KLRFP-1200Ⅱ-水冷分离式风机盘管空调器设计【含CAD图纸+文档】
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文献综述 题 目 风机盘管空调器的研究发展与保养 学生姓名 专业班级 学 号 院 (系) 指导教师(职称) 完成时间 风机盘管空调器的研究与发展 摘要本文分析了风机盘管空调器的研究和发展状况,为风机盘管的设计开发和空调工程中风机盘管的选用提供参考。 关键词风机盘管空调器;研究;发展;竞争力 Abstract This paper analyzes the state of research and development of fan coil pipe air conditioner, provide a reference for the selection of fan coil air conditioning engineering design and fan coil. keywords fan coil air conditioning; research;development; competitiveness 1.引言 风机盘管空调器(fan- coil unit)简称风机盘管,在上个世纪的50 年代首先应用于美国1,日本从上世纪60 年代引进美国技术开始研发风机盘管,而且发展迅速。它的出现到今天虽然已有半个多世纪的历史,但由于制造工艺水平的不断提高和产品规格型号的多样化,在世界各国仍然盛行。近几年来,我国风机盘管采用了一些先进的技术,取得了一些明显的成果,大大提高了风机盘管机组的性能,缩小了与国外同类产品的差距。作为产品设计人员,不仅要做到设计计算的准确,还要熟悉产品的生产工艺以及在工程中的应用,针对当前市场的需求,将专业理论与实践有机地结合起来,才能开发出成本低、性能稳定、运行经济合理的机组。2 2.风机盘管空调器的结构和工作原理风机盘管机组的结构比较简单,主要由盘管和风机组成,并由此得名。目前国内产品采用的风机多为前向多翼双进风口离心式,转速一般分为高、中、低三档。盘管是表面式热交换器,一般采用铜管套铝片的形式,管片结合紧密,传热性能好。盘管下部装有凝水盘用来收集凝结水,并设排水管嘴。空气过滤器用来过滤回风中的尘埃,其滤料一般采用纤维织物或尼龙编织物。机组的箱体采用型钢架和薄钢板制成,其出口格栅做成固定式或可调式。风机盘管通常应用于半集中式中央空调系统,在每个空调房间内设置风机盘管机组,作为系统的“末端装置”。其工作原理为:风机使室内空气不断循环,受迫流动的空气在盘管和肋片间与管内流动的冷水或热水进行热湿交换,使室内空气或与室外的混合空气被冷却或加热,以保持房间的温度和湿度,满足人们的舒适性要求。风机盘管机组所用的冷媒水或热媒水,是由制冷机房或热交换站集中供应的。将风机盘管机组直接设在空调房间内,开动风机后,可将室内空气吸入机组,经空气过滤器过滤、再经盘管冷却或加热处理后,就地送入房间,以达到空气调节的目的。33.风机盘管空调器的相关研究3.1 结构形式的研究 常见的风机盘管有卧式暗装机组,这是一种最常用的形式,空气过滤器通常设在机组的下部或后侧。除此之外还有立式明装风机盘管、卧式明装风机盘管、立(柜)式风机盘管、壁挂式风机盘管和立式暗装风机盘管等多种形式,换热量也从几百瓦到几十千瓦之间有多种档次。用户可根据房间结构形式、负荷大小和装饰特点来选择机型。为了提高风机盘管的应用范围,很多新的形式和结构的风机盘管不断被开发出来。卡式风机盘管机组有单出风、双出风以及四出风多种方式,可理想地嵌入天花板内,只有风口露在天花板外,结合室内装修,风口美观,维修方便。窗帘盒式风机盘管和踢脚板式风机盘管的出现,使得中央空调设备与建筑装饰相协调的同时,最大限度地节省了空调场所的使用空间。 3.2 热交换器的研究3.2.1 热交换器的片型 热交换器是风机盘管空调器实现热量交换的核心部件,其性能的好坏直接影响风机盘管机组的性能。近年来,人们对盘管的肋片形式做了不断的研究改进,将平片改进为波纹片、条逢片、波纹条逢片、波纹百叶缝片等。波纹片、条缝片和波纹条缝片与平片相比,增加了气流的紊流度和空气侧的换热系数,提高了盘管的换热效率。不同的片型应配有最佳的片距才能得到较大的冷量和风量,否则将是不经济的。 3.2.2 热交换器的管径和排数 传统的热交换器多采用直径9.52mm的紫铜管近年来,人们研制了大管径的盘管,如用直径12.7mm、直径16mm的管子。大管径的盘管水阻力低,耐腐蚀性强,而且管径的增加使得管排数可由三排减到二排,减少了风阻,提高了余压,并且减轻了机组重量。但这种变化对风机盘管的热工性能有何影响却是个值得研究的问题。 