空调器实验室的设计及节能初探

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3.0 牛悦 2024-11-19 6 4 2MB 65 页 15积分

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摘要

本课题根据 GB/T 17758-1999 和某公司的技术协议要求，设计并建造了一套

40HP 大型空调器实验室。主要工作包括空气处理系统、制冷系统、热回收换热

器以及温湿度控制系统的设计和整个实验室的调试与试验。

本实验室室内侧环境室采用 4台谷轮压缩机组，制冷剂为 R22，室外侧环境

室采用 4台比泽尔压缩机组，制冷剂为 R404A，从而获得比较宽的实验温度范围

（室内侧+10℃～+50℃，室外侧-25℃～+50℃）；在室内、外侧环境室加入了热

回收换热器，减少了电加热的能耗；并采用工业废蒸汽进行加热加湿，节省了实

验室的功耗。采用上送下回的气流组织方式，获得了比较均匀的温度场。

在温、湿度测控系统中，采用铂电阻对干、湿球温度进行测量，采用八套 PID

调节器分别对室内、外侧干、湿球温度，进、出风静压以及室内、外侧热回收换

热器出口温度进行自动控制；在电气控制系统中，采用 PLC 和触摸屏使系统的操

作简单直观，运行安全可靠；采用 Labview 编写的测试软件实现了自动化数据采

集与过程监控。

实验结果表明：本实验系统获得了较高的控制精度（温度在±0.2℃以内，湿

度在±2%以内），并起到了良好的节能效果，已经在某公司顺利的投入使用。

关键词：空调器实验室性能测试热回收换热器自动控制

ABSTRACT

Based on GB/T 17758-1999 and the technology Agreement required by XX CO.,

Ltd, this project designs and build a 40HP large air conditioning test room. The

mission mainly consists of the design and the debugging of the air treatment system,

the refrigerating system, the energy-saving equipment, the testing and auto-control

system of the test room. In addition, some experiments are carried out successfully.

To obtain wide temperature range(indoor-room dry-bulb temperature: +10 ℃ ～

+50℃, outdoor-room dry-bulb temperature: -25℃～+50℃) in this project, four sets of

Copeland scroll compressor which uses R22 are adopted to obtain in the inside room

and four sets of Bitzer compressor which uses R404 are adopted to obtain in the

outside room. heat recovery exchanger and waste water steam are adopted in the test

room so that a lot of electricity consumption are saved. t top-in and bottom-out of the

air distribution will ensure the uniformity of the temperature in the room.

In the testing and auto-control system of performance, the temperature and

humidity are tested by plantinum resistance thermometer;eight sets of PID controller

are used to control the indoor/outdoor dry-bulb temperature, the indoor/ outdoor

wet-bulb temperature, the inlet/ outlet air static pressure and the ourlet temperature of

heat recovery exchanger . In the electrical control system, PLC and touch-sensitive

screen are adopted to make the operation simpler and the system safer and more

reliable. In addition, a testing program developed with Labview can monitor the

process and assemble the data automatically.

The results show that good precision of temperature and humidity

(temperature:±0.2℃, humidity:±2%) are obtained and a lot of electricity is saved.

Keywords: Air conditioner test facility，Performance test，Heat recovery

exchanger，Auto control

TU第一章绪论UT .................................................................................................................. 1

TU1.1 空气焓值法测试技术的意义及现状UT ................................................................1

TU1.1.1 焓值法测试技术意义UT .............................................................................1

TU1.1.2 焓值法测试技术发展现状UT .....................................................................1

TU1.2 课题提出的背景及意义UT ....................................................................................2

TU1.3 本课题来源及主要工作UT ....................................................................................2

TU1.3.1 课题来源UT .................................................................................................2

TU1.3.2 技术要求UT .................................................................................................2

TU第二章空气处理系统设计UT .......................................................................................... 7

TU2.1 库房设计UT ............................................................................................................7

TU2.1.1 室外侧库房设计UT .....................................................................................7

TU2.1.2 室内侧库房设计UT .....................................................................................7

TU2.2 环境室空气处理系统UT ........................................................................................9

TU2.2.1 环境室空气处理系统方案确定UT .............................................................9

TU2.2.2 气流组织形式设计UT .................................................................................9

TU2.2.3 送风口形式的确定UT ...............................................................................10

TU2.2.4 室外侧风道送风设计UT ...........................................................................11

TU2.2.5 室内侧孔板送风设计UT ...........................................................................12

TU2.3 循环风机的选型UT ..............................................................................................14

TU2.3.1 风压计算UT ...............................................................................................14

TU2.3.2 风机选型UT ...............................................................................................16

TU2.3.3 加热器设计UT ...........................................................................................17

TU2.3.4 加湿器设计UT ...........................................................................................20

