闪发式宽温区空调数学模型的研究.pdf

胡文举等 闪发式宽温区空调数学模型的研究 1 0 3 闪发 式宽温 区空调 数学模型的研究 胡文举 姚杨 倪龙 江辉民 陈镇凯 1 哈尔滨工业大学市政环境3 程学院 哈尔滨1 5 0 0 9 0 2 广东吉荣空调有限公司 博士后科研工作站 广东揭阳5 2 0 0 摘要 提出将带有闪发器的补气增焓技术应用于宽温区空调系统 建立了其系统数学模型 并对其进行 性能模拟分析 结果表明 采用补气增焓技术较传统单级压缩系统可降低压缩机排气温度 1 5 C以上 有效地提高 系统运行的可靠性 研究还发现 采用补气增焓技术可以有效提高系统的制冷量 但耗功的增加导致其系统 C O P 低于传统单级压缩系统 关键词 闪发器 宽温区空调 数学模型 中图分类号 T U 8 3 1 6 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 1 1 2 0 1 0 3 0 3 随着我国工业的发展 越来越需要具有较宽温度适应 范围的宽温区空调 如采用传统的空调机 由于室内外环 境温差太大 通常会导致压缩机排气温度和冷凝压力偏高 最终导致压缩机高温或者高压保护 为解决这一问题 不 少学 者提 出了增大 冷凝 器面积 采用 新型 制冷剂 等措 施 0 近年来 为了解决空气源热泵在寒冷地区的适用性 问题 国内外学者提出了带经济器的准二级压缩系统 j 主要包括闪发器和过冷器两种形式 虽然该系统主要针对 低温空气源热泵 但其具有 良好的降低压缩机排气温度的 效果 基于此 本文把补气增焓技术引入到宽温区空调领 域 用以降低压缩机排气温度 系统流程和循环压缩过程 如图 1 图2所示 本文对闪发式宽温区空调建立了数学模 型并进行分析 1 压缩机 2 冷凝器 3 毛细管 4 闪发器 5 热力膨胀阀 6 蒸发器 图1闪发器前节流宽温区空调系统流程图 1 压缩机数学模型 由图 2可以看出 整个压缩过程由3个过程组成 分别 对三个过程建立数学模型 1 1 补气压缩过程数学模型 补气压缩过程数学模型采用了文献 5 所提出的数学 模型 如下 相对补气量 一 薏 轰 P 6 一 眦 1 压缩机的吸入质量 流量 基金项目 广东省教育部产学研结合项目 2 0 0 9 B 0 9 0 3 0 0 4 1 8 图2闪发器前节流宽温区空调系统循环图 m A A A T A l A tl l 2 补气过程压缩机耗功 一 一 3 式中 o为相对补气量 m 为蒸发器制冷剂质量流量 k rVs 为补气量 k g s P 6 P 2 分别为 6 2点压力 P a 为 压缩机理论输气量 m s i 为绝热指数 R为制冷剂气体常 数 为补气压力损失系数 h h 6 分别为点 4 5 6的比 焓 k J k g 为压缩机的吸气比容 Il l k g v 2 为 2点 比容 I n k g A A A T A 1 分别为压缩机容积修正系数 压力修正 系数 温度修正系数和泄漏系数 1 2 多变压缩过程数学模型 第一级压缩制冷剂焓值 h 4 第二级压缩制冷剂焓值 h 3 h 2 r 3 5 压缩机的排气温度 P 3 P 2 6 1 3压缩机耗功 压缩过程耗功 r t 7 含中间补气压缩过程电效率采用下式 r l 0 9 5 7 e 黔 d 8 式中 为压缩机排气温度 K 为压缩机吸气温度 K n 为多变压缩指数 取 1 2 7 5 h h 3 分别为状态点 1 2 2 3点制冷剂焓值 k J k g 1 1 1 I 2 I I 1 2 分别为 1 2 2 一 3压缩过程耗功 w d为压缩机效率 分别为压缩 机电功率和指示功率 w l 0 4 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 l 2期 总第 1 6 2 期 2 冷凝器和蒸发器数学模型 2 1 制冷剂侧换热数学模型 针对室 内外机采用分布参数法建立了数学模型 针对 每个微元段 建立单相区和两相区的质量 动量和能量守恒 方程 建模过程可参见文献 6 2 2空气侧数学模型 空气侧质量守恒方程 A 7 f A r d 一d 9 空气侧能量守恒方程 d q d z 扣 A 叩 A f 1 O 糍 当无霜生成时 也 d 1 当生成霜时 to 2 8 3 5 当凝露时 2 5 0 1 式中 为空气温度 为翅片温度 C 