直接蒸发式内融冰蓄冷空调系统特性研究

摘要

空调用电的大幅度增长加剧了电力供应高峰不足而低谷过剩的矛盾。把蓄冷技术应用到空调设备上，将起到可观的移峰填谷作用。 国内外对小型冰蓄冷空调技术的研究偏重于间接蓄冷和外融冰方式，间接蓄冷需要经过二次换热，换热效率低，同时增加中间换热器，使系统结构复杂。外融冰虽然融冰取冷速度快，但是蓄冰率低，需要的蓄冰槽体积大。直接蒸发式内融冰蓄冷空调系统具有占用空间小、经济性好、控制简便、可靠性高的优点，最能满足家庭、办公室等小型用户的要求。 低温制冷剂在蓄冰盘管内直接蒸发时因管内局部换热能力不同和汽液两相流动压力损失较大，造成蒸发温度也随之降低，因此在与蓄冰槽中的水进行热交换时会使管外水温出现分布不均匀现象，特别是在垂直方向上，水受重力的影响，温度分层分布明显，最大水温差可达5.3℃。 本文提出了一种能改善蓄冰槽侧水温相对均匀性的换热结构，在蓄冰槽内设计了2块等距布置的金属分层隔板将水域分成3层，在分层隔板上打孔，一方面可使隔板上下相邻水层的温差减少，另一方面使上层底部的高温水与下层顶部的低温水能通过通孔进行扩散和对流。分层隔板还有效地起到了支撑盘管的作用。同时针对制冷剂在垂直布置换热盘管内流动蒸发的过程中受重力的影响与管外的水之间热量传递不均匀，且在后半段盘管内容易产生积液，造成压缩机液击，减少压缩机使用寿命的问题，采用多路等距布置的竖直换热盘管进行分路换热。实验结果表明：制冷剂独立流路换热可保证在一定高度上每路的换热量基本一致，也避免因管路过长而产生的管内积液。 本文在上述蓄冰槽结构的基础上，设计了一个3HP的实验系统，使用低温换热能力较R22强10％以上的R410A作为蓄冷工质，应用焓差试验室提供稳定的房间环境工况。对不同蓄冰槽结构、初始质量流量和初始水温蓄冷空调系统进行了蓄冷和融冰实验研究，得到了水温、制冷剂流量、蒸发温度、蓄冷速率、系统功率、性能系数EER等一系列参数随时间变化的规律。经过对实验数据的分析比较，得到了打孔后蓄冰槽内水温更均匀，整个蓄冰过程中槽内的最大水温差不超过1℃，在蓄冷615min时，在分层隔板上打孔后的蓄冷量比打孔前多11.3MJ，增幅7.5％。获得系统蓄冷运行的最佳条件为采用在分层隔板上打孔的蓄冰槽结构，使用初始制冷剂流量为2kg/min，初始水温为20℃，蓄冷时间小于420min的工况；系统融冰运行的最佳条件为采用在分层隔板上打孔的蓄冰槽结构，使用初始制冷剂流量为2.3kg/min，释冷时间小于270min的工况。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1.研究背景及意义

1.2.蓄冷技术概况

1.2.1.研究现状

1.2.2.实际应用

1.3.本课题的主要工作

1.3.1课题引出

1.3.2课题的主要内容

第二章实验方案

2.1.蓄冷空调系统

2.2.蓄冰槽

2.3.实验条件

2.4.测试系统

2.4.1实验精度

2.4.2测点布置

2.5.性能参数的定义

2.6.误差分析

2.6.1系统误差分析方法

2.6.2温度误差分析

2.6.3压力误差分析

2.6.4流量误差分析

2.6.5风量误差分析

2.6.6蓄冰率误差分析

2.6.7制冷量误差分析

2.6.8蓄冷量误差分析

2.6.9蓄冰能效比EER'误差分析

2.6.10能效比EER误差分析

2.7.本章小结

第三章蓄冷槽的热力性能研究

3.1.蓄冷槽内水温分布

3.1.1.垂直方向上的水温分布

3.1.2.蓄冰槽结构对垂直水温分布的影响

3.1.3.水平方向上的水温分布

3.1.4.蓄冰槽结构对水平水温分布的影响

3.2.蓄冰量和融冰量

3.3.蓄冷量和释冷量

3.4.本章小结

第四章蓄冰空调系统的性能研究

4.1.蓄冰槽结构对系统性能影响

4.1.1蓄冰槽结构对系统蓄冷性能的影响

4.1.2蓄冰槽结构对系统释冷性能的影响

4.2.质量流量对系统性能的影响

4.2.1质量流量对系统蓄冷性能的影响

4.2.2质量流量对系统释冷性能的影响

4.3.初始水温对系统性能的影响

4.4.本章小结

结论

参考文献

特色与创新之处

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