数码涡旋空调热水器的研究与开发X

数码涡旋空调热水器的研究与开发X

第7卷　第6期　　　　制冷与空调　　　　　　　　　　　　　　　　2007年12月　　　　　　REFRIGERATIONANDAIR-CONDITIONING76279

数码涡旋空调热水器的研究与开发

田明力　杨亚华　张登科　徐来福

(广东美的商用中央空调设备有限公司)

Ξ

摘　要　空气源热泵热水器技术的必要性和经济性,并以美的果加以佐证,。关键词　数码涡旋空调　ofdigitalscrollair2conditioner

withair2sourceheatpumpwaterheater

TianMingli　YangYahua　ZhangDengke　XuLaifu

(GuangdongMideaCommercialAir2conditionerEquipmentCo.,Ltd.)

ABSTRACT　Whereastheincreasedillogicalitybetweenreducedtheenergyconsumptionofair2conditionerandtheconsumer’sdesireofcomfortablelife,describesthenecessaryandeco2nomicconditionofairsourceheatpumpwaterheaterintegratedwithair2conditioner.ThenprovestheabovethroughtheoperationeffectoftheMidea“energysave”seriesofdigitalscrollair2conditionerintegratedair2sourceheatpumpwaterheater.Meanwhile,introducestheopti2malprojectoftheunit.

KEYWORDS　digitalscrollair2conditioner;air2sourceheatpumpwaterheater;coefficientofoverallperformance

随者全球能源危机的加剧以及目前我国能源供应形势的紧张,建筑技术必然朝着建筑节能的趋势发展,而暖通空调能耗作为现代建筑的必要组成部分也必然受到这种趋势的影响,因此降低暖通空调系统能耗与用户对室内舒适度要求日益增长之间的矛盾日益突出。

在这种情况下,将“冷暖空调”和“热泵制热水”2种技术加以综合,利用空调器制冷时的废热制热

lgp2h图中722232527,制冷性能系数EER为

EER=

=　wneth2-h7

(1)

式中qc为蒸发器蒸发吸热量;wnet为压缩机做功;

hi为i点焓值。

对于热泵循环,同样类似图中循环722232527,相比于制冷循环只是室外机换热器由冷凝器转换

为蒸发器,同样室内机由蒸发器转换为冷凝器,供暖能效比COP为

COP=

=　wneth2-h7

(2)

水,大大提高能源利用效率。基于此,美的中央空调充分利用本身丰富的试验资源,研究开发了“节

能先锋(EnergySaving)”系列数码涡旋空调热水机。

1　冷暖空调与空气源热泵热水器结合时的能源利

式中qH为冷凝器换热量。

制冷制热水模式下制冷剂循环过程如下。

用系数的计算

对于制冷循环,类似于如图1中制冷剂循环

Ξ收稿日期:2007203230

　通讯作者:田明力,Email:mdvchenping@

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　第6期　　　　　　　　　　　　　田明力等:数码涡旋空调热水器的研究与开发　　　　　　　　　　　　　　　　制冷系数EER=

α=×　

h2-h1wnet

(5)

式(5)中α为通过室内机换热器的制冷剂量占总

制冷剂循环量的百分比。

暂定总性能系数(ofoverallperfor2mance,简化为COOP),令COOPCOP+EER,得:

PCO=

(6)wnet

图1　各种工作模式下系统制冷剂循环lgp2h图　

1.压缩机回气;2.压缩机排气;3.冷凝器出口;4.室外机换热器进口;5.室内机换热器进口;6.室外机换热器出口;7.室内机换热器出口p1为冷凝压力;p2为室外机换热器蒸发压力;p3为室内机换热器蒸发压力

在该循环中,qH=qc.out+qc.in+wnet　

供热系数COP==　

h2-h1wnet

(3)(4)

(6),,在压缩机做功相同的情况下,同时满足制冷和制热水的需要,甚至可以同时满足制热和同时制冷水的需要。2　美的“节能先锋”(EnergySaving)系列数码涡旋空调热水机

该系列机型是基于美的中央空调独创的多联数码涡旋中央空调技术,采用数码涡旋压缩机,通过卸载电磁阀通和断的组合控制系统的能量输出,系统运行稳定,能力调节可以在10%～100%内线性无级调节,温度控制精度可以控制在±0.3℃以内。通过PWM(

卸载阀)来控制容量输出,没有中间环节损

(En2耗,能效比高,SEER也较高。美的“节能先锋”

ergySaving)系列数码涡旋空调热水机正是在此基础上融合了热泵制热水技术所研发出的新产品,具备4种工作模式:制冷、制热、制热水及制冷制热水。

具体工作模式下制冷剂的循环方式如图2所示。

图2　各种工作模式下系统内制冷剂循环过程

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　制　冷　与　空　调　　　　　　　　　　　　　　　　　第7卷　　　在制冷与制热模式下,数码压缩机根据实际能力的需求,输出能力在10%～100%区间内进行调节;制热水模式下,数码压缩机能力按照100%输出;在制冷制热水模式下,为了保证热水供给量,压缩机采用100%能力输出的方式,同时在房间内制冷需求不高的情况下,旁通室外机换热器,

开启室外机风机,使整个循环保持在最佳状态,既保证制热水能力又满足室内冷量需求。

在测试过程中,抽取1台室外机(型号为KRSJ2D120(160)/S2420),额定制冷量为12kW。根据美的中央空调多联机配置室内机的通用性,一共配置4台室内机(额定制冷量分别为2.2kW,2.8kW,2.8kW,7.1kW,22内机,28内机,28内机,71内机),3。　　图3　试验测试系统连接图

