小型空调器性能测试实验室节能装置

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3.0 陈辉 2024-11-19 9 4 1.2MB 59 页 15积分

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摘要

本课题是根据国家标准 GB/T 7725-2004 与GB-T 21087-2007 和某单位协议要

求，设计一套新型节能空调器性能测试实验室—空气焓值法测试实验室。该装置

与传统试验台的不同之处是：室内侧的空气处理系统中加入了热回收换热器；室

外侧制冷机组采用热气旁通能量调节和蒸发压力调节。主要工作包括：环境试验

室的空气处理系统和热回收换热器及热气旁通系统设计、自动控制系统的设计、

电气系统的设计、软件编写及进行空调器性能测试的实验。

热回收换热器的节能原理：它可以利用从压缩机排出的高温制冷剂蒸气对空

气加热，减少电加热量，由此节约空气处理设备的能源消耗。热气旁通原理：随

着冷负荷降低，蒸发温度也会降低，这样就会增大除湿量，进而增加了加湿量。

而使用热气旁通可以改变压缩机的制冷能力，使之与变动的负荷相适应。当能量

调节阀打开时，由于高压气体旁通到低压侧，当负荷继续降低时，低压侧压力不

会下降太快，蒸发温度也不会下降太多。这样可以使蒸发温度在一个合适的温度

范围内，减少除湿量，进而减少加湿量，节约一部分电能。也可以通过蒸发压力

调节阀的调节作用来实现。本课题就是在空调器性能测试实验台的节能研究及能

量守恒的基础上，提出利用热回收换热器及热气旁通，深入分析当加入热回收换

热器及热气旁通系统之后的热平衡，以达到节约能源的目的。

本文通过研究热回收换热器、热气旁通和蒸发压力调节对空调器性能测试试

验台的影响，证明使用热回收换热器、热气旁通和蒸发压力调节之后，实验室的

温度场的均匀性及工况调试都达到了国标要求。并且对该实验室的能源消耗进行

了分析，实验表明使用热回收换热器、热气旁通和蒸发压力调节能降低实验室的

能源耗约。

测试软件是以 Labview 为基础的，采用面向对象的编程方法，使用多线程及

ADO 等技术。测试软件和控制系统相结合，实现了过程监控及数据采集处理自动

化。

关键词：热回收换热器空气处理热气旁通蒸发压力调节节能

ABSTRACT

The main task of this subject is to design and build an energy conservation

equipment of thermal performance-testing system of air conditioner – air enthalpy

different method in line accordance with national standards GB/T 7725-2004 and GB -

T 21087-2007.There are two distinct differences over the other methods. First, a heat

recovery exchanger is put in the air handling system of the indoor side. Second, the

outdoor side refrigeration units use hot gas bypass energy regulation and evaporating

pressure regulator. Main job includes, the design of air handling system, the system

design of hot gas bypass, the design of automatic control system, electrical systems

design, authoring software and the thermal performance test of air conditioner.

The energy conservation principle of heat recovery exchanger is that it can use the

hot refrigerant vapor leaving the compressor to heat air. This can reduce the

consumption of electric heaters and save energy. The principle of hot gas bypass: As the

cooling load decrease, the evaporating temperature likewise starts to decrease. This can

cause high dehumidify capability and increase the amount of humidity. This method of

application can change compressor output to adapt to the change of operating conditions.

As the cooling load decrease, the hot gas is introduced directly into the low pressure

side. This can make evaporating pressure increase; the evaporating temperature likewise

starts to increase. So it can reduce the quantity of dehumidification and humidification

amount, saving energy. This subject is based on studying on the energy saving of the air

conditioning performance-testing, putting forward the use of heat recovery exchanger

and the method of hot gas bypass to save energy.

With experiments on the heat recovery exchanger, hot gas bypass and evaporating

pressure regulator, the influence of them on air conditioner performance-testing was

studied. After using the heat recovery exchanger, hot gas bypass and evaporating

pressure regulator, the uniformity of temperature and work conditions in the

environmental chamber are fully met the technical specifications of the environmental

chamber, meeting the requirements of the national standards. On that basis, the energy

consumption of this equipment was analyzed, proving that the heat recovery exchanger

and hot gas bypass can reduce energy consumption of the lab.

The test software platform is based on labview, object-oriented programming,

ADO, multi- threading and so on. The combination of the control system and test

software achieves to the automation of the process control and data acquisition.

Keyword ：heat recovery exchanger, air-handler, hot gas bypass,

evaporating pressure regulator, energy conservation

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .......................................................... 1