为空气 定压比热 k J k g Q 为空气焓 k J k g 为翅片效率 A f 为翅片面积 m A 为铜管面积 m 2 为空气侧的对流换 热系数 见文献 7 3 节流机构数学模型 对于本系统 共有热力膨胀阀和毛细管两种节流机构 其中毛细管的数学模型采用分布参数法 可参见文献 6 热力膨胀阀数学模型参见文献 8 9 4 数学求解及模拟结果分析 4 1 计算算例及系统数学模型求解 选择压缩机为一台6 H P压缩机 毛细管长度为 0 2 5 m 制冷剂为 R 2 2 蒸发器单流程长为0 8 3 m 分7路 1 2流程 3排布置 风量 2 8 0 0 m h 冷凝器单流程长度为 1 2 8 5 m 分 6 路 1 2流程 2排布 置 风 量为 1 0 6 0 0 m h 空气 温度为 4 5 为比较闪发器前节流系统性能 本文还针对传统单级 压缩系统进行了模拟 其压缩机数学模型采用了图形法 即 采用厂家提供数据拟合而得到系统模型 不再赘述 4 2 模拟结果分析 赠 毫 空气温度I T 图3压缩机排气温度随空气温度的变化 图 3为采用喷气增焓和单级压缩时空调机组压缩机排 气温度随空气温度的变化 由图可以看出 随着室内机人 口空气温度的升高 无论单级压缩系统还是补气增焓系统 压缩机的排气 温度逐渐降低 对于单级压缩系统 当室内 空气由3 0 降低至 8 时 压缩机的排气温度由 1 04 1 升 高至 1 1 7 5 E 非常接近压缩机的保护温度 一般设定为 嘲 磊 空气机人 口空气温度 图4压缩机耗功和C O P 随空气温度的变化 1 2 5 C 而当采用补气增焓系统时 当室内空气由3 0 降 低至8 C 时 压缩机的排气温度由 8 6 9 8 升高至 9 1 7 8 远低于压缩机的保护温度 因此 采用补气增焓压缩机较 单级压缩机系统运行的稳定性较高 图4为采用补气增焓和单级压缩时空调机组制冷量和 性能系数 C O P随空气温度的变化 从 图4可以看出 当室 内机入口空气温度从 8 升至3 0 时 采用传统单级压缩系 统 其制冷量从 1 0 4 6 7 k W升高至 1 8 2 9 3 k W 性能系数 C O P 几乎线性地从 2 5 2升高至3 1 9 8升 当采用补气增焓系统 时 其制冷量从 1 1 9 6 6 k w升高至 1 9 7 9 3 k W 略高于单级压 缩系统 而对于性能系数 C O P则从 2 4 9升高至 3 1 7升 略低于单级系统 分析原因为 采用补气增焓系统时 其压 缩机的蒸发温度较低 与室内侧空气之间的温差较大 导致 其制冷量略微有所升高 但由于其中间补气的存在 导致 系统制冷剂质量流量增大 压缩机耗功升高 其性能系数较 单级压缩有所下降 1 7 毒 O 20 靛 Ol 5 01 0 l 0 l60 H I O l 2 I 4 I 5 l 8 2 0 2 2 24 26 28 30 2 宜 帆 a空 蠢 度 C j 一 一 一 8 l O l 2 l 4 l 6 l 8 2 0 2 2 24 2 6 2 1 1 30 32 宝 内帆 口 空气 墨度 C 图5中间压力 补气量蒸发压力和冷凝压力随空气温度 的变化 图5为空调机组采用补气增焓和单级压缩时中问压力 补气量 系统蒸发压力和冷凝压力随空气温度的变化 从图 5 可以看出 随着室内机空气温度的升高 无论采用补气增焓 还是单级压缩系统 系统的蒸发压力都逐渐呈线性升高 分别 从0 3 9 M P a 升高至0 6 3 M P a和0 5 04MP a 单级压缩系统的蒸 发压力高于补气增焓系统 蒸发压力的升高导致了冷凝压力 的线性升高 对于补气增焓系统 冷凝压力和蒸发压力的升 高 导致了其中间补气压力随着空气温度由1 0 7 M P a 升高至 I 4 1 M P a 对于相对补气量 随着室内机入 口空气温度的升 高逐渐由2 7 降低至 1 7 这主要是由于中间补气压力的升 高的同时蒸发压力也逐渐升高造成的 王冠竹 等 太阳能一 空气 源热泵热水系统节能分析 1 0 5 太阳能 空气源热泵热水 系统节能分析 王冠竹 刘学来 山东建筑大学山东省建筑节能技术重点实验室 济南2 5 0 1 0 1 摘要 介绍了太阳能生活热水系统 以山东省为例 对太阳能热水器配备空气源热泵的热水系统进行了 节能效益分析 结果表明 配备空气源热泵的太阳能热水系统回收期为 4 2 1 年 