表1　不同工作模式下机组能力测试值

空调能力制热水能力输入功率

/kW

/kW--15.24115.87016.13917.000

/kW4.6004.0004.5614.6754.5114.026

COOP

备注全开全开

1台28机2台28机2台28机+

1台22机

制冷①制热②

13.72316.3252.9425.1589.57412.930

3.04.14.04.55.77.4

制冷同时制热水③

注:①制冷模式标准测试条件:环境温度35℃/24℃(室外),27℃/19℃

(室内);②制热模式标准测试条件:环境温度7℃/6℃(室外),20℃/15℃(室内);③制冷制热水模式标准测试条件:环境温度35℃/24℃(室外),27℃/19℃(室内),进出水温度:15℃/55℃。

性能系数大于制冷或热泵模式运行的总性能系数,并且伴随室内冷负荷需求的不断增大,系统的总性能系数不断上升。在室内机与室外机相匹配的状态下,系统的总性能系数可以高达7.4,按照制冷模式下性能系数为3.0计算,总性能系数提高了147%;按照热泵模式下能效系数4.1计算,总性能系数提高了80.5%,大大提高了能源的利用水平。3　美的“节能先锋”系列数码涡旋空调热水机采用的技术方案

为了保证机组可靠高效运行,在进行大量批次试验之后,在新型数码涡旋空调热水机中采用了以下技术方案。3.1　双四通阀和双电子膨胀阀

该技术方案确保5种模式(4种工作模式和除

霜模式)之间的正常切换和在任一种模式下系统的可靠高效运行,特别是在制冷制热水模式下,根据室内机换热器制冷剂流量需求,对室内机换热器和室外机换热器之间的制冷剂流量进行智能分配,在保证机组制热水能力的同时保证房间冷负荷的需求。3.2　采用电子水阀调节出水温度

现行市场上的一次加热型热泵热水器绝大部分都是采用直接感应机组冷凝压力的调节水阀来控制出水温度。由于阀体直接感应机组的冷凝压力,特别是在高温工况下运行时,阀体由于长期承受压力过高而破裂,从而导致系统制冷剂的泄漏,造成环境污染。另外,出水温度设定受限,机组出水温度在出厂时设定,用户无法自己设定温度,更改默认设定需要专业人员操作。这样在外部环境变化(比如进水压力或者环境温度变化)时,常常由于水阀反应能力的滞后导致系统因冷凝压力过高而停机。

为了解决上述问题,采用步进式电机驱动的电子调节水阀。由于该阀是根据检测到的出水温度以及环境温度调节出水温度,不需要感受系统的冷凝压力,大大降低了损坏的可能性,并且不需要顾虑由此导致的系统制冷剂泄漏等问题。同时,用户可以通过控制器在40～60℃之间自由设定出水温度,更具人性化。为了提高外界条件变化时系统运行的可靠性和承受能力,保证用户用水的舒适性,采取了以下措施:

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　第6期　　　　　　　　　　　　　田明力等:数码涡旋空调热水器的研究与开发　　　　　　　　　　　　　　1)在控制程序中导入不同环境温度所对应的电子水阀初始开度,即环境温度高时水阀初始开度大,环境温度低时水阀初始开度小;

2)根据出水温度与用户设定温度之间的温差

大小,调整电子水阀需要打开或关闭的步数;

3)根据每次调节水量对总水量变化的影响,调整相临2次调节之间的时间间隔;

4)通过MATLAB程序编程仿真,

进行数值模拟,作为对试验的有效补充。

图4为某一工况正常水压0.2MPa显,很快达到稳定,初始开度过小或者过大都不合适。

图5为电子水阀初始开度定为20步时,不同进水压力下出水温度随时间的变化规律。可以看出:进水压力为0.1MPa时,出水温度最高可达到67℃;进水压力为0.4MPa时,出水温度最低为41℃。,,,尽可能降低出水温。通过数值模拟与试验的结合,进一。

图4　正常水压0.2MPa时,不同初始开度

对应的出水温度变化　　　　

图5　开度定为20步时,不同进水压力

对应的出水温度变化　　

3.3　机组的除霜模式4　结　论

冬季环境气温大大降低,特别是湿度高的地

区,一般环境温度在0～2℃范围时,空气源热泵热水器很容易出现机组化霜不完全的情况,从而降低蒸发器换热能力,严重的还导致机组无法正常运行,因此提高机组的化霜能力极为重要。热泵热水器之所以出现化霜不完全现象,主要是由于外界环境温度低,机组除霜过程中很难从外界吸收热量。美的“节能先锋”系列空调热水机技术方案中采用了新型的制冷剂加热技术,即在除霜期间通过加热制冷剂提高系统制冷剂的循环量,促使制冷剂从外界吸收更多的热量Q1,同时用于加热制冷剂的这部分热量Q2也通过制冷剂的循环传递到室外机换热器,起到一定的除霜作用,即用于除霜的热量增加量为Q=Q1+Q2,比普通的附加电加热除霜方式具有更强的除霜能力。

笔者阐述冷暖空调结合空气源热泵热水器技术的经济性,并以美的“节能先锋”系列数码涡旋空调热水机的实际效果加以验证,同时介绍在该系列机组中所采用的一些技术方案,指出数码涡旋空调结合空气源热泵热水器技术将拥有很好的发展前景。

参考文献

[1]　杨亚华,程卓明,张登科.冷暖空调结合热水器技术

的发展现状与经济性分析.家用中央空调:专辑,

2006:31234.

[2]　俞丽华,马国远,张鑫.低温空气源热泵的现状与发

展.暖通制冷与设计,2006,11(1):63265.

[3]　美的空气能热泵中央热水机组产品说明书.

[4]　申维道,蒋智敏,童均耕.工程热力学.3版.北京:高

等教育出版社,2001.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fki4.html