冷暖气调节机.doc

冷暖氣調節機鄧亦翔、陳煥文、游文義、鄒政哲、葉典倫德霖技術學院94年夜二技機械系指導老師：藍天雄 、王岱淇老師摘要為了維持良好的室內空氣品質，需引入適當的新鮮外氣，但是引入新鮮外氣會造成空調負荷的增加，導致能源費用增加。而在一般換氣的同時又需要排除室內等量的廢氣，此排氣相較於外氣則有更低的溫溼度，如果能將乾冷廢氣之冷能回收來作為引入外氣之預冷、除濕用，則可在耗費少量額外能源下達到將外氣溫、溼度降低之目的，如此可減少冷卻盤管之負荷，亦即是可降低空調換氣所需之能量需求。因此在引入外氣時若能做全熱換氣回收處理將是一個很值得採行的方案。另一方面，一般空氣調節之主要功能為何：(1)增進建築物室內人員舒適感，如溼度及氣流場控制：(2)符合工業製品及加工過程之需要條件。但自1970年代能源危機的衝擊，使得設計師基於能源上的考量，把現代的大樓設計成高氣密性，以期因室內外氣體得洩漏或滲透造成的空調負荷增加量， 減至最低程度。許多大樓業主為了降低能源消耗，則盡量減少空調換氣率。空調系統在此低換氣率的情況下運作，加上現代建築大量採用人工建材、室內裝潢、事務機器燈會散發出有害物質，(如：氡、甲醛、揮發性有機氣體)，以及空調設備(如：濾網、風管、水盤)所滋生的微生物或細菌等，增加了室內污染物濃 度，長期下來的結果，由於室內空氣品質不佳，容易造成如病態大樓症候群(Sick Building)、過敏或呼吸系統等毛病。此外，由於電子與生化醫學科技的發展迅速，使得其關鍵設備生產的作業環境，嚴格需要無塵無菌的空氣環境要求；同時其製程中的有機化學氣體，易於在環境中擴散，因此需要空氣淨化後之大量外氣稀釋，以避免生產污品之不良率升高，或有工作人員中毒而影響生產力。因此人們逐漸重視室內空氣品質的提昇，也就是所謂的健康空調技術，係指包含溫度、溼度與氣流控制外，特別強調空調淨化。 本研究探討降低傳統空調送風溫度之整體節能潛力與效益，在不使用儲冰系統的前提之下，提升傳統低溫送風之溫度以探討整體空調系統中各主要元件之耗能變化情況，並討論可獲得之運轉效益，稱之為最佳風溫系統6第一章 緒論由於我國的地理環境處亞熱帶，且為一海島型國家，夏季的平均氣溫超過攝氏25，因此，國人為求空氣條件的舒適，空調乃成為生活上不可或缺的要素。空調使用率在都市已高達93，鄕村也達87，空調用電量已佔夏季電力負載量30左右，尖峰時段甚至高達40以上，在形成供電不足及限電危機之虞，空調負載每年仍以15迅速成長，因此空調電力為造成我國夏季電力供電吃緊之主要因素之一。1.1 動機 隨著物質生活的提昇冷暖氣調節機設施在現今社會的各層領域皆被普遍的運用。舉凡學校、工廠、醫院以及各辦公大樓或保持物品之新鮮或創造研究之工作環境乃至於最普遍之營造舒適的空間條件皆無不廣泛運用冷暖氣設備之技術。冷暖氣空調之於現代人已經是一不可或缺之技術其運用亦無時不環繞於社會大眾身旁。舉例說明:冷氣效率是一個冰水管排5.6C進水26.7C進風11.7C出風由此可發現50%的流量就能供應80%的空調箱負荷他們之間的關係為非線性在80%的空調箱負荷溫差必須60%高於設計溫差而溫差受限於管排的出水溫度無法高於近風溫度如於100%時設計溫差維8.3C或35.2KJ/L80%部分負載時設計溫差為13.3C或56.2KJ/L 回水溫度由100%負載時的13.9C昇至80%負載的19.8C相反的趨近值由100%負載時的12.8C降至80%負載的7.8C必須了解200%的管排冰水流量只能提供115%的管排能量這種狀況溫差比設計值小40%將使其他管排無法發揮效率就算是控制閥全開也一樣。