介紹我國近年來關(guān)于空氣源的技術(shù)進展。
1.空氣源結(jié)霜、化霜問題的研究
由于空氣源冬季采用空氣作為熱源，所以，隨著室外溫度的降低,其蒸發(fā)溫度也隨之降低，蒸發(fā)器表面溫度隨之下降,甚至低于0℃。此時,當室外空氣在流經(jīng)蒸發(fā)器被冷卻時,其所含的水分就會析出并依附于蒸發(fā)器表面形成霜層。結(jié)霜對是極其不利的。隨著霜層的形成,蒸發(fā)器傳熱熱阻增加,蒸發(fā)溫度下降,機組的性能下降,工況惡化,制熱量也將下降,這將嚴重影響壓縮機以及整體的性能,同時,除霜帶來的額外費用還將降低空氣源的經(jīng)濟性,這也就是為什么空氣源在寒冷、潮濕地區(qū)的應用受到限制的原因。
所以說,結(jié)霜機理、化霜方法一直是空氣源研究與應用中要解決的重點與難點。目前,有不少關(guān)于空氣源機組冬季運行狀況的研究,主要分析供熱時不同工況下空氣盤管表面濕空氣結(jié)霜、結(jié)露及干冷卻特性,并結(jié)合結(jié)霜過程進行試驗和模擬,分析了迎面風速、環(huán)境溫濕度、翅片間距、管排數(shù)等參數(shù)對結(jié)霜性能的影響及其所可能產(chǎn)生的一系列后果。了解結(jié)霜的機理的主要目的是要解決如何除霜的問題。傳統(tǒng)的除霜控制方法主要包括:定時除霜法,時間—溫度(壓力)法,空氣壓差控制除霜法,霜層傳感器控制除霜法,聲音震蕩器控制除霜法,最大平均供熱量控制除霜法,最佳除霜時間控制法等。這些方法各有利弊,有待完善。
近年來由于計算機技術(shù)的發(fā)展,將模糊控制技術(shù)引入空氣源除霜問題的研究作為一項先進可行的新技術(shù),逐漸引起了人們的注意。這主要是因為空氣源結(jié)霜問題的影響是多因素,非線性的,而模糊控制技術(shù)的優(yōu)勢就是處理多維、非線性、時變問題。這樣一來,將模糊控制技術(shù)引入空氣源的除霜控制,通過對除霜過程的系統(tǒng)響應分析，可以使除霜控制能夠自動適應機組工作環(huán)境的變化,達到智能除霜的控制要求。此外,還有考慮環(huán)境工況變化的雙溫度傳感器智能化除霜控制方法等。盡管空氣源具有很多優(yōu)點,但受室外環(huán)境的限制也比較大,這也是空氣源目前僅在我國黃河以南地區(qū)得到了廣泛應用的主要原因。而在黃河以北地區(qū),應用空氣源則根據(jù)所處地區(qū)不同有其特殊要求。
目前,關(guān)于西安、膠東以及寒冷地區(qū)空氣源的實際應用情況已有研究,并就所遇到的如壓縮比過大等具體問題提出了一些相應的改進措施,可在相應地區(qū)的實際應用中作為參考。此外,為了對空氣源結(jié)霜除霜所帶來的損失進行量化的分析,有研究提出了不同地區(qū)、不同使用情況下的平均結(jié)霜除霜損失系數(shù)的概念,平均結(jié)霜除霜損失系數(shù)越大的地區(qū)應用空氣源越不經(jīng)濟。據(jù)此,將我國空氣源使用地區(qū)根據(jù)平均結(jié)霜損失系數(shù)分成4類:低溫結(jié)霜區(qū):如濟南、北京、鄭州、西安、蘭州等輕霜區(qū):如成都、桂林、重慶等重霜區(qū):如長沙一般結(jié)霜區(qū):如杭州、武漢、上海、南京、南昌、宜昌等。這些都可以作為設計選用中重要的參考依據(jù)。
2.空氣源節(jié)能問題的研究
火用是對系統(tǒng)能的質(zhì)與量的綜合評價。對系統(tǒng)進行火用分析可以揭示出系統(tǒng)中火用損失的部位、類型和數(shù)量,以便設法減少這些損失。通過火用計算分析可知,壓縮功只有20%被利用,而有80%被損失,其中,壓縮機火用損失占30.7%,冷凝器占20.14%,蒸發(fā)器占17.15%,毛細管占10%。由此我們可以看出,空氣源系統(tǒng)節(jié)能的主要部件是壓縮機,提高壓縮機本身的技術(shù)指標,是提高整個系統(tǒng)火用效率的關(guān)鍵,而冷凝器和蒸發(fā)器火用優(yōu)化措施主要是設法降低傳熱溫差。