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降溫水簾再冷式冰蓄冷工程節(jié)能效果的理論分析軸流風(fēng)機(jī)的安裝技巧

摘要:介紹了再冷式冰蓄冷工程的運(yùn)行原理,利用模擬計(jì)算的方法對(duì)影響再冷式冰蓄冷工程性能的因素進(jìn)行了分析,分析結(jié)果表明該工程制冷機(jī)夜間運(yùn)行的COP值比傳統(tǒng)蓄冰工程高出約14%,可把夜間制冷機(jī)的蒸發(fā)溫度提高2℃且不需要任何附加能量。
關(guān)鍵詞:冰蓄冷 再冷器 性能系數(shù) 節(jié)能
Abstract  Presents operation principles of the sub-cooled ice-storage system, analyses affecting factors of this system by use of simulation calculation. The results reveal that the COP of this system is about 14% higher than that of the conventional system, and it can raise the evaporation temperature by 2℃ at night but needs no extra energy.

  Keywords ice-storage, sub-cooler, COP, energy saving

  ★TsinghuaUniversity, China

  0 引言

  冰蓄冷技術(shù)是利用峰谷電價(jià)的差別將用電高峰時(shí)的空調(diào)負(fù)荷轉(zhuǎn)移到電價(jià)較為便宜的夜間從而節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。傳統(tǒng)的冰蓄冷工程可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用但不節(jié)能,但這主要是制冰運(yùn)行期間為了得到0℃的冰,制冷機(jī)的蒸發(fā)溫度往往需要降低至-8℃,從而造成夜間蓄冷過(guò)程中制冷機(jī)運(yùn)行的性能系數(shù)(COP)僅是白天的60%~70%,造成了能源的浪費(fèi)。

  冰蓄冷的制冰方式主要分為兩種。第一種是靜態(tài)制冰方式,即在冷卻管外或盛冰容器內(nèi)結(jié)冰,冰本身處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。第二種是動(dòng)態(tài)制冰方式,即冰相對(duì)于制冰介質(zhì)是處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

  靜態(tài)制冰法工程簡(jiǎn)單,現(xiàn)已成為應(yīng)用中的主流。然而,靜態(tài)制冰法也存在著由于冰層厚度的增加使熱阻增大,導(dǎo)致制冷機(jī)的性能工程(COP)降低的缺點(diǎn)。為了克服這個(gè)缺點(diǎn),產(chǎn)生了制冰法中的收獲(harvest)制冰法。收獲制冰法利用熱量使一定厚度的冰脫落從而減小冰層厚度。

  收獲制冰法有兩個(gè)階段:①制冰階段,采用的方法有水從冷卻表面流下和冷卻表面浸在水中;② 脫冰階段,有機(jī)械剝離法和熱融解剝離法。但收獲制冰法也存在剝離能耗較大的缺點(diǎn),而再冷式蓄冷工程利用了新型的冰層剝離法--再冷器剝離法,減少了剝離能耗,較傳統(tǒng)收獲制冰法的效率有較大的提高。

  1 再冷式冰蓄冷工程原理

  1.1 工程簡(jiǎn)圖及其原理

  圖1為再冷式冰蓄冷工程的工程流程圖。它與傳統(tǒng)冰蓄冷工程的最大區(qū)別是在冷凝器與膨脹閥之間加裝了再冷器(sub-cooler)。再冷器剝離法利用冷凝器后較熱的制冷劑將乙二醇溶液加熱到0℃以上,通過(guò)泵1送入蓄冰槽后將冰融化并使之脫離。

圖1工程原理簡(jiǎn)圖

  再冷式冰蓄冷工程有三種運(yùn)行工況,其運(yùn)行原理如下(以蓄冰槽1為例,其它蓄冰槽以此類(lèi)推):

 、僦票r

  當(dāng)制冷機(jī)制冰時(shí),可以有以下兩種運(yùn)行狀態(tài):

  a 全部冷量用來(lái)制冰,閥2,3,22開(kāi),閥1,4,21,23關(guān)時(shí),蓄冰槽1制冰;

  b 在制冰的同時(shí)對(duì)用戶(hù)供冷,閥2,3,22,23開(kāi),閥1,4,21關(guān)時(shí),調(diào)節(jié)閥22,23的開(kāi)度改變通過(guò)板式換熱器的流量,從而蓄冰槽1制冰的同時(shí)對(duì)用戶(hù)供冷。