在管径相同的条件下,两排管的空气侧换热系数比三排管的提高7- 10% 4,使得换热量有增加的趋势;在换热面积相同的条件下,两排管的通风面积比三排管的大,即迎面风速小,使得换热量又有减少的趋势。两种趋势的综合作用效果有待于通过实验研究来判断。国内曾对盘管进行过变形实验,片型和肋片尺寸不变,只是在三排孔的前后两排穿管,中间一排孔不穿管。即将三排管变成了两排管,管根数相应地由12根变为8根,肋化系数由原来的18.95%提高到27.88% 。这种变化的结果是冷量降低4%,换热器的传热系数降低6% 。可见改为两排管后,制冷量下降不多,但换热器原材料消耗和产品成本都有所下降。 由上述可见,合理地选择管径和管排数是很重要的,既可节省管材,提高换热效率,又可为风机盘管向小型化和轻型化发展提供可能性。 3.3 风机和电机的研究解决风机盘管电机的合理匹配问题,也就是寻找机组的阻力特性(主要取决于机组和表冷器的结构)与风机特性(取决于风机、电机的匹配)的共同工作点,如该点处于风机特性曲线的最高点偏右处,即可认为整个机组处在最优的节能工况下运行,此时机组所具有的热工性能应为最优参数。风机特性取决于风机和电机之间的合理匹配。虽然目前国内生产镀锌钢板风轮的厂家不少,但由于不同的风机结构(叶轮和蜗壳的结构)和各厂家设备、工艺水平的差异,使得风机产品在效率和噪声等方面存在着一定的差距,因而所匹配的电机也不相同。风机运转性能的好坏直接影响风机盘管机组的噪声指标。选用合理的叶轮和蜗壳几何尺寸,有利于提高风机的风量 余压,并降低风机的噪声。为此,人们在风机的结构和加工工艺方面做了大量的工作,使得我国的风机盘管噪声与国外的差距减小。国产的风机盘管中,普遍采用低噪声前曲多叶双进风离心风机。以前,风机的叶轮多采用铆片工艺生产,现多用整体成型技术,有金属板材整体冲压成型、ABS工程塑料注塑成型、铝板模压铆片成型等形式。整体成型叶轮的风机动平衡性能优于铆片式,而且工艺简单。电机方面,国产的风机盘管多采用单相电容运转异步电动机。这种电动机为全封闭结构超长型双伸或单伸轴,采用低噪声滚动轴承和良好的B级绝缘,在各项指标上达到了较高的水平。 为控制盘管风机造成的室内噪音污染,众多研究学者对风机盘管的风机做了很大的改进。刘敏51996年提出低噪音低能耗的风机盘管系统,它在盘管前后分别设置一个贯流风机,两风机之间采用皮带连接。陈承辉6于1999年提出一种外转子电机驱动的风机盘管,它将风轮与电机的外转子连接,风机盘管采用外转子电机驱动,由于风机盘管的风轮与外转子电机为一整体,因此动平衡性好,振动小,噪音低 。此后,双轴伸电机和直流无刷电机的使用使风机系统更为平衡,很大程度上减少了系统的噪音。 3.4新型机组的开发研究为了提高实际工程中风机盘管效能,很多新型的风机盘管不断被开发出来,从而更广泛地适应不同场合的需要。71993年高杰8等基于电影放映的需要,提出了一种新型的挂壁式风机盘管,能够较好的解决高大空间风机盘管的使用问题,这对风机盘管应用到大空间的超市商场建筑有一定的启发作用。为满足家庭多个空间空调的需要,林智忠9首先提出了一种“单元住宅风机盘管空调机组”。它通过制冷机在蓄冷槽制取低温水,不同的用户风机盘管可以根据需要取水制冷。它首次提出了风机盘管系统小型化的概念,是现代户式中央空调的原型 。周品析10于1994年提出了一种使用地下水源的风机盘管形式,这也是风机盘管系统家用化的一种有益尝试。为保证良好的室内空气品质,吸附光催化等技术先后被应用到风机盘管系统。1992年,祝耀坤11首先在其“多功能风机盘管空调器”中提出了使用灭菌装置,1994年黄斌香12等人较为全面地提出一种“净化式风机盘管空调装置”,通过在系统中加入了空气过滤器,静电除尘器,负离子发生器,紫外线发生器或纤维活性炭层彻底净化室内空气。此外,山东早春集团和清华大学热能工程系合作,采用轴流风扇代替传统的离心风机,优化热交换器结构,开发出的超薄型风机盘管,大大降低了盘管的高度,进一步强化了风机盘管在商业和住宅建筑中的应用。这种新产品的开发,使得风机盘管在中央空调系统的选择中更具竞争力。13 4.风机盘管空调器的维修和保养 4.1冷水机组的运行和保养 一般情况下,冷水机组启动之前应检查机组的电源电压、油温和油位等。冷水机组启动之前,应首先启动冷冻水泵和冷却水泵,调整机组的进出水阀门,使进出水压差达到机织的要求。根据冷却水的温度决定是否马上运行冷却塔风扇,以及投入运行的风扇数量。在以上准备工作都完成之后才能启动冷水机组。冷水机组的投入台数应视环境温度、湿度和空调房间的负荷而定。机组运行期间应定时检查和记录冷水机组的各项参数,且根据需要随时调整,保证机组安全、节能的运行。在冬季,系统供热之前,应关闭冷水机组同系统的所有连接阀门,防止热水进入机组。