算仪表，进行流量的测量。 涡轮流量传感器是流量测量仪表rj 类中的一个重要产品系列，若用于洁净的低粘度液体流量测 量时，在相当宽的流量范围内其测量精确度可达05 一0 1 5 ，重复性可达0 1 - o0 5 ，这是它 最为采出的优点。另外它还具有体积小、重量轻、易于儆到耐高压及数字脉冲输出等特点。 4 2 3 压力传感器 测量压力和真空的仪表，按照信号转换原理的不同。大致可分为以下几种j ： ( 1 ) 重力平衡方法，如渡枉式压力计( u 形管压力计等) 、负荷式压力计( 生要为活塞式压力计) ； ( 2 ) 机械力平衡法( 准确度较高，结构复杂) ； ( 3 ) 弹性力平衡方法，如波纹管压力计、膜盒式压力计等； “) 物性测量方法，如电测式能力计( 电容式、址阻式变送器等) 。 本文土婴采, t l j m p m 4 8 0 绝压变送器，测量范隔有o 15 m p a 和0 25 m p a 阿种规格丁作温 度为- 3 0 8 0 输出4 2 0 m a d c 标准电流信号，如f 幽4 击所示。 斟4 - 6 绝压变送器图47 电容式差压变送器 第心章蹙流量窄谓系统建立与实验研究 4 2 4 差压传巷器 采用m d m 4 9 5 1 系列电释式差币变送器，如图47 所示。可用来测量流量、渣位和应用于其它 要求精确测量差压、压力的场台；采小型及防爆设计，零位和量程可以从外部调整，电子部什和 接线处在隔离韵舱室内，校验非常简单；内部有卟可变电容的传搏组中f ，过程压力通过隔离膜片 和灌充液硅油传到传感膜片引起位移，传感膜片和两电容极板之间的电容差由电子部件转换成4 2 0 m a d c 的二线制输出的标准电信号。 4 2 5 变频器、控制器 水泵、风机变频器均采用富士3 相4 0 0 v g i i s 系列变频罂，如图4 所示。变频器输入电源为 3 相3 8 0 v 输l i l 为3 辎，可分别设定v h 控制模式f 基本频率和揖高频率时的输 1 1 电压，范围为3 2 0 3 8 0v 。蛙高输出频率为5 0 4 0 0h z 基本输出频率为2 5 4 0 0h z ，启动频率为0l 6 0h z ，均可 n 行设定。变频器可接受按键设定及外部0 1 0vd c 电压、4 加m ad c 电流设定，提供r s j $ 8 s 串行通信接口。 圈扯8 富士变频嚣图4 - 9 欧姆龙变频器 压缩机变频器采用欧姆龙3 0 3 m v 系列变频器，如图4 - 9 所示。本试验台压缩机变频器的输入电 源为单相额定输出为三相a c2 0 0 2 3 0v ，控制方式选择v 玎控制( 允许分别设定蛙小输出频率、 中问输出频率及其对应的电压，以及最人电压及其对应的输山频率) 频率控制范围为o l 4 0 0 h z 。 变频器允许手动设置频率及外部电信号输 频率指_ 令，外部电信号可以是来自控制器的o 1 0v 的 直流电压或者0 4 2 0 m a 直流电流。变频器提供了r s 一1 8 5 通信接口，允许与上位机进行数据信息 的交互。 控制器采h j 山武数字指示调1 r 器s d c 2 6 ，如图4 1 0 所示。工作电源为单相2 2 0 v ，可接受热电 偶、热电阻、直流电压，直流电流等输入信号，对输入信号可进行比率、偏置、滤波，可输h l 继电 器控制信号及4 2 0m a 电流控制信号，同时带有事件输出功能( 为其他控制提供信号) 。可选择 o n o f f 控制或p i d 控制，允许分别设定p 、i 、d 参数，带白动鹅定功能，提供c p l 通信及m o d b u s 通信两种功能。本试验台共安装丁8 台s d c 2 6 控制器均以总线方式通过r s 4 8 5 通信接口与用户 软什交换信息。 图4 一1 0 s d c 2 6 t2 6 电参敷测量仪 变频水泵和风机均采用y d 3 0 0 0 智能电力参数综台测量仪如酗4 - i i 所示。它具有可编枵、遥 测、i u 能累加、数字通讯等功能，带有人屏幕l e d 显示窗，同时可显示1 0 个参数。