 、 脫冰工況

  脫冰是指利用再冷器得到的高于0℃的載冷劑,將蓄冰槽內(nèi)制冰介質(zhì)上的冰融化并使之脫離表面。當(dāng)閥1,4開(kāi),閥2,3關(guān)閉時(shí),蓄冰槽1脫冰,其它以此類(lèi)推。

  ③不制冰而直接為用戶(hù)供冷

  閥21,23開(kāi),閥1,2,3,4,22關(guān)時(shí),制冷機(jī)不進(jìn)行制冰而直接向用戶(hù)供冷。

  現(xiàn)冷式蓄冰式工程蓄冰槽制冰、脫冰兩種工況下的切換是在制冷機(jī)制冷循環(huán)沒(méi)有變化的條件下得到的,因此可以避免制冷機(jī)制冷/熱泵循環(huán)轉(zhuǎn)換時(shí)所帶來(lái)的損失及對(duì)制冷機(jī)壽命的影響。

  1.2 再冷式蓄冰工程制冷循環(huán)分析

  圖2所示T-s圖表示制冷工程的循環(huán)過(guò)程。在沒(méi)有再冷器的制冷循環(huán)中,1-2為壓縮過(guò)程、2-5為冷凝過(guò)程、5-6為節(jié)流過(guò)程、6-1為蒸發(fā)過(guò)程。當(dāng)使用再冷器進(jìn)行制冷循環(huán)時(shí),設(shè)制冷劑通過(guò)再冷器從5點(diǎn)冷卻到5′點(diǎn),那么節(jié)流過(guò)程就由5-6變?yōu)?′-6′了,而蒸發(fā)過(guò)程則由6-1變?yōu)?′-1。需要說(shuō)明的是,圖中5-5′下陰影所示的Q2與6-6′下的Q1面積相同(即Q1=Q2),即用于冷卻再冷器的那部分冷量通過(guò)蒸發(fā)器的再度變?yōu)槔淞慷](méi)有損失。顯然由于減少了制冷機(jī)的節(jié)流損失而提高了制冷機(jī)效率。

圖2 制冷循環(huán)圖

  2 再冷式冰蓄冷工程數(shù)學(xué)模型

  為了對(duì)再冷式蓄冰工程和傳統(tǒng)靜態(tài)蓄冰工程進(jìn)行比較,需要建立數(shù)學(xué)模型以對(duì)兩種工程進(jìn)行模擬分析。為突出問(wèn)題本質(zhì),便于分析比較再冷式與傳統(tǒng)式冰蓄冷工程的性能,我們以板式工程為例。

  蓄冰工程由制冷機(jī)和蓄冰槽兩大部分組成,下面就對(duì)這兩大部分分別建立數(shù)學(xué)模型。模型中次要的因素如水泵的影響均忽略不計(jì)。

  2.1 制冷機(jī)模型

  為了簡(jiǎn)化上述兩種蓄冰工程的能耗比較,這里只考慮蒸發(fā)器和再冷器兩部分。

  蒸發(fā)器的計(jì)算采用的是傳熱單元數(shù)法。蒸發(fā)器中的制冷劑側(cè)大部分處于沸騰狀態(tài)下,為了計(jì)算方便將其簡(jiǎn)化成為整個(gè)蒸發(fā)器均處于沸騰狀態(tài)。因此效能ε=1-e-NTU, 其中NTU=KF/Cmin[1],K,F(xiàn)分別為傳熱系數(shù)和傳熱面積; ,即換熱器兩側(cè)流量乘以較小比熱值。通過(guò)換熱器交能就可以計(jì)算出其余參數(shù)。

  再冷器模型也是采用傳熱單元數(shù)法,但它與蒸發(fā)器的模型不同之處在于它不經(jīng)歷相變過(guò)程。由于再冷為逆流換熱:

(1)

  式中 ,即換熱器兩側(cè)流量乘以較大比熱值。

  2.2 蓄冰槽模型

  再冷式工程中蓄冰時(shí)有制冰和脫冰兩種工況,應(yīng)分別建立相應(yīng)的模型。為了簡(jiǎn)化制冰模型,不考慮沿蓄冰槽內(nèi)換熱器方向冰層厚度的變化即取平均厚度 。板式蓄冰槽的制冰模型見(jiàn)圖3,建立如下方程:

