节能型实验用空调制冷机水系统

　　0 引 言

　　根据我国专业指导委员会规定,建筑环境与设备工程专业中的空调用制冷技术课程必须开设/单级蒸气压缩式制冷工作特性实验0,每次学时4 h[1]。该实验需要计算空调工况下的制冷机制冷量、制冷机性能系数、制冷机热平衡误差、制冷机冷量损失、不可逆能量损失等参数;需要分析制冷机冷凝温度、蒸发温度变化分别对其性能的影响。该实验所用的设备称为/实验用空调制冷机0[2]。

　　目前,实验用空调制冷机在国内外还没有正规的产品,各高校所用的实验装置五花八门,都不同程度地存在着能源浪费问题。据了解,现有实验用空调制冷机为了稳定实验工况,一方面,需要向冷源(冷冻水)补充热能以恒定蒸发温度;另一方面,又需要消耗自来水来带走热源(冷却水)中的热能。可见,实验用空调制冷机运行时,其所制取的冷量、冷凝热不但没有被利用,反而又消耗外加热能,使自来水来中和其已制取的冷量、冷凝热,这是一种明显的不合理能源利用过程。统计表明,全国高校为了开设单级蒸气压缩式制冷工作特性实验,每年耗电量约为400MW#h,每年耗水量为1@104m3,其中有70%为不合理能耗。

　　为此,本文设计、制作出一种/节能型实验用空调制冷机水系统0,将实验用空调制冷机进行了冷热耦合,有效地降低了实验能耗。

　　1 实验用空调制冷机的能耗弊端

　　现有实验用空调制冷机是由压缩机、冷凝器、高压贮液器、干燥过滤器、手动节流阀、蒸发器、冷却水箱、冷冻水箱、冷却水泵、冷冻水泵、冷却水流量计、冷冻水流量计、冷冻水电加热器、巡回检测温度仪、压缩机排气压力表、压缩机吸气压力表、电压表、压缩机电流表、冷冻水电加热器电压表、压缩机开关、冷却水泵开关、冷冻水泵开关、冷冻水电加热器电压调节钮、压缩机高低压控制器等组成。实验用空调制冷机相应水系统流程如图1所示,其水系统的工作原理为,冷冻水在水泵的驱动下,在电热器中获得热能,在蒸发器中释放热能,为制冷机提供稳定的冷负荷,从而保证稳定的蒸发温度;冷却水在水泵的驱动下,在冷凝器中吸收热能,完成制冷机冷凝热排放的任务。

　　由工程热力学知识[3]知,制冷机的能量方程为

　　冷凝热=制冷量+耗功量

　　冷凝热大于制冷量,据计算,空调工况下的冷凝热约为制冷量的1. 3倍。可见,用冷凝热作为蒸发器负荷是完全有保证的,即省去电加热器、回收部分冷凝热是可行的。另外,冷冻水系统在利用冷凝热同时,冷却水系统也在利用冷冻水在制冷机中获取的冷量,这样为了恒定制冷机冷凝温度而需要消耗的自来水数量自然会减少。如果实验用空调制冷机能做到这一点,必将起到节能作用。然而,现有实验用空调制冷机没有这样做,因此,这正是其能耗弊端的集中体现。