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分體式熱泵系統(tǒng)的可變多區(qū)域試驗(yàn)設(shè)施
文獻(xiàn)翻譯
題 目 分體式熱泵系統(tǒng)的可變
多區(qū)域試驗(yàn)設(shè)施
學(xué)生姓名
專(zhuān)業(yè)班級(jí)
學(xué) 號(hào)
院 (系)
指導(dǎo)老師
完成時(shí)間
分體式熱泵系統(tǒng)的可變多區(qū)域試驗(yàn)設(shè)施
Harshal Upadhye博士
Domitrovic博士
阿米阿馬爾納特博士
摘 要
暖通空調(diào)技術(shù)的最新進(jìn)展在于,在所需提供制冷或加熱的系統(tǒng)容量的區(qū)域,可以實(shí)現(xiàn)精確地調(diào)節(jié)。有一些新技術(shù)如變速壓縮機(jī)和新興的控制技術(shù),制造商已經(jīng)可以推出一個(gè)新的家庭直接膨脹系統(tǒng)。暖通空調(diào)設(shè)計(jì)與建模社區(qū)正著手分析類(lèi)似系統(tǒng)的可靠性,并提供準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù),以進(jìn)一步了解實(shí)際所帶來(lái)的好處。在使用了典型的雙室溫濕室測(cè)試的單一系統(tǒng)中,一個(gè)腔室足以容納所述室外單元和其它房屋的室內(nèi)單元。多分裂系統(tǒng)也成為設(shè)計(jì)中一個(gè)新穎獨(dú)特的測(cè)試挑戰(zhàn)。
與多臺(tái)室內(nèi)盤(pán)管相比,一臺(tái)室內(nèi)室是無(wú)法模擬單個(gè)回風(fēng)條件下每個(gè)室內(nèi)盤(pán)管的。在這個(gè)問(wèn)題難以解決的情況下,我們不妨可以利用同時(shí)進(jìn)行加熱和冷卻的特殊系統(tǒng)。本文詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)、施工、和一個(gè)新穎的多區(qū)域試驗(yàn)設(shè)施(試驗(yàn)臺(tái))--多分裂熱泵系統(tǒng)調(diào)試。四對(duì)室內(nèi)單元, 10噸( 35.2kW ),涵道測(cè)試支架的構(gòu)造測(cè)試多分裂系統(tǒng)。每個(gè)區(qū)具有獨(dú)立的溫度、濕度和可控制的空氣流量,它允許室內(nèi)盤(pán)管在不同的條件下,其他線圈可以獨(dú)立地進(jìn)行測(cè)試。溫度控制是通過(guò)使用電阻加熱器和冷卻盤(pán)管實(shí)現(xiàn)的,而濕度的控制則是通過(guò)一個(gè)空氣/水霧化系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。室內(nèi)單元上游的軸流風(fēng)扇,用于將空氣流轉(zhuǎn)化為所需的靜態(tài)壓力。本文詳細(xì)闡述了設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和各種儀器儀表方面的測(cè)試與分析。
關(guān)鍵詞 分體式;熱泵系統(tǒng);多區(qū)域;VRF系統(tǒng)
引 言
單速分體式系統(tǒng)與管道式室內(nèi)機(jī)多應(yīng)用于美國(guó)住宅空調(diào)市場(chǎng)。該輕型商用住宅市場(chǎng),如商場(chǎng)和小型辦公室,一直依靠屋頂單元(RTU)提供加熱和制冷到空調(diào)空間。小系統(tǒng)通常依賴(lài)于簡(jiǎn)單的ON-OFF恒溫控制和通過(guò)管道將冷氣分配到不同的房間。由于越來(lái)越多的目光集中于設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行,高效的空調(diào)系統(tǒng)已成為監(jiān)管機(jī)構(gòu),公用事業(yè),制造商和建筑商的主要攻關(guān)項(xiàng)目。多區(qū)變?nèi)萘繜岜脼槠涮峁┝艘粋€(gè)途徑,并在節(jié)約能源方面大大超過(guò)了傳統(tǒng)的單速設(shè)備。在美國(guó),很多區(qū)域都采用變制冷劑流量(VRF)擴(kuò)展空調(diào)/熱泵系統(tǒng)推進(jìn)市場(chǎng),因此,有必要更全面地去了解其能源性能潛力。