當然,系統(tǒng)的節(jié)能改進與經(jīng)濟性是相互制約的,僅從能效進行分析有一定的局限性。從這個角度出發(fā),有關(guān)研究人員提出供熱最佳經(jīng)濟平衡點的概念,以期在此最佳經(jīng)濟平衡點溫度條件下,整個供熱系統(tǒng)(+輔助熱源)的初投資與運行費最少,從而合理實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化。此外,通過空氣源機組與水冷冷水+鍋爐機組、溴化鋰吸收式機組(+鍋爐)這3種方案的經(jīng)濟性比較可以得出,空氣源相對于其它兩種形式而言,經(jīng)濟性上具有顯著的優(yōu)越性。
3.計算機模擬在空氣源系統(tǒng)中的應用
隨著計算機技術(shù)的不斷普及,計算機在暖通空調(diào)中的應用也日益廣泛。前面所述及的一些研究中有很多也都應用了計算機技術(shù),但關(guān)于計算機模擬在暖通空調(diào)中具有代表性的應用主要有以下幾個方面:
①對壓縮機的計算模擬
采用神經(jīng)網(wǎng)絡法對空氣源中螺桿式壓縮機的冬季運行特性進行模擬,并結(jié)合誤差反向傳播算法(BP算法)進行調(diào)整,結(jié)果表明,采用該方法對壓縮機進行建模模擬可以達到較高的精度要求。模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好。
②對蒸發(fā)器的計算模擬
通過對空氣源的蒸發(fā)器結(jié)霜問題進行動態(tài)模擬計算,可以詳細分析蒸發(fā)器結(jié)霜和制冷劑充灌量對系統(tǒng)性能所產(chǎn)生的影響。另外,對于采用ε-NTU法(效率—傳熱單元數(shù)法)對空氣源蒸發(fā)器肋片管在干工況、濕工況及結(jié)霜工況下的傳熱傳質(zhì)計算方法也有相關(guān)探討。
③系統(tǒng)仿真研究
通過建立房間空調(diào)器運行時的瞬態(tài)仿真的數(shù)學模型,可以得出房間空調(diào)器運行時的制冷系統(tǒng)參數(shù)及房間溫度變化的曲線,這對實現(xiàn)空氣源系統(tǒng)的自控有很大的意義。
④系統(tǒng)能耗分析軟件
關(guān)于空氣源全年能耗分析應用軟件的開發(fā)應用在相關(guān)文獻中有所介紹,該軟件在求解供冷全年能耗時,綜合考慮了空調(diào)冷負荷、室外干球溫度、出水溫度這3個因素,在求供熱能耗時,還將室外空氣相對濕度這個重要參數(shù)考慮進去,這就使得供熱能耗計算更為準確,也為空氣源的應用提供了一個很好的分析方法。
空氣源有待解決的問題及改進方向:
對于空氣源而言,除了具有種種優(yōu)點之外,仍存在很多不足及有待解決的問題?？諝庠吹男阅苁苁彝鈿夂驐l件變化影響較大,隨著室外環(huán)境的惡化而惡化。夏季,隨著室外空氣溫度的升高,制冷負荷增大,但系統(tǒng)冷凝溫度升高,溫差增加,機組整體效率降低冬季,隨著空氣溫度的降低,供熱負荷增大,而蒸發(fā)溫度隨之降低,溫差增大,導致機組整體效率降低。同時,隨著室外條件的惡劣,的工作性能急劇下降,又反過來加劇了室外環(huán)境的惡劣程度。進一步研究應考慮采取相應措施來合理改善機組的性能。
空氣源另一個突出的問題就是蒸發(fā)器冬季結(jié)霜問題。這不但導致系統(tǒng)供熱性能的急劇下降,還將對壓縮機等重要部件產(chǎn)生不良影響(如冰堵),嚴重時將損壞壓縮機,使系統(tǒng)不能正常運轉(zhuǎn),同時,結(jié)霜還將使機組運行費用增加。盡管我國在這方面已經(jīng)做了很多研究工作,但關(guān)于結(jié)霜的控制措施及除霜技術(shù)的研究方面,還需要進一步進行深入研究和實驗論證。另外,如何對機組本身進行優(yōu)化設計,減少結(jié)霜,如何采用更好的除霜方式來提高空氣源的運行效率,節(jié)約機組的費用,這些都仍值得探討。
由于室外空氣一年四季甚至一天當中的溫度波動較大,這就對實現(xiàn)整個空氣源系統(tǒng)的自動控制提出了很大的挑戰(zhàn),關(guān)于這一方面的研究尚不多見,還有待于逐漸探索和完善。