小型风冷热泵冷（热）水空调系统蓄能管的研究与应用.doc

小型风冷热泵冷（热）水空调系统蓄能管的研究与应用本文中叙述的小型风冷热泵冷（热）水空调机组，指制冷量在740kw制热量在7.542kw范围内的小型空调户用机；空调机组标准进、出水温度制冷：12-7，制热：40-45。空调系统设计的同时使用率范围在60100%之间。主要以小型水系统空调运行的稳定性和舒适性出发，对系统的水容量进行分析，说明一般情况下水系统蓄能管选择容量的参考范围。笔者在分析时，过于主观性或范围局限性，请读者见谅。对于户式中央空调系统来说，要解决系统温度波动问题，获得良好的热稳定度（也称热惯性），首先应尽量准确地确定空调负荷，并选用装机容量相匹配的主机；其次，系统的水容量越大，系统蓄冷量越大，则系统的热稳定性越好，反之，系统的热稳定性越差。因此，水系统设计时，应校核计算系统水容量是否满足系统热稳定性要求，当系统实际水容量不能满足要求时，应采取加大系统水量的措施。当然，系统水容量也不是越大越好，水容量过大，其热稳定性毫无置疑是良好的，但是，较长时间停机后，再开机时将会延长空调预冷或预热的时间。综合室内环境的舒适度、主机的使用寿命、空调系统造价和工程实施的可能性等因素，对户式中央空调系统热稳定性要求如下：a）夏季运行时，主机停机10min时，要求供水温度升高不大于5。b）冬季运行时，主机除霜时间为3min时，要求系统供水温度降低不大于3。根据热平衡方程和热稳定性要求，可按下式分别计算冬、夏季空调系统对水容量的最小要求：G=Qt/(3.6pt)式中：G-为系统的最小水容量，kg；Q-末端设备的供冷或供热量，kW；t-热稳定性时间要求，夏季取1060s，冬季取360s；p-水的定压比热，4.187kj/(kg.)t-水的温度波动要求值，夏季t=5，冬季t=3。冬、夏季系统水容量的计算结果中，数值最大的即为空调系统对水容量的最小要求。户式水系统中央空调的设计对于室内管路部分，考虑安装条件和层高限制等（户用空调面临的安装条件是：层高矮，吊顶空间小，梁上开孔受限，同一空间存在多种系统），一般管路遵从距离短、异程、管径小的原则，后果是加剧了整个系统的水容量减少。造成空调主机频繁的启动和停机，系统水温变化大，室内空调出风温度不稳定，空调整体的舒适性下降。而且压缩机的寿命也急剧减少，空调系统故障率明显提高。成为一个不合格的中央空调系统，给以后的使用造成很大程度的影响。系统管路一旦安装完毕，装修封顶，更改的风险性和经济性都较大。为了解决此类现象的发生或弥补当初设计的不足，通常在设计时系统中添加储能罐或增大管路系统管径。添加储能罐的方式，要求储能罐要有一定的安置空间，相对于整个系统感觉突出，和周围环境不容易协调，很多用户不乐意添置。采用增大管径的方式，户用管道考虑安装和成本的原因也很难实现。图1在研究和比较之后，选择了如图1的解决方式，取得了比较好的结果。将蓄能管以立管得形式安装在外墙上，即作为系统立管使用，又扩大了系统的水容量，从而满足设计需要。具体实施非常简单可行，在设计完室内部分管路后，计算出室内管路的水容量和设备水容量，得到系统需要增加的水容量，来选择合适的蓄能管，可以根据实际安装条件，来决定蓄能管管径和长度，以及系统采用单蓄能管还是双蓄能管。图2蓄能管的结构简单，主要安装和制作时要注意，蓄能管顶端安装自动排气阀，底端安装排水阀，制作的接口要与系统管路接口的方向一致，蓄能管径超过DN100时，要在蓄能管外面焊接安装支点，有利于安装固定。蓄能管保温层采用橡塑保温，厚度要求在30以上，并注意做好两端的保温。在房间吊顶区域允许的空间，水平方向安装蓄能管，兼作系统的水平管使用，也是一种好的解决方案（如图2 ）。安装时要注意蓄能管的接口位置，按照水流方向，进口在蓄能管的上口，出水在蓄能管的下口，避免蓄能管内空气排不尽，或排水排不完。特殊情况应设自动排气阀和排水阀。蓄能管单独吊装固定，自重不可有其它管路承担，一段蓄能管不少两个支吊架。为了进行水容量研究，选择了具有代表性的不同负荷的空调系统，列表如下：表1 设备水容量表系统空调负荷机组制冷量/ 制热量kW设计最大同时使用率室内风机盘管数量空调主机水容量L风机盘管水容量L合计设备水容量LA127.5/8.562.5%5台0.155.1B17.512.5/13.571.4%7台0.147.37.44.C20.617.5/18.885%8台0.218.99.11D26.720/2175%10台0.3510.711.35E31.325/2780%13台0.414.514.9F4031/3377.5%16台0.451717.45G5240/4277%20台0.520.521.0表2 系统管路水容量表系统管路长度DN20管路长度DN25管路长度DN32管路长度DN40管路长度DN50合计水容量LA2612100021B3816200034C45182610053D56202420067E70192228078F9626324112136G12043455618191表3 统计水容量系统设备水容量L管路水容量L实际系统水容量L设计所需最小水容量L实际相差水容量LA5.12126.162.6936.69B7.443441.44104.4863.04C9.115362.11146.2984.18D11.356778.35167.1888.83E14.97892.9208.95116.05F17.45136153.45257.15103.7G21.0191212.0331.8119.8从统计与计算中发现，系统实际水容量只有设计所需水容量的4060%，需要增加的水容量达到了4060%，甚至以上。可以看出，系统的稳定性运行几率只有50%左右，而大多数时间运行在不稳定的条件下。也就是说，系统只按照流量流速确定系统配管，不考虑水容量的设计是不可取的。增加水容量应用。下面水容量与使用率关系图表，是空调总负荷在25KW时，各种使用率下的设计所需水容量。可以看出设计所需水容量还和同时使用率有关，设计同时使用率越大，系统所需水容量也就越大；反之，所需水容量就小。所以设计方案时，同时使用率的选择，是十分重要的，选小了，效果不好不够用，选大了，系统稳定但投资增加，运行成本相应增加；在满足使用的前提下适当降低同时使用率，是减少系统水容量有效的方法，同样蓄能管或其它增加水容量的容器容积可以减小，投资也相对减少。在选择蓄能管装置时，可以参照表4进行确定管径：表4 常用蓄能管管径与水容量对照公称直径mmDN65DN80DN100DN125DN150DN200DN250DN300inch2-1/2345681012单位水容量L/m3.4215.1537.85412.27217.67633.65453.09375.477依据小型风冷热泵冷（热）水空调系统冷量范围，对照上表，可以制定出较为常用的蓄能管，标准蓄能管长度2.83米/根，水容量分15L23L36L52L四个常用规格。建议根据冷量范围按表5进行选择系统使用的蓄能管：表5 小型风冷热泵冷热水机组系统蓄能管对应表机组冷量范围10kW10kW20kW20kW30kW30kW50kW蓄能管规格315L323L336L352L管 径DN80DN100DN125DN150建议数量2222较