§1.1 课题提出的背景和意义 ....................................... 1

§1.2 课题的试验方案 .............................................. 2

§1.3 技术要求 .................................................... 2

§1.4 课题主要工作 ............................................... 3

第二章环境室空气处理系统设计 ....................................... 4

§2.1 试验室库房设计 ............................................ 4

§2.1.1 库房几何参数确定 ...................................... 4

§2.1.2 库房热流量计算 ........................................ 5

§2.2 实验室的气流组织设计 ....................................... 6

§2.2.1 气流组织方式 .......................................... 6

§2.2.2 孔板送风介绍及计算 .................................... 7

§2.3 空气处理系统循环风机的选型 ................................. 8

§2.3.1 循环风机的类型选择 .................................... 8

§2.3.2 循环风机的风压选择 .................................... 9

§2.4 电加热器与电加湿器设计 ..................................... 10

§2.4.1 电加热器设计 ......................................... 10

§2.4.2 电加湿器的设计 ....................................... 12

第三章制冷机组设计与设备选型 ...................................... 14

§3.1 最大冷负荷的计算 ........................................... 14

§3.2 压缩机的选择 ............................................... 15

§3.3 蒸发器的设计 ............................................... 16

§3.4 热回收换热器 ............................................... 20

§3.4.1 热回收换热器的节能原理 ............................... 20

§3.4.2 电动三通阀的选择 ..................................... 21

§3.4.3 热回收换热器的设计[18] ................................. 22

§3.5 冷凝器的设计 ............................................... 25

§3.6 热力膨胀阀的选型 ........................................... 26

3.7 能量调节方式的设计[22] ..................................... 27

§3.7.1 热气旁通的介绍 ....................................... 27

§3.7.2 热气旁通阀的选型 ..................................... 29

第四章自动控制系统设计 ............................................. 31

§4.1 控制系统硬件的设计 ......................................... 31

§4.1.1 控制系统总体结构设计 ................................. 31

§4.1.2 控制系统的主要硬件介绍 ............................... 32

§4.2 控制系统软件介绍 ........................................... 36

§4.2.1 系统软件总体设计 ..................................... 37

§4.2.2 软件的关键算法 ....................................... 37

§4.2.3 软件主要界面及其功能介绍 ............................. 40

第五章实验室的节能研究 ............................................ 42

§5.1 试验方案 ................................................... 42

§5.2 室外侧热气旁通实验结果及分析 ............................... 42

§5.2.1 热气旁通空载实验 ......................................... 42

§5.2.2 热气旁通负载实验 ......................................... 44

§5.3 室外侧蒸发压力调节实验结果及分析 ........................... 45

§5.3.1 蒸发压力调节空载实验 ..................................... 45

§5.3.2 蒸发压力调节负载实验 ..................................... 46

§5.4 使用热回收及热气旁通与不使用的实验结果对比及分析 ........... 47

§5.5 热气旁通的理论分析 ......................................... 48

第六章结论 ......................................................... 52

§6.1 研究内容与总结 ............................................. 52

§6.2 不足和展望 ................................................. 52

参考文献 ............................................................ 53

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ...................... 55

致谢 ................................................................ 56

第一章绪论

§1.1 课题提出的背景和意义

工业革命以来，世界各国经济的迅速发展，其是以能源的大量消耗作为代价

的，这就造成了生态环境的恶化[1]。研究表明，在过去的几十年里，全球变暖的原

因，很大部分上是与人类使用那些能产生温室气体的燃料有关，如石油。这就引

发了一系列的生态危机。因此，节约能源资源与保护生态环境，已经成为现在世

界各国的共识[1]。发达国家应该承担保护生态环境的主要责任，然而对于发展中国

家，最重要的就是要避免走上那些发达国家的“先污染、后治理”的道路。从我

国来看，各大城市的环境污染日益严重，因此要加强节能减排工作[2]。从制冷产业

来看，那些会造成温室效应的制冷剂，正在被逐渐禁止使用。但是随着空调器等

制冷产品的普及，制冷产品的耗电量逐渐增多，现在已经占总用电量的很大一部

分[3]。而空调器的出厂是要经过检测，只要产品合格才能在市场上销售。以防止那

些性能差的空调器流向市场，浪费大量的电源。故要建立一个完善的检测机制，

并且在保证检测结果准确的情况，要做到节能，这就需要对以往的实验室进行性

能优化。

空调器性能测试是通过环境实验室来完成的。为了保证在测试过程中该环境

室的温湿度稳定，一般先用制冷机组给环境降温，然后用 PID 调节电加热量和加

湿量的方法去平衡被测空调器的冷热负荷及湿负荷。当被测空调器的容量增加时，

制冷机组的制冷量会随着增加，同时电加热量及电加湿量也随着增加[4]。在测试过

程中，我们发现电加热器与电加湿器的耗电量占了总用电量的大部分。但是目前

的空调器性能测试过程中，制冷机和加热加湿器是同时工作的，这种方法不但初

投资大，而且运行成本极高，造成了极大的浪费。故应该对传统实验室进行系统

优化，在环境室符合国标要求的情况下，减少电加热器与电加湿器的耗电量，以

达到节约能源的目的。

本课题就是在这种背景下设计的一种新型节能环境实验室装置，主要是用于

空调器的性能测试。可以使用该装置在实验室内去模拟被测空调器的工作环境，

去检验空调器工作时的性能，然后此基础上去研发新产品。这样不但可以加快产

品研制和生产的速度，还可以节约能源，减少运行成本[5]。

在目前提倡节能减排的大环境下，当进行空调器性能测试实验台的设计时，

必须要考虑到能源的有效利用和节能。基于以上的背景与意义，设计了一种新型

节能环境模拟实验室装置，其能有效的节约能源，降低运行费用。

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摘要本课题是根据国家标准GB/T7725-2004与GB-T21087-2007和某单位协议要求，设计一套新型节能空调器性能测试实验室—空气焓值法测试实验室。该装置与传统试验台的不同之处是：室内侧的空气处理系统中加入了热回收换热器；室外侧制冷机组采用热气旁通能量调节和蒸发压力调节。主要工作包括：环境试验室的空气处理系统和热回收换热器及热气旁通系统设计、自动控制系统的设计、电气系统的设计、软件编写及进行空调器性能测试的实验。热回收换热器的节能原理：它可以利用从压缩机排出的高温制冷剂蒸气对空气加热，减少电加热量，由此节约空气处理设备的能源消耗。热气旁通原理：随着冷负荷降低，蒸发温度也会降低，这样就...

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