蒸发冷却热管复合蒸气压缩式空调系统性能研究

摘要

随着全球气候日益变暖，及人们生活水平的提高，房间空调器产量急剧上升，随之带来的能耗问题也越来越严重。本文选取房间空调器作为研究对象，对其能耗水平和国内外发展现状进行调研，在总结现有节能技术的基础上，结合空调系统的构建原则，提出了一种复合蒸发冷却技术、分离式热管技术和蒸气压缩式制冷技术的蒸发冷却式热管复合蒸气压缩式空调系统（以下简称蒸发冷却复合空调系统）。本文针对该系统从以下几个方面进行研究: 首先，构建了蒸发冷却复合空调系统，并与传统房间空调器进行对比，定性分析了该复合空调系统的节能原理。利用DeST软件模拟房间的逐时负荷，并针对房间空调器的负荷特性确定设计工况，以蒸发冷却蒸气压缩式制冷模式为基准，对蒸发冷却复合空调系统各主要部件进行设计计算。由于复合空调系统还能实现蒸发冷却热管模式，在保障供冷需求下，为了使复合空调系统的节能性和经济性达到最优，结合经济性因素，对复合空调系统建立集中参数法的优化数学模型，确定蒸发冷却复合空调系统蒸发器和冷凝器的最优换热面积。 其次，对蒸发冷却复合空调系统的各主要部件建立数学模型，其中，对风冷蒸发器和直接蒸发冷却式冷凝器建立稳态分布参数模型，对涡旋压缩机和热力膨胀阀建立集中参数模型，构建复合空调系统各制冷模式的动态运行数学模型，并对模型进行离散求解。同时，根据对系统的设计结果，搭建了蒸发冷却复合空调系统的性能测试实验台，改变室外空气的干球温度测试系统在不同制冷模式下的性能，并与模拟结果进行对比分析，考察数学模型的可靠性。 最后，根据各部件的数学模型和它们之间的耦合关系，建立蒸发冷却复合空调系统供冷期的动态运行数学模型，以沈阳地区为例，对复合空调系统的运行性能进行模拟仿真，并与传统空调系统、蒸发冷却复合蒸气压缩式空调系统（无分离式热管技术）进行对比，分析复合空调系统的节能性;对复合空调系统在我国各典型地区（沈阳、北京、长沙、广州）应用的动态运行性能进行模拟仿真，考察复合空调系统的适用性。 本文提出的蒸发冷却式热管复合蒸气压缩式空调系统，充分考虑了服务对象的室内负荷特性及室外冷源的特性，在保障运行可靠的基础上，充分利用了自然冷源。本文定性分析、模拟仿真和实验研究的结果表明:相比于传统空调系统，蒸发冷却复合空调系统不仅能够保障冷却可靠性，而且能兼顾节能性和经济性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题背景及研究的目的和意义

1．1．1房间空调器的应用背景及发展规模

1．1．2当前国内空调器的性能状况

1．2房间空调器节能技术现状

1．2．1采用高效元器件

1．2．2优化系统设计

1．2．3先进的节能控制手段在空调器中的应用

1．2．4其他方面的节能技术

1．3蒸发冷却技术

1．3．1蒸发式冷凝器

1．3．2直接蒸发冷却式冷凝器

1．3．3系统方面的研究现状

1．4本文研究的主要内容

第2章蒸发冷却复合空调系统构建及优化设计

2．1蒸发冷却复合空调系统构建

2．1．1蒸发冷却复合空调系统的组成和原理

2．1．2蒸发冷却复合空调系统节能原理

2．1．3蒸发冷却复合空调系统的特点

2．2蒸发冷却复合空调系统设计

2．2．1设计原理

2．2．2设计工况的确定

2．2．3基于蒸发冷却蒸气压缩式制冷工况的部件基本参数确定

2．2．4系统优化数学模型的建立与分析

2．2．5基于蒸气压缩式制冷模式的相关部件选型

2．3本章小结

第3章蒸发冷却复合空调系统数学模型建立及实验验证

3．1蒸发冷却复合空调系统各部件数学模型的建立

3．1．1直接蒸发冷却式冷凝器数学模型的建立

3．1．2风冷蒸发器数学模型的建立

3．1．3压缩机数学模型

3．1．4热力膨胀阀的数学模型

3．1．5制冷剂充注量数学模型

3．2两种制冷模式的数学模型建立及求解

3．2．1蒸发冷却热管模式数学模型的建立及求解

3．2．2蒸发冷却制冷模式数学模型的建立及求解

3．3数学模型的实验验证

3．3．1实验系统原理

3．3．2实验台的搭建及实验测试仪器

3．3．3实验步骤

3．3．4实验结果与模拟结果的对比分析

3．4本章小结

第4章蒸发冷却复合空调系统动态运行特性模拟分析

4．1蒸发冷却复合空调系统供冷期数学模型的建立及求解

4．2蒸发冷却复合空调系统运行性能分析

4．3蒸发冷却复合空调系统在不同地区应用的可行性分析

4．4蒸发冷却复合空调系统经济性分析

4．5本章小结

5．1总结

5．2建议与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文与研究成果