TU第三章制冷机组设计及设备选型UT ............................................................................ 22

TU3.1 室内侧制冷机组设计及选型UT ..........................................................................22

TU3.1.1 最大冷负荷计算UT ...................................................................................22

TU3.1.2 压缩机选型UT ...........................................................................................23

TU3.2 室外侧制冷机组设计及选型UT ..........................................................................24

TU3.2.1 最大冷负荷计算UT ...................................................................................24

TU3.2.2 压缩机的选型UT .......................................................................................24

TU3.3 蒸发器设计UT ......................................................................................................25

TU第四章节能装置设计UT ................................................................................................ 31

TU4.1 节能原理UT ..........................................................................................................31

TU4.2 热回收换热器原理UT ..........................................................................................31

TU4.3 空调器实验室节能原理UT ..................................................................................32

TU4.4 热回收换热器设计UT ..........................................................................................33

TU4.5 热回收阀选型UT ..................................................................................................35

TU第五章测控系统设计UT ................................................................................................ 37

TU5.1 控制系统设计UT ..................................................................................................37

TU5.2 控制系统主要硬件介绍UT ..................................................................................38

TU5.2.1 温度传感器UT ...........................................................................................38

TU5.2.2 湿度传感器UT ...........................................................................................38

TU5.2.3 压力传感器UT ...........................................................................................39

TU5.2.4 PID调节器UT ............................................................................................ 40

TU5.2.5 调功器UT ...................................................................................................41

TU5.2.6 变频器UT ...................................................................................................42

TU5.3 试验室电气系统控制UT ......................................................................................42

TU5.3.1 电气系统控制介绍UT ...............................................................................42

TU5.3.2UT ...........................................................................................TU可编程控制器UT 43

TU5.3.3 触摸屏UT ...................................................................................................43

TU5.4 数据采样设备简介UT ..........................................................................................44

TU5.4.1 多串口卡UT ...............................................................................................44

TU5.4.2 数据采集仪UT ...........................................................................................45

TU5.4.3 电参数测量仪UT .......................................................................................45

TU5.5 控制原理介绍UT ..................................................................................................45

TU5.5.1 室内侧干球温度控制原理UT ...................................................................45

TU5.5.2 室外侧干球温度控制原理UT ...................................................................46

TU5.5.3 室内侧湿球温度控制原理UT ...................................................................46

TU5.5.4 室外侧湿球温度控制原理UT ...................................................................47

TU5.5.5 室内侧调零风机控制原理UT ...................................................................47

TU5.5.6 室外侧调零风机控制原理UT ...................................................................48

TU5.6 测试程序说明UT ..................................................................................................48

TU第六章实验结果与理论分析UT .................................................................................... 50

TU6.1 制冷工况节能分析UT ..........................................................................................50

TU6.1.1 室内侧环境室能量平衡UT .......................................................................50

TU6.1.2 室外侧环境室能量平衡UT .......................................................................51

TU6.2 实验结果分析UT ..................................................................................................51

TU6.2.1 干球温度对比分析UT ...............................................................................53

TU6.2.2 湿球温度对比分析UT ...............................................................................54

TU6.2.3 功率对比分析UT .......................................................................................54

TU6.3 理论分析UT ......................................................................................................... 55

TU6.3.1 压焓图分析UT ...........................................................................................55

TU6.3.2 焓湿图分析UT ...........................................................................................56

TU6.4 小结UT ..................................................................................................................57

TU第七章结论UT ................................................................................................................ 58

TU参考文献UT ........................................................................................................................59

TU发表论文及科研项目UT ....................................................................................................61

TU致谢UT ................................................................................................................................62

第一章绪论

1.1 空气焓值法测试技术的意义及现状

1.1.1 焓值法测试技术意义

随着人们生活水平的提高，家用空调器步入进入了更新换代的高峰期，也相

应带来了对空调器性能P

[1]

P测试装置的发展。按照GB/T7725-2004P

[2]

P，房间空调器P

[3]

制冷量和热泵制热量性能的测试方法有：空气焓值法P

[4]

P、房间热平衡法P

[5]

P和房间

型量热计P

[6]

P等多种形式。其中房间热平衡法和房间型量热计只能进行静态实验，

而空气焓值法不仅能够进行静态实验，还能进行动态测试。如房间空调器季节能

效比（SEER）P

[7]

，需要测定间歇启停状态的制冷量和输入功率，必须采用空气焓

差法。目前焓值法测试台已成为空调生产厂家开发新产品的主要测试装置。故加

强对焓差试验台的研究，改进实验测试装置，提高测试精度，可以为厂家减少新

产品开发的周期，实现巨大的经济效益。

焓差试验台的研制不仅需要制冷、暖通的知识，还涉及热工测量、通信P

[8]

