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热气旁通阀在冷却除湿装置中的应用

作者: 发布时间:2020-02-04 13:53:20 阅读: 40 次

【摘要】  辐射空调系统近年来在别墅等小型建筑的应用增多,为了避免毛细管末端供冷时结露,结合毛细管系统设计配套的小型冷却除湿装置,风量范围为400m3/h2000m3/h。在采用单台定频压缩机的冷却除湿装置中,为满足室外进风参数波动范围大,且冷却除湿装置要求不间断运行的要求,机组在制冷系统中设置了热气旁通阀,它提供了一个实用的、经济可靠的能量调节解决方案。冷却除湿装置的除湿过程由冷却盘管和翅片蒸发器两部分完成,利用压焓图分析了热气旁通阀开启时制冷循环过程。介绍了冷却除湿装置中热气旁通阀的选型步骤。热气旁通阀根据制冷系统吸气压力动作,通过它的调节,冷却除湿装置的送风含湿量维持在58g/kg干空气,可满足辐射空调系统除湿的要求。

【关键词】  辐射空调系统;冷却除湿装置;热气旁通阀;

 

0  引言

辐射空调系统在欧洲很早就被广泛采用,由于其具有运行费用低、舒适性高、无吹风感和噪音、节省建筑空间等优点[1],近年来在别墅等小型建筑的应用逐渐增多。

辐射空调系统由毛细管辐射系统和独立新风系统组成,夏季独立新风系统承担室内全部潜热负荷,毛细管主要承担室内显热负荷。目前市场的冷冻新风除湿机多针对地下洞库、大型地下建筑室内或国防地下洞库等特殊环境研制开发[24,它们在机组规格及送风含湿量等方面尚不能完全满足要求。为了避免毛细管末端供冷时结露,结合毛细管系统设计配套的小型冷却除湿装置,风量范围为400m3/h2000m3/h

1  热气旁通阀设置的可行性

在整个制冷季节,冷却除湿装置进风参数波动范围很大[5],但蒸发器后的出风参数变化较小;冷却除湿装置需要不间断运行,因此机组需考虑容量调节。现在市场上的除湿机容量调节主要有2种方式:一种是采用多台压缩机并联连接方式;另外一种是采用变频可调压缩机,其调节范围可达10%。小型制冷机组压缩机台数的增加不仅带来成本的增长,而且增大了控制系统和加工工艺的复杂度;变频可调压缩机的应用也会导致成本明显增加[6]。对于定频的单压缩机制冷系统,热气旁通阀提供了一个实用的、经济可靠的能量调节解决方案,在蒸发器低负荷时能更好维持吸气压力,防止蒸发器结霜,保持更佳的回油性能。

2  冷却除湿装置的工作原理

在冷却除湿装置中,新风通过冷却盘管,初步降温除湿,冷却盘管与辐射板水路并联。新风再以一定的流速从翅片蒸发器的肋片间掠过,将热量传给管内流动的制冷剂,温度降低,进一步除湿。经挡水板后干冷空气通过加热盘管等湿升温,然后由风机送入室内。这种分段式的空气处理方式有效地利用了系统资源,提高了单位电能的除湿量。

 图片1.png

1 冷却除湿装置工作原理图

Figure 1  Cooling dehumidification equipment working principle diagram

1-干燥过滤器 2-热气旁通阀 3-热力膨胀阀4-分液器  5-风机  6-板式冷凝器 7-压缩机 8-加热盘管 9-挡水板 10-蒸发器11-冷却盘管

在制冷系统中,将热气输至紧靠膨胀阀后端的蒸发器入口。因为热力膨胀阀会调节输液量以维持过热设定值,使制冷剂在正常运行温度下返回压缩机,不会有电机发热的问题[7]

在制冷季节,低负荷时热气旁通阀随着阀出口压力的下降而打开,在一定范围内从全开状态比例地调节至全关状态,按一定速率将高压的热气体输入系统的低压侧以防止压缩机吸气压力进一步下降,稳定机组的运行。

3  热气旁通阀的作用及选型步骤

3.1  热气旁通阀的作用

热气旁通阀是一种利用制冷剂压力和弹簧弹力平衡的原理来控制阀出口压力的机械装置。通过热气旁通阀可以方便的实现高压制冷剂直接走到系统的低压侧,保证系统能在给定的更低吸气压力下正常工作[8],实现制冷系统和所需负荷的匹配。热气旁通时制冷系统的压焓图如图2