冰水變流量系統如能良好的設計施工、控制管理及維修以達到設計溫差或甚至更高將能應付負載測1%到100%的負載變化。選用適合的管排、水泵、管路系統控制閥及控制系統將可達到舒適空調8.3C至10C溫差5.6C冰水進水溫度26.7C進風溫度11.7C離風溫度的目標。 但隨著人民生活水準提高電器用品的大量使用造成用電量大增故如何在保持舒適的空調狀況下節約能源加強冷暖機應用是目前小型的空調系統之研究中非常重要的一項。冷暖氣調節系統可以在空調狀態不變德情況下配合其他系統進行能量之儲存如果可以精確的找出各個元件之最佳設定條件便可以在享受舒適空調的同時又節省能源將能源做最有效之利用。1.2 研究目的本研究目的為利用熱流原理控制冷暖氣空調系統之性能探討。其研究方式依次如下:在冷凍系統的分析中冷凍系統的部分以穩態模式分析四大元件包括壓縮機、冷凝器、感溫器與加熱器等四大部分中除了壓縮機和感溫器的部分是以製造商所提供的性能曲線為基礎作分析冷凝器和加熱器為板式熱交換器均是由基本的動量、能量守恆方程式出發經由適當的假設分別建立一維的理論模式。其中對於冷凝器及加熱器部分忽略平行於冷煤流動方向上之熱傳並以數值上的方法解其冷凝器出口壓力與溫度反覆疊代以求出收斂的冷凝與加熱狀況。1.3 文獻回顧Vipin等人1在其對中溫(300以下)應用之重力回流式熱管設計與測試中提到， 空調系統利用熱虹吸式熱管做熱能回收，可得到良好的效果，證明了利用熱管交換器節省空調系統耗能之潛力非常大。Xiao等人2研究了利用熱管熱交換器在空調系統作濕度控制能夠取代傳統的在熱盤管，並且可減少電力消耗與增加冷凍效果。而王等人3、4在其對熱管在空調除濕應用研究中也提出，熱管熱交換器應用在空調廚師系統可提升除濕效率之觀點在其研究中已獲得證實。Wasim5之研究中提出了，在熱管熱交換器前加上蒸發式冷卻器做冷能回收時，可比直接用乾空氣作冷能回收時增進好幾度溫降的效果。而Pradit6研究了利用熱管在空調系統作除濕應用可以節省能源之耗用，且其對空調系統所增加之壓降是在可接受的範圍之內。隨著生活水準日漸提高，人們對環境舒適度要求相形增加，冷凍及空調皆利用搬移熱量以達到溫度控制的作用；而冷凍空調系統存再時間延遲、時變和非線性諸問題，欲精確控制其動態行為非常不容易，基本預估控制策略想法，為目前最盛行之控制法則之一，其最早在1970年左右由工業界實務工程師所實行，1976年Martin-Sanchez得到最早的適應預估控制專利權，1978年Richalet等人提出啟發式模型預估控制，1980年Cutler及Ramaker等提出動態矩陣控制，及Prett等人於1982年獲得動態矩陣控制之專利權14，且至今仍有許多相關研究提出及發表中7131415。