P及

自动控制P

[9]

P等多学科的知识，具有一定的深度和难度，要求研发人员具有全面的

专业知识，扎实的理论基础。

1.1.2 焓值法测试技术发展现状

空气焓差法测试装置的研究因涉及知识产权及其他经济利益问题，国内外公

开发表的相关资料较少，其中美国暖通协会标准ANSI/ASHRAE 116-1983P

[10]

P、日

本冷冻空调工业会的TP02-96P

[11]

P及我国的房间空气调节器标准GB/T 7725-2004 中

都对空气焓差法测试装置进行了总体性、原则性的规定，但其中的细节未有叙述。

国外主要研究机构为美国 ITS 和日本的大西、佐竹，虽其具有较先进的测试

技术，但设计费用较高，维护不能及时等诸多问题，在国内该领域的市场份额较

小；国内从事此方面的研究机构主要为中国家用电器研究所、广州电器科学研究

所、合肥通用机械研究所、上海通用机械技术研究所等。不过，这些研究机构所

设计的空调的热工性能测试系统在工况稳定时间、精度及可靠性方面与国外还是

有一定差距。

目前，部分从事空调测试性能研究的团体和机构，一般从自动控制原理和计

算机集成控制角度出发，利用PID、模糊控制等理论整合系统中的测试控制，分

析测试系统中各设备、各参数的数学模型，并用动态、分布参数及参数定量耦合

大型空调器实验室的设计及节能研究

的观点分析，进行系统优化设计，提高测试系统的节能性、稳定性和测试精度P

[12]

P。

国内一些院校的学者对焓值法测试精度的提高有过不少探索：其中上海理工

大学制冷系的张新胜等提出电热焓差法测试法的改进措施，提高测试精度；清华

大学建筑技术科学系的邵双全等提出用测量空气干球温度和含湿量直接确定焓值

的方法代替传统用测试空气干球温度和湿球温度间接确定焓值的方法，以减少其

传递误差，提高测试精度；东南大学的张小松等提出一种基于焓值法基础上的热

泵制热量测试方法，称为比率法P

[13]

P。

1.2 课题提出的背景及意义

空调器性能测试实验室是在实验室内用人工方法模拟一种或多种被试产品工

作环境，用来检验产品工作时的性能、研制开发新产品。这样不仅加快了产品研

制和生产的速度，而且还可以节约试验费用。目前，空调的性能测试主要依靠环

境模拟实验完成。为维护环境室内、外机室温度稳定，通常采用制冷机给环境降

温，同时用电加热量的方法来平衡被测试机的冷热负荷。在测试过程中，制冷机

组的容量随着被测试室外机放热容量的增加而增加；加热容量随着被测试室内机

制冷容量的增加而增加，此种方法耗电相当厉害，既不利于空调制造企业的能源

成本核算，又和目前倡导的节能降耗的企业生产模式相违背P

[14]

P。

本节能实验室针对以往试验台的不足之处，对电加热部分进行了改进。室内、

外机室的空气处理柜里安装了一个热回收换热器P

[15]

P，回收了部分压缩机高温高压

的排气，根据需求对环境室的空气进行加热。本实验装置对工况机进行了改造，

在压缩机的出口加了一个电动三通调节阀P

[16]

P，根据室内的加热需求，调节电动三

通调节阀的开度，控制压缩机排气的旁通量。这是国内外在空调器实验台中第一

次使用此技术，故具有一定的先进性。

1.3 本课题来源及主要工作

1.3.1 课题来源

本课题系某公司的建设项目，主要是根据国家标准GB/T 17758-1999P

[17]

P等和用

户实际需求研制一套大型焓差实验室测试装置P

[18]

P。

1.3.2 技术要求

（1）测试标准

GB/T 17758-1999 《单元式空气调节机》

GB/T 18836-2002 《风管送风式空调（热泵）机组》

GB/T 18430.1-2008 《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组工商业用和类似用途

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摘要：

摘要本课题根据GB/T17758-1999和某公司的技术协议要求，设计并建造了一套40HP大型空调器实验室。主要工作包括空气处理系统、制冷系统、热回收换热器以及温湿度控制系统的设计和整个实验室的调试与试验。本实验室室内侧环境室采用4台谷轮压缩机组，制冷剂为R22，室外侧环境室采用4台比泽尔压缩机组，制冷剂为R404A，从而获得比较宽的实验温度范围（室内侧+10℃～+50℃，室外侧-25℃～+50℃）；在室内、外侧环境室加入了热回收换热器，减少了电加热的能耗；并采用工业废蒸汽进行加热加湿，节省了实验室的功耗。采用上送下回的气流组织方式，获得了比较均匀的温度场。在温、湿度测控系统中，采用铂电阻对干...

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