                     (2)

                    (3)

  邊界條件:t( 0)=tin , t(l)=tout

  初始條件:t=0℃ ,ΔH=0,式中R主要分為三部分:第一是板內(nèi)載冷劑熱阻,第二是制冷板的傳導(dǎo)熱阻,第三是冰層熱阻, 這三部分熱阻中冰層熱阻占的比重最大;tm,t分別為冰層與水相變界面的溫度值和蓄冰板內(nèi)載冷劑溫度值;tin , tout為蓄冰槽的進(jìn)出口溫度值。 ,ρ,cp,l,rm分別為載冷劑流量、水的密度、載冷劑的定壓比熱容、蓄冰槽的總長(zhǎng)度和水的單位質(zhì)量凝固熱。

圖3 蓄冰槽示意圖

  由于上述兩式為微分表達(dá)式,為了計(jì)算的簡(jiǎn)便對(duì)其進(jìn)行積分得到:

                    。4)

               (5)

  式中Δ 是冰層厚度的增加值。

  脫冰模型依據(jù)的公式與上面兩個(gè)公式非常相似,這里就不再贅述。

  3 傳統(tǒng)冰蓄冷工程熱性能分析

  藉上述模型進(jìn)行模擬計(jì)算得到圖4,5所示的結(jié)果。該工程的具體參數(shù)為蓄冰槽內(nèi)板間距70mm,制冷板寬0.25m,總長(zhǎng)500m。制冷機(jī)的制冷為R12,蒸發(fā)溫度-8℃,在蓄冰剛開(kāi)始時(shí)制冷量為60kW。模擬冰蓄冷工程載冷劑為乙二醇溶液,流量為10L/s。

圖4 冰槽出口溫度、冰層厚

安裝前應(yīng)全面熟悉了解風(fēng)機(jī)的說(shuō)明書(shū),弄清風(fēng)機(jī)工作的通風(fēng)工程圖紙,開(kāi)箱檢查風(fēng)機(jī)各部件是否齊全,機(jī)殼外部有否碰傷,特別要注意頭部整流器是否有碰傷變形,各部件聯(lián)接是否緊密,葉片電機(jī)有無(wú)損傷,葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活,如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)予以修理及調(diào)整。
檢查風(fēng)機(jī)的安裝基礎(chǔ),它必須有足夠的強(qiáng)度和剛度,以保證能承受風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷,同時(shí)檢查基礎(chǔ)與風(fēng)機(jī)的聯(lián)接尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求。

◆風(fēng)機(jī)的安裝

1、風(fēng)機(jī)臥地式安裝
將減振器通過(guò)聯(lián)接螺栓固定于風(fēng)機(jī)機(jī)座,用中心高調(diào)整墊板調(diào)節(jié)各減振器水平高度,用固定螺栓將風(fēng)機(jī)固于已焊接在基礎(chǔ)上的聯(lián)接鋼板上,如風(fēng)機(jī)由于抗震等原因無(wú)需減振器,則將風(fēng)機(jī)機(jī)座上的螺孔與基礎(chǔ)上的預(yù)埋螺栓直接聯(lián)接即可。

2、側(cè)墻臥式安裝
風(fēng)機(jī)安裝的基本要求與臥地式安裝相同,只是安裝托架做成斜臂支撐式,托架要有足夠的強(qiáng)度和剛度,10#以上風(fēng)機(jī)不宜采用此種安裝方式。

3、懸掛式安裝
先將減振器與風(fēng)機(jī)用螺栓聯(lián)接成一體,減振器對(duì)稱(chēng)安裝,布置于風(fēng)機(jī)重心兩側(cè),直接將風(fēng)機(jī)提升插入安裝于懸掛支架,懸掛支架的高度,視實(shí)際空間距離由用戶(hù)自定,16#以上風(fēng)機(jī)一般不采用此種安裝型式。

4、立式安裝:風(fēng)機(jī)立式安裝方法與臥地式安裝一致,對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的強(qiáng)度與剛度要求更嚴(yán)格。

◆風(fēng)機(jī)與兩端管道的聯(lián)接必須采用撓性接頭,以隔離振動(dòng)和保護(hù)風(fēng)機(jī)



降溫水簾
廠房負(fù)壓風(fēng)機(jī)
通風(fēng)降溫設(shè)備

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