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1、F UmMA C HI N E R S V o l . 3 3 . N o . 1 1 , 2 0 0 5 文章编号: 1 0 0 5 - - 0 3 2 9 1 2 0 0 5 1 1 1 -0 0 9 0 - - o 3 环保节能型户式中央空调系统的研究 宁静红， 彭苗， 李慧宇 大津商学院， 大津3 0 0 1 3 4 ) 摘 要: 介绍了一种采用C c h 跨临界制冷循环的户式中央空调系统， 利用热回 收换热器， 回收空调系统高温C ( h 气体 冷却散发的热量， 既减少了对环境的热污染， 又可以为居室提供牛活热水. 通过对适合不同季节需要的5 种运行模式的 分析， 得出这种新型的户式
2、中央空调系统， 对保护环境、 节约能源有定的实用价值。 关键词:C O i 跨临界制冷循环; 环保; 热回收; 节能 中图分类号: T U 8 3 1 . 3文献标识码: A S t u d y o n E n v i r o n me n t - p rot e c t i n g a n d E n e r gy- s a v i n g o f R e s i d e n t i a l C e n t r a l A ir - c o n d i ti o n i n g S y s t e m N INGJ 吨- h a n g , p F NG Mis o , L I H u i-
3、 y u ( T i a n j in C o m m e r c ia l C o l le g e , T ia n j in 3 0 0 1 3 4 , C h in a ) A b s t r a c t : A re s id e n t i a l c e n t r a l a i r - c o n d it io n i n g s y s te m。 i n t ro d u c e d w h ic h二 二C O L t ra n s e n t i al m I n g e r a tio n c y c l e . In t h i s s y s t e m th
4、 e h e a t e n ti t le d f ro m h o t C 02 g a s Jh ig h te m p e r a t u re i s r e c la im e d b y u s i ng h e a t- r e c l a i n t h e a t tr a ns f e r u n it , i t n o t o n l y r e d u c e s t h e h e a t- Ft u ll u ti o n t ro t a l s t p n ro id e s h o t w a t e r脚 a n a ly z in g t h e fi
5、 v e r u n n i n g m o d e s o f t h is s y s te m fo r fi t t in g t h e d e m a n d o f a i r- c o n d it io n in g i n d if - f re n t s e a s o n s , it c a n b e c o n c l u d e d t h a t t h is n e w res id e n t ia l c e n tral a ir - c o n d it io n i n g s y s te m h a s a p p l ic a t io n
6、 v a l u e f o r p ro t e c ti n g e n v imn - m e a t a n d s a v in g e n e t W. K e y w o r d s : C O 2 tr a n s c n t ic a l c y c l e ; e m -i ro n m e n t - p rote c t in g ; h e a t - r e d a in n n g ; e n e r g y - s a v in g 引言 目前， 家用空调和热水供应分别选用两套系 统， 一是家用空调机组或户式中央空调系统， 二是 热 水器( 电 热水器、 燃气热
7、水器等) 作为独立热源 的热水供应系统。这样， 每天空调的冷凝热排人 大气， 既导 致能源的浪费又造成室外环境的热污 染， 而且还 要消耗一定量的 高品能( 电、 燃气等) 制 备低品位的 生活 热水。本文介绍了根据C 0 2 跨临 界 制 冷 循环 的 特点 1 , 2 1 ， 利 用C 0 2 在气 体冷 却过 程中较大的温度变化来加热生活热水 3 1 ， 开发出 一种集制冷、 供热和供热水为一体的 环保、 节能型 家用中央空调系统。 ( 1 ) 新系统流程的可行性与可靠性; ( 2 ) 新设备要 同时具备空调和热水供应两种不同功能; ( 3 ) 蓄热 水箱的蓄热性能; ( 4 ) 研究人