测量功能包括； 一条二相四线回路或其它任f n i 线制的全部相线电压、电流、功率、功率园数、频率蒋。y d 3 0 0 0 还 具有n 动校准零点功能。克服零点随时间和温度的漂移。实现所有参数的零点免调提高了仪表的 呲帅曦雌蜩嗣? 车市丈学碗上学位论文 整体测量精度，简化了校准流程。电度测量精度可返1 0 缓其它参数可达0 5 级以上。y d 3 0 0 0 采 用量程自动切换技术，提供5 1 2 0 v 6 0 0 v 的电压输入量程，o 1 a 5 a 的电流输 量程，最大5 a ， 能自动适_ f i 下各种测量系统，无需任何硬件或软件的调接。两台y d 3 0 0 0 【u 参数测量仪以总线方式 通过r s 4 8 5 通信接口与h j 户软件交互信息。 面五 t 刻 l +8 。m 抽l l 一一 图4 - 1 ly d 3 0 0 0 压缩机运行电参数采用a i n u 0 7 9 x x l - i 系列三相电参数练台* 4 量仪如图4 一1 2 所示。测母范围； 电压1 0 0 v 6 0 0 0 v ，电流0 0 3 0 a 50 0 0 a 4 0 0 0 a ，有功功率00 2 0 k w h 2 40 0 k w 。功率因数 太于等于0 2 时，有功功率测晕误差为郴2 5 x 读数+ 0 2 5 x 量程) ：电压、电流的测茸误差均为 扣2 5 x 读数十o2 5 x f l ；程) - 该测量仪提供r s - 2 3 2 和r s m 8 5 两种通讯接口供用广选择。 i譬， l- _ - ：一 幽4 1 2 a i n u 0 7 9 5 1 4 2 7 致据采集仪 宴验台采用a g i l e n t3 4 9 7 0 a 数据采集仪，如图4 1 3 所示，用来采集温度、流量、压力、压若等 信号。a g i l e n t3 4 9 7 0 a 将精确的测量能力与灵活的信号连接结合起来使之川于生产和开发测试系 统。使川厂家提供的软什可以通过r s - 2 3 2 串行通讯接口按照m o d b u s 协议与p c 机交互信息。 仪器后部内置3 个模块插槽，共6 0 个测量通道可独立配置每个通道，井可在每个通道上使用 m x + b 定标雨报警限功能。它具有齐全的测量功能可直接测量热电偶、电阻温度检测器、热敏电 阻、直流电旭、交流电压、电阻、直流电流、交流电流等传感信号。它允许多种扫描方式：外部f j 描、内部扫描和手动扫描，并可以间隔扫描存储多达5 0 0 0 0 十带有时间标记的读数。用广界面直观， 可从前面板通过旋钮进行快速的通道选择、菜单导航和数据输入。 4 3 变流量实验目的 罔4 - 1 3 a g i l e n t3 4 9 7 0 a 空调系统通常按照设计日晟人负荷米选择冷水机纽，对于定流量系统则按最大负荷米设计水、 空气输送系统。然而实际运行中，空调系统的负荷分布在一年之内是极不均衡的，在设计负荷下的 运行时间只占总运行时间的极小一部分，详见表1 所示。当室外气象条件或室内热湿负荷发生变化 时，空调系统将处于部分负荷条件下运彳_ ，此时可以不对水系统及空气系统进行变流量调节，任其 处于人流量小温差状态，这时水泵、风机输送能量过剩，通常消耗在节流或旁通上而白白浪费。 第四章变流量空调系统建裒与实验研究 表1 空调负荷的全年分布情况 空调负荷率 7 5 1 0 05 0 7 52 5 5 0 2 5 l i 运行时间百分比 1 05 03 01 0 i 注：引自美国制冷协会标准8 8 0 5 6 为了节约系统部分负荷条件下的输送能耗，可以通过单独调节进空气处理柜冷水温度或者流量、 单独调：宵空气处理柜风量或者联合调节进空气处理柜冷水温度或者流量及空气处理柜风量这三种方 法来追踪系统负荷的变化。虽然这些调节方法有利于： 了能，然而这几种运行方案下的压缩机、水泵、 风机的能耗均会发生改变，系统总能耗、总能效比也会发生相应变化，同时空气的热湿处理效果也 将发生改变。这几种调： i 了方式相对定流量系统是否节能? 