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空调换热设备综合实验装置的研究与建设点击：2008 日期：[ 2014-04-26 22:13:58 ] |
| 空调换热设备综合实验装置的研究与建设 谢治祥ａ, 周 详ｂ, 刘光远ａ (扬州大学ａ.环境学院;ｂ.设备处,江苏扬州225009) 摘要:介绍空调换热设备综合实验装置,该装置技术先进、实验参数自动控制,测试精度高,可以实现多个实验项目,既可以用于教学、科研,又可以按照国家标准测试空调产品的热工性能。数据采集系统自动采集、在线计算、显示与存储,经过使用,收到良好的教学效果。 关键词:综合实验装置;换热设备;换热量 中图分类号:ＴＵ831文献标识码:Ａ文章编号:1006-7167(2007)02-0018-03 1 引 言 总结实验教学经验结合建环专业实验教学的特点,将实验教学与实际应用相结合,努力提高学生的实际应用与综合操作能力。但是,我国现阶段实验设备陈旧还没有根本改变,虽然一些高校建设了综合实验装置,大多功能单一,实验时具有独立性、分散性,甚至一些装置只能具有演示功能[2]。根据实验教学的要求,加强学生综合性、设计性实验教学,在总结多年实验教学经验的基础上,结合其他高校的综合实验台,考虑现行的国家标准与规范要求,研究并设计了“空调换热设备综合实验装置”。该实验台利用了先进的控制与测试技术,将几种换热设备的试验装置有机地结合在一起,实行优化组合;将实验所需的相关公共部分如冷源、热源、温湿度检测与控制装置等建成一个共同平台,避免了重复建设,大大节省了投资;同时在空气侧与水侧对各种换热器进行性能测试,并通过测试计算求出其热平衡偏差;另外系统工况的稳定性较好,测量精度较高。装置中主要参数(如风温、水温等)采用高精度ＰＩＤ调节仪进行自动控制,其风温波动不超过±0.3℃,水温波动不超过±0.2℃,风水侧热平衡偏差小于±5%。装置中利用计算机进行数据采集与计算,测试过程快速、直观、准确、方便,既满足实验教学的要求,又为学生提供综合实验、设计实验和教师从事科学研究条件,同时又符合国家有关标准的要求。 2 实验台的研究与设计 2.1 设计思路 作为高校大型实验装置,既要满足教学要求,又要避免实验项目的单一化,尽量多的增加综合实验和设计实验,实现多项目共用一个“实验平台”,避免共用“实验平台”的重复建设,提高实验设备与实验经费的利用率,在考虑综合实验台方案、规模、标准时,结合现行的国家标准:风机盘管机组ＧＢ Ｔ19232 2003、柜式风机盘管机组ＪＢ Ｔ9066 1999、空气冷却器与空气加热器性能试验方法ＪＧ 21 1999等,建成后的实验台具有较强的综合性,达到国家标准对空调换热设备热工性能测试要求的精度,既能用于教学又能用于科研,同时可以对有关空调产品性能进行检验。除此以外在实验装置上增加部分设备、仪器、仪表可以增加更多的教学实验,充分发挥实验台的作用。 2.2 实验系统 根据我国现行的标准,空调换热设备热工性能以空气焓差法作为试验方法,经过调研、比较、综合考虑实验教学、科研与实际应用的联系,本实验台选用“风洞式空气焓差法测试装置”[6],整个实验台由测试室、冷水箱、热水箱、水冷冷水机组、管道泵、多功能组合式空气预处理设备、空气流量测量装置、空气干湿球温度取样装置、风路系统、水路系统、电气控制系统、计算机数据采集系统等,实验台的系统图如图1所示。 (1)测试小室。根据被测换热设备的具体情况及风管断面空气流速,确定小室的外型尺寸:4200ｍｍ×4200ｍｍ×4000ｍｍ(高),围护结构用聚苯乙烯彩钢板,小室气流采用顶部孔板送风,底部侧面回风,孔板离地面2900ｍｍ,孔板到小室顶部为静压混合箱,保证送入室内的空气流速均匀。 (2)冷、热水箱。向风机盘管、柜式风机盘管机组、空气冷却器与空气加热器提供恒温水,为了保证水箱内水温均匀,在水箱内设有搅拌装置,手动加热器一组、ＰＩＤ自动控制加热器一组,根据设备的运行情况选用手动或ＰＩＤ加热。 (3)多功能组合式空气预处理设备。它主要给被测设备风机盘管、柜式风机盘管机组及空气冷却器与空气加热器提供恒定的温、湿度环境,同时抵消被测设备的冷、热量,选用4 72№4.5Ａ通风机,风量7500ｍ3/ｈ,配用7.5ｋＷ变频器,根据不同的被测设备作相应的调整。空调器内设有一次加热段(手动加热、ＰＩＤ自动加热)、表冷段、加湿段(手动加湿、ＰＩＤ自动加湿)、二次加热段(手动加热、ＰＩＤ自动加热)、双排对喷淋水室、风机段;空调器内在表冷器前后,淋水室前后设有空气温、湿度取样装置。多功能组合式空气预处理设备可以对空气实现加湿、去湿、升温、降温等,保证风机盘管、柜式风机盘管机组、空气冷却器与空气加热器在测试中所要求的空气参数。 (4)空气流量测量装置。根据不同的风机盘管的风量、柜式空调机组的风量,以及表面式空气换热器迎面1～4ｍ/ｓ的要求配用2个Φ70的喷嘴、2个Φ80的喷嘴、2个Φ150的喷嘴,风量测量范围210～6686ｍ3/ｈ,使用时根据被测设备风量并保证喷嘴喉部风速在15～35ｍ ｓ之间确定喷嘴的使用个数。 (5)被测换热设备。风机盘管、柜式空调机组。安装在测试室内,并保证出口静压测量的风管长度,通过调整空调器变频器及回风阀门的开启度保证设备出口静压的达到标准规定的要求;被测空气冷却器与空气加热器设置在喷嘴出口的管路上,截面尺寸600ｍｍ×600ｍｍ,片距3.2ｍｍ,传热面积34.9ｍ2,铜管管路Φ16×0.45,6排铜管,每排16根,该部分设计为可拆换式,可以测量不同型式的换热器热工性能。 (6)风路系统、水路系统。风路系统中根据不同的换热器设备进行风路转换,水路系统中设有一组精度为1%的涡轮流量传感器组Φ10、Φ15、Φ40;不同的水流量用不同的传感器。该实验装置具有很强的综合性,可以测试三种型式的空调换热设备,同时可以实现多个实验项目。 建成后的综合装置如图2。 图 2 空调换热设备综合实验装置 (7)计算机数据采集系统。换热设备各种的实验在线监视,可以监测各个数据的变化趋势,温度、流量等参数实时检测与显示,实验数据实现自动记录、存储、在线计算、列表打印,及时得出测试结果,历史数据随时可以查看。 3 可实现的实验项目 (1)风机盘管热工性能测试。实验时保证空气温、湿度稳定的情况下,测量空气的进、出口空气干球温度、湿球温度、机组风量、水侧的进出口水温、水流量,可以计算出盘管的水侧换热与风侧换热量,求出盘管的冷量,测量精度达到热平衡偏差<5%。 (2)柜式风机盘管机组热工性能。利用焓差法原理,在机组进口空气温、湿度稳定,保证机组出口静压的前提下,测量机组进出口空气温湿度、水流量、风量、进出口水温,计算出机组的换热量。 (3)表面式换热器热工性能。在保证换热迎面风速与水流速度时,在不同风速、不同水流速下,通过测量空气侧温度、水侧温度,利用风量测量装置测量换热器风量,涡轮流量计测量其水流量,求出风侧、水侧换热量,从而计算出换热器在不同风速、不同水流速下的换热量,并计算热平衡与偏差。 以上3个实验使学生能了解相关空调换热设备的结构、工作原理,掌握热工测试的基本方法及计算,对空调系统更完整的了解,并可以使学生能够了解实验中如何利用空气预处理设备保证换热设备进风参数的稳定,熟悉用取样法测量空气的干、湿球温度。 (4)淋水室热工性能实验。