制冷循环过程中,来自蒸发器的低压制冷剂过热蒸气1,经吸气管流至压缩机。气态制冷剂经绝热压缩(12)后制冷剂流向分为两部分,一部分制冷剂(占质量流量的(1-α%))在冷凝器中散热(23),再通过热力膨胀阀节流后至4;另一部分制冷剂(占质量流量α%)经热气旁通阀降压后至状态点5,状态点4与状态5点的制冷剂混合后至状态6点,即蒸发器入口的状态点。

蒸发器入口状态点焓值:

h6=ah2+(1-a)h4                                                1

单位质量制冷剂制冷量:q0b=h1-h6=(h1-h4)- a(h2-h4)                 2

在低负荷时,热气旁通开启。随负荷的逐渐减小,热气旁通量增加,蒸发器的入口状态点6在压焓图中逐渐右移,机组的制冷量减小,以适应外界负荷的变化。

 

 图片2.png

2 热气旁通制冷系统压焓图

Figure 2  Refrigeration system pressure enthalpy diagrams of hot gas bypass

 

3.2  热气旁通阀的选型步骤

3.2.1  确定机组运行的低温工况。根据蒸发器进出风的参数,可计算出制冷系统的制冷量Ф。低温工况时,制冷量减小,冷凝器换热面积及冷却水参数不变,冷凝温度下降。为保证翅片蒸发器不结霜,更低蒸发温度te取值0℃。

3.2.2随制冷系统各参数的确定,可查出低温工况时压缩机的制冷量Фc

3.2.3压缩机的制冷量Фc大于制冷系统的制冷量Ф,二者之差即该工况下热气旁通阀所需提供的容量。

3.2.4EMERSON等样本中提供了热气旁通阀的扩展性能参数表,即在不同的蒸发温度及冷凝温度下热气旁通阀的性能,方便了设计选型。

4  热气旁通阀的性能分析

冷却除湿装置送风的参数不是固定不变的,它与进风参数紧密相联,温、湿度均在一定的范围内波动。图3进风的相对湿度均为60%

图片3.png

3不同的进风参数时送风含湿量的变化

Figure 3  supply air moisture content changes of Different inlet air parameters

从图3中可以看出,随着室外干球温度的下降,冷却除湿装置的送风含湿量逐渐下降。在 b点,热气旁通阀开启,压缩机的部分排气旁通至蒸发器,蒸发器的制冷量减少,出风含湿量跃升。之后随着室外干球温度的继续下降,冷却除湿装置的送风含湿量逐渐下降。反之亦然。不同处在于热气旁通阀的开启点与关闭点不重合,关闭点压力高于开启点压力。通过热气旁通阀的调节,冷却除湿装置的送风含湿量维持在58g/kg干空气,可满足辐射空调系统除湿的要求。

5  结论

5.1  在采用单台定频压缩机的冷却除湿装置中,为满足室外进风参数波动范围大,且冷却除湿装置要求不间断运行的要求,机组在制冷系统中设置了热气旁通阀,它提供了一个实用的、经济可靠的能量调节解决方案。

5.2  冷却除湿装置的除湿过程由冷却盘管和翅片蒸发器两部分完成,利用压焓图分析了热气旁通阀开启时制冷循环过程。

5.3  热气旁通阀根据制冷系统吸气压力动作,通过它的调节,冷却除湿装置的送风含湿量维持在58g/kg干空气,可满足辐射空调系统除湿的要求。

 

参考文献:

[1] 严卫东,马骞,韩旭.毛细管辐射式空调系统在高温高湿地区的新风处理方案探计[J.制冷与空调(四川),2009,266):4548.

[2]  邱育群,邱肇光.全新风无级调载除湿机的研制[J.制冷与空调,2005,5(6):51-54

[3]  陈华.洞库特种变频调控全新风除湿机的研制[J].制冷与空调,2008,8(5):92-94.

[4]  张景卫,邱肇光.新型全新风调温型除湿机的实验研究[J].制冷,2011,30(1):1-4.

[5]  GB/T20109-2006,全新风除湿机[S].北京:中国标准出版社,2006

[6]  吴瑾,张建珍.热气旁通技术在全新风调温除湿机上的应用[J.制冷与空调,2011113):1214.

[7]  美国谷轮公司压缩机应用技术讲座-第十二讲 热气旁通控制系统[J.制冷技术,2003(4)4345.

[8]  ALMaier,朱霖,杨汉. 美国艾默生公司压缩机应用技术讲座-第二十三讲 热气旁通阀的原理和应用[J.制冷技术,2007(3)4749.