哪种调节方式节约能量更多? 哪种调节方 式更稳定、可靠，且容易实现? 房间的热舒适性能否满足? 这些都是值得探讨的问题。因此，通过 研究变流量条件下系统综合性能变化规律有助于深入理解变流量条件下空调系统性能的变化规律， 为寻找系统节能优化控制策略提供依据和参考。从而在满足热舒适性要求条件下寻找降低空调系统 运行能耗、提高运行效率的有效方法，为空调系统节能优化运行寻找途径，使变流量的节能效果在 实际工程项目中充分体现出来。 4 4 水泵、风机变频调速节能原理 4 4 1 曲线拟合的最小二乘法 在对水泵、风机进行性能测定时，根据不同的电机运行频率可以测定m 个工况点，从而获得m 组耗功一流量数据。由于测定中仪器及其他原因产生的误差，可能造成测定的数据偏离实际工况点， 就不能用插值方法建立性能曲线的代数方程，而要采用最小二乘法进行曲线拟合【9 2 1 。 已测得数据( 口，尸，) 其中，= 1 ，2 ，m 。对应第，个测点所得的流晕与耗功，有 如下关系：尸( 口，f l + c 2 口，坞口，2 ，测点的实际耗功率尸( 印，) 与实测尸，间存在误差d , - - 尸( p ，) 一p ，为了从测定的m 组数据出发，求取一个最佳的系数c l 、q 和。的值，以便使误差最小，建 立误差平方和函数晟 j ” 2 _ 一一2 e = 【p ( g ) 一日】- - 2 lc l + c 2 q + c 3 q 2 一弓i ( 4 1 ) i = li=l。 根据最小二乘原理，求取误差的平方和函数e 为极小时的c l 、q 和c 3 的值： 等= 2 芝 c t + c 2 9 + g 踢2 计q = 0 ，j = 1 , 2 , 3 ( 4 2 ) v 、一j j ；l 整理可得： c l m + c 2 9 + c 3 q j 2 = 毋 f = l1 = 1j = l 舶历m所 c i q + c 2 9 2 + c 3 q 3 = 毋g ( 4 3 ) j = l i = li = l i = l 研mmm c i q 2 + c 2 q 3 + c 3 q 4 = 只9 2 解上述三元一次方程组，即可以求得c l 、c 2 和c 3 的值。 4 4 2 水泵、风机的性能曲线 水泵与风机的性能具有相似性，均具有三条主要的性能曲线，即泵与风机所提供的流量和扬程 之间的关系曲线、泵与风机所提供的流量和所需外加轴功率之间的关系曲线、泵与风机所提供的流 量与设备本身效率之间的关系曲线。 一定运行转速下，单台泵或风机的扬程由流量决定，通常可以用多项式拟合出扬程一流量曲线： h = o t ) + a l q + a 2 q 2 + + a n q 一 ( 4 4 ) 3 7 东南人学硕士学位论文 为简化计算，本文采用二次多项式，利用最小二乘法拟合，则： h = a o + a l q + a , z q 2 ( 4 5 ) 式中a o 、a l 、a , z 为水泵、风机的扬程一流量曲线的系数。 类似地，单台泵或风机的耗功率与流量的关系曲线，也可以采用多项式拟合出两者间的关系曲 线： e = b o + 岛q + 6 掣q 2 + + 6 ，q 1 ( 4 6 ) 为简化计算，本文采用二次多项式，利用最小二乘法拟合，则： p = + b l q + b z q 2 ( 4 7 ) 式中b o 、6 i 、如为水泵、风机的耗功率一流量曲线的系数。 水泵与风机的效率是有效功率( 只) 与轴功率( 尸) 之比，当以一定的压力和流量输送一定的 流体时，其有效功率是一定的，有效功率可以由扬程、流量和输送流体的密度来确定： e ：p g q h ( 4 8 ) l u u u 则运行效率为： 印：墨：丝盟 ( 4 9 ) 尸儿j u u ， 因此，当水泵、风机的h q 曲线和p q 曲线确定后，其，7 一q 曲线就可以得到，随着的水 泵、风机工作点的改变，其效率也会变化，额定工作点对麻的效率最高，称为额定效率，当t 作点 偏离额定工作点时，其效率变低，离额定工作点越远，其效率越低，当效率过低时，水泵、风机会