借助于空气预处理设备保证淋水室空气进口参数的平稳,在逆喷、顺喷、对喷时测量空气进出口干、湿球温度,利用空气流量测量装置测量进风量、淋水室进出口水温及水流量可以分别计算出全热交换效率、通用热交换效率、空气侧换热量、水侧换热量,根据计算分析风侧、水侧换热量产生误差的原因,加深对淋水室的基本结构、工作原理以及空气冷却去湿、加热加湿处理过程的理解。 (5)管内水流量测定。让学生用涡轮流量计法、称重法、转子流量计法测量同一管路的水流量,比较各种测量方法的不同点,并计算其测量误差。通过实验使学生了解瞬时流量与累积流量的概念,掌握流量测量的基本方法,了解3种测量方法的原理,进一步理解涡轮流量计、转子流量计的结构。 (6)管内风速风量测定。该实验通过动压法(毕托管)、静压法(喷嘴)测量空气的流量与流速,该装置使用多个喷嘴组合,根据实验工况选择喷嘴的大小、个数,通过实验可以让学生了解喷嘴的装置的结构和工作原理,学生可以掌握管内风量、风速测量的基本方法,正确使用数字微压计、倾斜式微压计、毕托管,为以后工程实际应用打下基础。 (7)组合式空调器空气处理过程实验。通过实验学生加深对等湿加热、等湿冷却、降温去湿概念的理解,了解组合式空调器的结构、各个功能段的作用、实现空气处理过程的方法,为以后的实际应用提供条件。 (8)冷水机组制冷量测定实验。根据ＧＢ10870 89容积式冷水机组性能试验方法,利用液体载冷剂法原理,学生通过自己动手调节冷却水流量使冷凝压力达到1.43ＭＰａ,调节膨胀阀的开启度保证蒸发压力0.48ＭＰａ时,测量蒸发器进出水温度、冷冻水流量、机组的输入功率,计算出冷水机组在空调工况下的制冷量、能效比。通过试验学生进一步了解冷水机组的基本结构、工作原理、工作压力的调节,掌握功率的测量、冷水机组工作压力的调整、以及工况改变后制冷量的变化。 4 教学成果 学习通过实验使学生对本专业的有关换热设备及空调系统的组成部分、各部分在空调系统中的作用、工作原理、基本结构有了完整的了解。经过实验过程掌握有关换热设备热工性能检测方法与手段,掌握常用测量仪器、仪表的使用与调节;掌握热工计算的方法,了解计算过程,分析出现偏差的原因;同时实验与实际联系紧密,加强了学生实验兴趣,培养了学生动手与思考问题的能力、加深对课本理论的进一步了解,掌握一些工程测量方法,对今后的工作具有积极的指导作用。通过实验将学生的理论知识结合到实际应用中,做到理论联系实际,了解最新的检测手段与实验方法,以积极主动的态度代替被动学习的过程,同时实验的内容综合性强,每一步骤、每一个问题都促使学生去认真思考,解决实验中出现的各种现象与问题,保证设备要求的参数条件与测量的精确性,对培养学生严格的工作作风、严谨的科学态度起到促进作用。 参考文献(Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ): [1] 赵荣义,范存养,薛殿华,等.空气调节(第三版)[Ｍ].北京:中国建筑工业出版社,1994. [2] 刘雪玲,洪荣华.热工综合实验台的设计与建设[Ｊ].实验室研究与探索,2002,21(6):88 92. [3] ＧＢ Ｔ16803 1997,采暖、通风空调、净化设备、术语[Ｓ].北京:中国标准出版社,1997. [4] 陈 斌.改革实验内容培养创新能力[Ｊ].实验室研究与探索,1999(2):24 25. [5] 程 菲,苏保玲.热工测量实验台的研制与应用[Ｊ].实验室研究与探索,2005(9):27 28. [6] 李 莉,庄友明.风机盘管机组热工性能测试方法研究[Ｊ].流体机械,2004(6):63 66. [7] 李德英.供热与制冷实验台建设与应用研究[Ｊ].北京建筑工程学院学报,2000,16(4):1 3. |
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