对我国走低碳经济之路有重要的 参考价值 关键词 太阳能热水器 空气源热泵 节能效益 中图分类号 T U 8 2 2 1 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 1 1 2 0 1 0 5 0 2 S oLAR A t S oURCE HEAT PU M P HOT W ATER S YS T EM ENERGY EFF I CI ENCY ANALYS I S WANG Gu a n z h u L I U Xu e l a i S h a n d o n g J ia n z h u U n i v e r s it y T h e K e y L a b o r a t o r y o f B u il d in g E n e r g y s a v in g T e ch n o l o g i e s in S h a n d o n g P r o v i n ce J in a n 2 5 0 1 0 1 C h in a Ab s t r a ct T h i s a r t i cl e d e s cri b e s t h e s o l a r h o t w a t e r s y s t e m I t co n d u ct s t h e e n e r g y s a v i n g b e n e fi t a n a l y s is o f s o l ar e n e r gy a ir s o u r ce h e a t p u mp h o t wa t e r s y s t e m Th e r e s u l t s s h o w t h a t the p a y b a ck p e ri o d o f t h is s y s t e m is 4 2 1 y e a r s I t h a s imp o r t a n t r e f e r e n ce v a l u e f o r g o i n g l o w carb o n e co n o my roa d i n C h in a Ke y wo r d s s o l a r wa t e r h e a t in g a i r s o u r ce h e a t p u mp e n e r gy e ff icie n cy 1 生活热水系统 以山东省为例 在全年 日照时间2 2 0 0 3 0 0 0 h a 年总 量 5 0 2 6 7 0 X 1 0 k J m S t 春夏秋季共计 2 4 5 d左右 冬 季 1 2 0 d的条件下 设计热水系统配备辅助热源方案 生活热水系统由太阳能集热器 水箱 辅助热源热水器 组成 j 详细系统见图 1 使用热水有三种情况 一是太阳能热水器里的水温到达 或超过洗浴的舒适温度 此时可能需要在恒温混水阀处加入 冷水 满足正常洗浴要求 二是阴天里太阳能热水器水温没 有达到洗浴舒适要求 需适当启用辅助热源加热器加热 以便 正常使用 三是雨雪天里太阳能热水器水温很低 可直接由 冷水2向辅助热源热水器供水 通过加热供应热水 5结语 针对带闪发器前毛细管节流的宽温运行空调系统建立 了数学模型 通过对数学模型求解和结果 兮析可知 采用 补气增焓技术对于降低压缩机在运行时的排气温度非常有 效 随着室内环境温度的升高 系统的制冷量逐渐升高且 高于传统单级压缩系统 但性能系数要低于传统单级压缩 系统 主要原因是由于其制冷剂质量流量的增加导致了压 缩机耗功的增加 闪发器前节流系统相比单级压缩系统 比较适宜宽温工况运行 其优势较大 2 3 参考文献 张连 金晓吕 R 2 2 R 1 4 2 b用于高温空调的实验研究 J 低 温工程 1 9 9 3 1 5 8 6 o 王涛 刘颖 邬志敏 等 高温行车空调器的研制与运行性能 分析 J 流体机械 2 0 0 7 3 5 1 1 5 4 5 8 马国远 邵双全 寒冷地区空调用热泵的研究 J 太阳能学 报 2 0 0 2 2 3 1 1 7 2 1 柴沁虎 马国远 江亿 夏建军 带经济器的涡旋压缩机制冷 循环热力学分析 J 清华大学学报 2 0 0 3 4 3 1 0 1 4 0 1 1 4 0 4 赵会霞 涡旋压缩机 闪发器热泵 系统 的理论分析 与实验 研究 D 北京