8、居环境空调负荷变化 和热水供应负荷变化规律， 并在此基础上解决好 空调气体冷却散热与热水供应在时间和数量上的 不一致问题; ( 5 ) 新设备能在空调运行期间和停机 期间随时向用户提供合适的热水， 并目 _ 要保证在 不供应热水的条件下新设备能正常运行， 创造健 康而舒适的人居环境。 在对各种制约因素进行了综合考虑后， 确定 了如图 I 所不的系统流程。 系统 的模式 2 家用中央空调系统设计 在设计系统流程 时， 考虑了以下几个问题: 图I 所示流程是采用C 仇跨临界 制冷循环的 一种新型家用中央空调系统， 此系统带有回收压 缩机排出的高温高压制冷剂气体冷却热的热回收 收 稿 日 期 : 2
9、 0 0. 5 -刊 ”刊13 2 0 0 5 年第 3 3 卷第 1 1 期流体机械 换热器， 共有5 种运行模式( 如表 1 所示) ， 兼备空 调和供应热水的双重功能， 充分利用空调系统高 温气体冷却的热量来提供室内生活热水的用能需 要。将空调器中压缩机排出的高温高压的制冷剂 气体注人到 热回收换热设备中进行热交换， 加热 生 活热水 分水器 运行模式 单独制冷 热泵 单独制热水 制冷兼制热水 热泵兼制热水 图1 制冷系统流程小意 表 1 制冷系统流程的5 种运行模式 制冷系统流程的循环方式( 相应符号见图1 ) 1 一 2一 3 一4 一1 2 一1 3 一1 4 一1 5 一1 6
10、一1 7一1 4 一1 8 一1 2 一1 9 一1 5 一1 ( a , b , c 开) 1 一2 一3 一 4一1 2 一1 8 一1 4 一1 5 一1 6一1 7 一1 4一1 3 一1 2 一1 9 一1 5 一1 ( a 开， b , c关) 开电加热 1 0 1 一 2一3 一 4一 6 一5 一1 2一( 1 3 ) 一1 4一1 5 一1 6 一1 7 一1 4 一: 8 一1 2 一1 9 一1 5 一1 1 一2 一 3一 4 一6 一S 一1 2一1 8 一1 4一1 5 一1 6一1 7 一 14一1 3一1 2 一1 9 一 1 5 一1 单独制冷运行模式和热泵运
11、行模式是利用四 通阀 转换c o , 工质的流动方向， 在蒸发器内与水 进行热 交换， 冬季为房间提供热水制热， 夏季为房 间提 供冷水制冷。单独制热水运 行模式是在春秋 季节， 如华北地区的3 - 6 月和8 一 1 0 月之间， 室 内不需要制热、 制冷， 但是需要生活热水， 这时不 用启动空调系统， 而只须对水直接电加热， 就可以 满足生活用热水。 制冷兼制热水运行模式中利用热回收换热器 带 走高温气体冷却的热量来提供室内 生活热水， 如 果热水的需求量大， 热回收换热器足以带走全 部的气 体冷却热， 则C 0 2 工质不流经风冷冷却器; 但是如果热水的用量很小， 为了保证高温气体的 冷
12、 却和系统的经济运转， 同时使用热回收换热器 和风冷冷却器( 设置在室外) 来承担所有的冷却负 荷， 从而 保证新设备能够在原有空调制冷功能的 前提下， 提供热水供应功能， 将高 温气体冷却过程 排放至大气的热量充分回收利用， 既达到节能的 目的， 又减少对环境的热污染。 热泵兼制热水运行模式中利用热回收换热器 来提供室内生活热水的同时， 通过蒸发器与水热 交换为室内供暖。 系统通过热水温度显示4 i ， 调节水的流量和 相应截止阀的启闭。 4 实例分析计算 选择天津市某高档住宅小区的顶层， 室内各 种家用电器齐全， 三室两厅两卫， 层高2 . 8 m ， 建筑 面积1 6 2 . 7 9 .
13、 2 ， 室内面积 1 3 5 . 6 2 甘。计算中所采 用的C 0 2 跨临界循环工况为: 蒸发温度为5 C ， 吸 气温度为 7 C ， 排气温度为6 7 . 3 9 0 ， 冷却器出口温 度为3 6 9 0 ， 回热器出口 温度为3 5 Cs , s l 。在设计 计 算中， 考虑到 C O : 热物理性质和跨临界循环的 F L U I D MA C HI N E R Y Vo l . 3 3 , N o . 1 1 , 2 朋5 特殊性 7 , 8 1 ， 设计计算结果如表2 所示。 表2 设计计算结果 统。 对保护环境、 节约能源有一定的 实用价值。 参考文献: I n m n t
14、z e n G. D te u s e o f n a t u r a l refr i g e ra n ts : a c o m p le te s o lu t io n t o th e C F C / H C F C p re d ic a m e n t J . I n te r n a t io n a l J o ur n a l o f R e fi i g e r a t io n , 1 9 9 5 , 1 8 ( 3 ) : 1 9 0 - 1 9 7 . 工侃宏川2 跨临界循环的理论分析与实验研究 D 天津大学， 2 0 0 0 . H w a n g Y . C o