14一般情况下,机组每年使用完毕后,都应该进行彻底的检查和保养,例如:检查更换液体和气体过滤器,检查更换冷冻油,检查安全阀,进行机体气密检验,彻底清洗蒸发器和冷凝器的换热管等。 4.2循环泵的维护保养常用离心式水泵作为循环泵,其叶轮旋转轴靠联轴节与电机轴相连。应该定期予以检查、调整,保证良好的同心度;叶轮和电机轴承应定期加注润滑油;应定期检查更换泵密封。另外,循环泵前的过滤器应定期清理,保证水流畅通。15 4.3风机盘管的保养定期更换和清洗风机盘管过滤网,清洗接水盘等。 4.4冷却塔 空调系统通过冷却塔向外界散热,冷却塔一般安装在楼顶,其工作原理如下:经过冷水机组换热之。后;冷却水被循环泵输送到冷却塔的顶部,通过水分配器均匀地流经散热片,塔顶风扇的强制通风使水能够充分地同空气接触降温,经降温后的水汇聚到塔底的水槽,冷却水循环泵将它再送到冷水机组冷凝器的换热管中重复利用。冷却水会由于蒸发而减少,应通过补水管予以补充由于冷却水被不断蒸发,而水中的杂质不会被蒸发,水的硬度就加大了。当冷却水硬度增加至一定程度时,流经冷水机组冷凝器的冷却水会沉积在换热管上,其结果是换热管的热阻加大,冷却水的流量减少,机组耗电量增大,严重时机组不能正常工作。因此,应每天对冷却水进行加药处理,并排掉硬度加大的污水。排污水点应选择在系统的最低点,每天定时测量并记录水的硬度值,以便决定排污水量和加药量。夏季空调运行时的冷却水系统温度很高,最有利于藻类和菌类的生长,生物在系统中生长会腐蚀管路,菌类附在冷凝器的换热管上会形成粘 污垢,加大热阻,影响冷水机组的制冷量,因此,还应定期加入杀菌剂。16 4.5冷却塔的保养和维修 (1)定期给风扇轴承加注润滑油。 (2)保持皮带有良好的松紧度。 (3)定期清洗散热片和储水槽。 (4)冬季应定期运转冷却塔电机,防止雪水进入,并做好电机和轴承的防护。 4.6注意事项在冬季外界温度很低的情况下,由于新风机直接与外界相连,它的内部温度同样很低,易导致表冷器冻结。应采取的措施是增加水的流动速度和关闭新风门。 5.水冷分离式风机盘管空调器的发展趋势对于水冷式分离风机盘管机组的发展,在设计方面,一方面要提高机组的综合性能,力求达到低噪声、高效率,改善风机盘管的传热性能即可缩小整个机组的体积,减轻重量,节省材料 。另一方面要开发新的机组型式,扩大应用范围。探索新形式的换热设备,改善气流和冷热媒的流动和换热条件。改善机组的形状,使之与室内设施很好地配合,增加美观,提高机组的适用性。17从能源的角度来看,我国能源供应相对较为紧张,而空调在当前的能源消耗结构中所占的比重是非常大的。一方面要注重提高风机盘管机组本身的热交换效率,另外一方面应当注重能源的综合利用,提高整个空调系统的运行经济性。将热回收技术、变流量技术以及在一次风系统中实现蓄热和蓄冷等的节能手段与风机盘管空调系统相结合,使整个系统节能经济。 从环境的角度来看,目前我国环境污染的问题较为突出,许多城市出现了诸如“热岛效应”空气污染等现象 。考虑上述问题,一方面是要求所开发的风机盘管机组必须具有环保的特点,把对环境的影响尽量减到最小;另一方面是要充分考虑到环境污染对风机盘管空调系统本身的性能带来的影响,针对它进行一些相应的设计。18 综上所述,我国风机盘管机组在市场经济的氛围中将会向多型式、高性能、自控能力更强,更节能环保和精巧方面发展。在人们生活水平日益提高的基础上,风机盘管空调器的需求量会越来越多,技术会不断进步,为人们创造更加舒适洁净的生活与工作环境。参考文献 1 Morrison G L, and Anderson T. Benge M.”Seasonal performance rating of heat pump water heaters.” Solar Energy, 2004, Vol. 76, pp. 147-152. 2于志敏.国产风机盘管机组现状和性能研究分析.机械工程师,2001.3(8):43- 44 3 Hang Comprehensive investigation of carbon dioxide refrigeration cycleD1University of Maryland ,1997.4黄耘秋等.对国产风机盘管机组产品水平和质量的几点看法.暖通空调,1988.(5)5刘敏.低噪声低耗电贯流风高静压风机盘管P.中国:94244724.7,1996.03.276陈承辉,吴志健.外转子电机驱动的风机盘管P.中国:97243093.8,1999.08.11 7 Sloane B D, Kris R C, Kent
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