R410A变频房间空调器优化设计及生命周期成本分析

摘要

房间空调器在现代城市和农村居民生活中的普及率逐年提升，其能耗在社会用电量中所占比值也不断提高。高效节能空调器能在一定程度上减少能源消耗，但同时会增加购买费用。目前，能效等级不同的房间空调器之间的价格相差一两千元，消费者单纯的通过节省电费很难回收“价差成本”。对于大部分的消费者来说，空调器在安全使用年限内的总成本才是他们最关注的问题。因此，在进行房间空调器的设计时以高效能为优化目标有时并不是最可取的方案，生命周期成本最小的房间空调器在市场上才是最受消费者所欢迎的。
　　本文首先根据空气调节设计规范选择合适的设计参数，然后对房间空调器进行设计计算。在相同的额定冷负荷下，空调器在不同的设计参数下有着不同的结构尺寸，因此厂家所需支出的初投资也是不相同的。同时，每台房间空调器并不是一直处于额定工况下运行。当室内外温度和风速发生变化时，空调系统运行性能参数也会发生改变。本文通过建立空调系统仿真模型，得到并分析了非设计工况下空调器制冷量、制热量、蒸发温度、冷凝温度、运行功率、电子膨胀阀开度、制冷制热性能系数等参数随室内外空气温度和室内风速的变化规律。本文以最小生命周期成本为优化目标。生命周期成本包括初投资和运行费用，初投资由房间空调器的结构尺寸决定，运行费用由房间空调器的运行能耗决定。本文的创新点在于：1）不限于成本定价法而引入了生命周期成本的概念；2）应用了新型制冷剂 R410A和小管径换热管来对整个空调系统进行设计计算；3）针对各部分负荷工况而不仅仅限于额定负荷工况来计算空调系统在制冷和供热时的运行能耗，进一步精确了生命周期成本的计算。
　　在本文所设计的130台房间空调器中取得的最小生命周期成本为31123元，此时对应的房间空调器的额定蒸发温度为9℃，额定冷凝温度为50℃，室外换热器换热面积为5.88m2，室内换热器换热面积为8.92 m2。本次研究为空调器的优化设计和成本分析提供了一定的参数依据和理论基础。

目录

声明

符号表

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外房间空调器的研究历史及现状

1.3 工质替代问题的分析

1.4 本文所做的工作

第2章 空调系统循环分析及热力计算

2.1 R410A制冷剂热物性计算

2.2 蒸气压缩式制冷循环

2.3 制冷循环参数计算及能量分析

2.4 制热循环参数计算及能量分析

2.5 小结

第3章 空调器的设计计算模型

3.1 压缩机设计计算模型

3.2 换热器设计计算模型

3.3 电子膨胀阀设计计算模型

3.4 额定设计工况下的计算原理与流程

3.5 部分负荷下的计算原理与流程

3.6 生命周期成本分析模型

3.7 小结

第4章 房间空调器性能参数变化规律

4.1 制冷季节房间空调器性能参数的变化规律

4.2 供热季节房间空调器性能参数的变化规律

4.3 小结

第5章 不同设计参数下的生命周期成本分析

5.1 不同额定蒸发温度和冷凝温度下的换热器面积

5.2 额定蒸发温度和冷凝温度对空调器初投资的影响

5.3 额定蒸发温度和冷凝温度对风机功耗的影响

5.4 额定蒸发温度和冷凝温度对压缩机功率的影响

5.5 最小生命周期成本下的房间空调器参数

5.6 小结

结论与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 空气物性参数表

附录C R410A沸腾状态液体和结露状态气体物性表

致谢