15、 m p m h e n s iv e in v e s t ig a t io n o f cad- d io x i d e r e f r ig e r a tio n e y c 以D I . U n i v e r s it .v o f M a ry la n d , 1 9 9 7 . 李金川，郑智慧_ 空调制冷 自控系统运行与管理 M . 中国建材工业出版社，2 0 0 2 . 第四机械工业部第十设计研究院. 空气调节设计手 册 m . 中国 建筑工业出 版社， 1 9 8 3 冯玉琪， 工佳慧. 最新家用、 商用中央空调技术手册 设计、 选型、 安装与排障 M . 人民邮电出
16、版社， 2 0 0 2 俞炳丰. 制冷与空调应用新技术 M . 化学工业出版 社， 2 0 0 2 . 丁国良， 张春路， 赵力 制冷空调新工质 M . 上海交 通大学出版社， 2 0 0 3 . 吴业正， 韩宝琦. 制冷原理与设备厂 M . 西安交通大 学出版社， 1 9 9 7 一一J一1乃Jwe 皿口4匡匡 目 前正在研究开 发的C 0 2 换热器不适合用于 户式中央空调系统， 因此本文对蒸发器、 冷却器和 热回收换热器等进行 了 设计。蒸发器和热回收换 热 器为 壳 管 式 结 构 9 由 于C 0 2 跨临 界 循 环的 排 气 压力高达 I O M P a 以上， 排气温度越高，
17、相应压 力越大， 为 保证强度和安全性， 设计C 0 2 在管内 流 动， 管内 径为6 tu n ， 水在壳管间流动， 为单壳程单 管程， 内部设有折流板， 以强化换热( 见 表2 ) 冷却器为翅片管式， 内径为6 m t n 的铜管， 翅 片为 厚0 . 1 2 。 的铝片， 计算得到的换热面积如 表 2所示 川s9j 结语 所设计 的一种采用C 0 2 跨临界制冷循环的新 型户式中央空调系统， 利用热回收换热器回收空 调系统高温气体冷却散发的热量 ， 既减少了对环 境的热污染， 又可以为居室提供生活热水; 该系统 的5 种运行模式适合不同季节的室内空气调节需 要 ， 是一种新型绿 色环保
18、 、 节能型 户式中央空调系 作者简 介 : 宁 静 红 ( 1 9 6 4 - ) ， 女博 士 生 。 讲 师 ， 通 讯 地 址 3 0 11 3 4 天津市 大津商 学院制冷 工程 系 ( 上接第7页) 参 考 文 献 : 6结论 蒋能照， 姚国琦， 周启谨， 等空调用热泵术及应用 M . 机械工业出版社， 1 9 9 7 . 王志毅， 谷波， 景步云 . 风冷热泵空调系统调试中的 问题三则 J . 制 冷与空调， 2 0 0 2 , 2 ( l ) : 4 9 - 5 1 . 王长庆， 龙惟定， 吴清前， 等风冷热泵机组的运行 与测试分析 J - 制冷技术, 2 0 0 2 , (
19、2 ) : 1 2 - 1 5 王玉贵 . 中小型空调器最佳充注量的确定L J . 暖通 空调, 1 9 9 9 , 2 9 ( 1 ) :2 7 - 3 0 . 吴业正. 制冷 原理及设备【 M . 西安: 西安交通大学 出版社， 1 9 9 3 . J o n g m i n C h o i . l n fl u e n ce o f th e e x p a n s i o n d e v ic e o n t h e p e r fo r m a n c e o f a h e a t p u m p u s in g R 4 ( 7 C u n d e r a r a n g e o
20、 f c h . 宫n g c o n d iti o n s J j . I n te r n a t i o n a l I o u ma l o f R e f r ig e m- t io n . 2 0 0 4 . 2 4 : 3 7 8 - 3 8 4 . j圈闭闭s6: ( 1 ) 未设置储液器时， 制冷和制热运行 达到理 想制冷量和能效比的制冷剂充注量相差很大， 制 热运行最佳充注量仅为制冷运行最佳充注量的 4 7. 1 7 % 。 ( 2 ) 为解决不同工况运行时， 制冷剂充注量变 化的问题 ， 采用逆向法是完全可行的方法之一 通过储液器的调整， 使充注量同 样在s . s k g 时， 机 组在标准工况下的制热量和能效比均处于比较理 想的 状态。改用电子膨胀阀 进行流量快速 精确调 节， 系统性能会进一步 提高。 ( 3 ) 按逆向法所设置的储液器必然会产生一 定的制冷剂滞留问题。热泵运行时， 储液器的储 存量可认为是滞留量与原始差值之和。 ( 4 ) 无论储液器匹配与否， 制冷剂充注量均对 系统性能影响很大。 作者简介: 李廷永( 1 9 7 9 - ) ， 男， 在读研究生， 主要从事小型风 冷热泵冷热水机组性能研究， 通讯地址二 2 0 0 0 9 3 土海市杨浦区军 工路 5 拓 号 上 海 理工 大学动 力学院 1 . 信箱