其中，廣義預估控制被Clarke等人提出1314，由於它是非常容易了解與執行的法則，故在工產業界及學術界已成為最是歡迎的模型預估控制方法之一；且已被成功地實行在許多工產業界的應用上11，其優點為：(1)具消除系統穩態誤差之能力，故對於模型不匹配及未模型化之動態有一定程度之強健性；(2)擁有許多實際調整旋鈕，能調整系統行為並改善系統性能；(3)具有預測值計算功能，故可加上輸出入限制之控制問題101415雖然廣義預測控制擁有許多優點，但它很少探討系統穩定性之問題，故Rossiter等人於1992年提出穩定廣義預測控制法則15，並運用穩定迴授控制器之特性先達到系統內部的穩定，在執行類似廣義預測控制方法，藉以保留與促進該法則之優良特性。變頻控制具有高效率、節省能耗、低噪音和控制精度高之優點；變頻器用於冷凍空調在日本於1994年普及率達50%以上，1998年其家用空調變頻產品更高達90%以上。而變頻控制應用在冷凍空調系統上之項目有：壓縮機效率提昇及動態性能改善、冷卻風扇溫溼度暨省能控制、循環浦溫濕暨省能控制與節能策略等之研究。而進一步探討在此最佳風溫狀況下，每提升室內設定溫度1，送風量可減少89，當設計溫度由24提高至25時，年度耗電量可節省5。而在系統運轉效益方面，系統搬運機器與風管等尺寸可適度縮小，因此不論在初設費用與運轉費用都有絕佳的經濟效益；在空調環境方面，因風量減少將能顯著地減少空調系統的噪音度，進一步達到靜音的效果，也可減少消音設備、出風口或終端送風設備的費用支出。第二章設計原理2.1 使用器材 壓縮機:一只以馬達為動力，將低壓低溫之氣態冷媒壓縮成高壓高溫之氣態冷媒，也是冷媒在系統中循環之動力來源。冷凝器:一只是將高壓高溫之氣態冷媒，經冷卻介質(空氣)、(水)冷卻(放熱)成高壓中溫之液態冷媒。在蒸發器中由冷媒所吸收的室內熱量，即藉由冷凝器，利用冷卻介質及風扇吹送至室外空氣中。冷煤控制-阻流器:一只主要作用是將高壓中溫液態冷媒降壓成低壓中溫之液態冷媒，降壓之目的是配合蒸發器蒸發，使冷媒在低壓下能低溫蒸發（吸熱）。冷煤:一只是一種容易揮發的液體，在冷凍系統管路中循環，好比人體之血液一樣，在蒸發器中扮演吸熱的作用，在冷凝器中扮演放熱作用。所以冷氣系統不是製冷之之機械，而是熱量搬運機械，將室內之熱量運至室外而已。蒸發器:一只是將低壓中溫液態冷媒蒸發吸熱成低溫低壓之氣壓冷媒，當室內空氣流經蒸發器，此時冷媒吸收室內空氣之熱量而蒸發，造成流經蒸發器之室內空氣下降，達成冷氣目的。電熱片:一只是能將溫度提升的其中一種電熱片。控制開關:一只是能將一各系統容易的切換。2.2 設計結構冷氣機一台裝上電熱片裝上電熱片開關運轉測試測試電熱片測試電熱片加熱溫度長時間運轉完成測試第三章 製作過程3.1設計圖 圖1 空調系統示意圖3.2 實體照片蒸發器 圖2蒸發器。壓縮機冷凝器圖3 冷暖氣調節機側面。圖4風扇。 圖5 電熱片圖6電熱開關第四章 完成結果 圖6 冷暖氣調節機正面 第五章 結論在1980年代才發展出適用於冷煤流量控制的變頻式冷暖氣機；迄今全日本之家用空調機幾乎是變頻式，而台灣近幾年也在起步發展。家用空調機普及初期時代，商品性提升之重要課題有電源容量最小化、效率提升的需求很高，應是全年運行的產品，因此暖器能力的提升，特別是低溫下暖器能力之確保十分重要。本研究針對現有空調機加以改良，使一般的冷氣機在天冷時也能使用，只要用一點點的花費就能有暖氣的功能。參考文獻1. 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