小型风冷热泵冷(热)水空调系统蓄能管的研究与应用
liling122
liling122 Lv.7
2014年08月27日 13:59:27
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本帖最后由 liling122 于 2014-8-27 13:57 编辑 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7~40kw制热量在7.5~42kw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60~100%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。

本帖最后由 liling122 于 2014-8-27 13:57 编辑

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7~40kw制热量在7.5~42kw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60~100%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/(3.6×Cp△t)

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10×60s,冬季取3×60s;Cp-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。

图片22.jpg

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。

图片11.jpg

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。



图片22.jpg


图片11.jpg

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liling122
2014年08月27日 13:59:28
2楼
本帖最后由 liling122 于 2014-8-27 13:58 编辑

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L
A
12
7.5/8.5
62.5%
5台
0.1
5
5.1
B
17.5
12.5/13.5
71.4%
7台
0.14
7.3
7.44.
C
20.6
17.5/18.8
85%
8台
0.21
8.9
9.11
D
26.7
20/21
75%
10台
0.35
10.7
11.35
E
31.3
25/27
80%
13台
0.4
14.5
14.9
F
40
31/33
77.5%
16台
0.45
17
17.45
G
52
40/42
77%
20台
0.5
20.5
21.0
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L
A
26
12
10
0
0
21
B
38
16
20
0
0
34
C
45
18
26
10
0
53
D
56
20
24
20
0
67
E
70
19
22
28
0
78
F
96
26
32
41
12
136
G
120
43
45
56
18
191




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liling122
2014年08月27日 13:59:29
3楼
本帖最后由 liling122 于 2014-8-27 13:59 编辑

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L
A
5.1
21
26.1
62.69
36.69
B
7.44
34
41.44
104.48
63.04
C
9.11
53
62.11
146.29
84.18
D
11.35
67
78.35
167.18
88.83
E
14.9
78
92.9
208.95
116.05
F
17.45
136
153.45
257.15
103.7
G
21.0
191
212.0
331.8
119.8

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40~60%,需要增加的水容量达到了40~60%,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
mm
DN65
DN80
DN100
DN125
DN150
DN200
DN250
DN300
inch
2-1/2″
3″
4″
5″
6″
8″
10″
12″
单位水容量L/m
3.421
5.153
7.854
12.272
17.676
33.654
53.093
75.477




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liling122
2014年08月27日 13:59:30
4楼

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2.8~3米/根,水容量分15L\23L\36L\52L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
≤10kW
10kW~20kW
20kW~30kW
30kW~50kW
蓄能管规格
3-15L
3-23L
3-36L
3-52L
管 径
DN80
DN100
DN125
DN150
建议数量
2
2
2
2

较大系统设计时可以根据使用率确定几组蓄能管并联,并根据实际使用率调节蓄能管的数量来调节蓄能量,以使系统运行达到快速制冷制热及合适的热惯性,保证空调末端有舒适的冷热量输出。

蓄能管的应用是小型水系统空调在户用领域的一种解决方法,使室内的管道按常规设计无需放大就可以满足水容量要求,从而减少室内安装因管道太大造成的安装不便。

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