VRF系統(tǒng)是一種集成的多區(qū)室直接膨脹系統(tǒng),允許多個(gè)單獨(dú)可操作的室內(nèi)單元被連接到室外單元并進(jìn)行結(jié)合,即同時(shí)進(jìn)行的冷卻和加熱(SCH)。VRF廠家宣稱(chēng)該產(chǎn)品擁有能量效率高,便于安裝和操作以及優(yōu)越的區(qū)域控制系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。 VRF系統(tǒng)具有較高的市場(chǎng)占有率,在以日本為主的亞太市場(chǎng)以及美國(guó)市場(chǎng)的很大一部分都已經(jīng)接受了該產(chǎn)品。
美國(guó)的障礙VRF系統(tǒng)市場(chǎng)是VRF模式,是一種相對(duì)較慢的摻入市場(chǎng)并具有認(rèn)證性能的仿真工具,可以用來(lái)進(jìn)行合規(guī)性的計(jì)算,以滿足能源效益守則,捕獲能量信貸或有資格獲得退稅。各種商業(yè)建筑能源建模軟件正在測(cè)試VRF的模擬能力,但相關(guān)機(jī)型并未使用廠家公布的數(shù)據(jù)。ANSI / AHRI標(biāo)準(zhǔn)1230指定重要的測(cè)試條件為表現(xiàn)評(píng)級(jí)VRF系統(tǒng)。有效的模擬工具需要可靠和準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù),方才具有足夠的分辨率來(lái)預(yù)測(cè)一個(gè)VRF系統(tǒng)在實(shí)際條件下的性能。多區(qū)域測(cè)試設(shè)置構(gòu)造各種VRF系統(tǒng)的性能映射并建立一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)集模型VRF系統(tǒng)。但必須指出的是ANSI / AHRI標(biāo)準(zhǔn)1230等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為一個(gè)指導(dǎo)各種測(cè)試條件,方法和程序標(biāo)準(zhǔn),建設(shè)這種多區(qū)測(cè)試設(shè)置的目的卻不只是一個(gè)設(shè)備評(píng)級(jí)機(jī)構(gòu)。
VRF系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn):
VRF系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試需要溫濕室,模擬室內(nèi)和室外條件在該系統(tǒng)運(yùn)行操作。雙室溫濕室一般用于測(cè)試單個(gè)分割系統(tǒng),其中一個(gè)腔室模擬室外條件和其他模擬室內(nèi)條件。多分裂系統(tǒng)需要一個(gè)以上的室內(nèi)腔室,以模擬不同的室內(nèi)環(huán)境。單一的室內(nèi)室組建多臺(tái)室內(nèi)機(jī),可用于簡(jiǎn)化測(cè)試,所有的室內(nèi)單元將在相同的空間運(yùn)行決策一些測(cè)試點(diǎn),但SCH卻無(wú)法測(cè)試。根據(jù)是否被安置在一個(gè)獨(dú)立的室內(nèi)測(cè)試下腔室內(nèi)機(jī)改變其操作或一個(gè)單一腔室的其他單位,在室內(nèi)單元操作的基礎(chǔ)上,返回空氣溫度、相對(duì)濕度和空氣流速傳導(dǎo)至熱交換器。室內(nèi)單元的操作是依賴(lài)于返回空氣條件和空氣的流速,在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試裝置供給調(diào)節(jié)的返回空氣(溫度,相對(duì)濕度和流率)的室內(nèi)單元可用于測(cè)試,而非一個(gè)腔。以這個(gè)概念進(jìn)一步聯(lián)想,如果多個(gè)氣流的空調(diào)回風(fēng)口被提供給多臺(tái)室內(nèi)機(jī)組連接到一臺(tái)室外單元,則每個(gè)室內(nèi)單元可以是在不同的回風(fēng)條件下工作。在這種情況下只有一個(gè)腔室,用于容納所述室外單元和所述室內(nèi)機(jī)并需要滿足安裝提供回風(fēng)指定的條件。要建立被測(cè)VRF系統(tǒng)的性能圖,該系統(tǒng)需要在各種室內(nèi)操作,室外條件下也與室內(nèi)單元以各種模式(加熱,冷卻,只有風(fēng)扇)。以覆蓋范圍的條件對(duì)于該系統(tǒng)的室內(nèi)和室外單元,下列項(xiàng)目是必需的
1 、測(cè)試設(shè)置將包括一個(gè)環(huán)境室里面由外部手段來(lái)控制彼此之間的溫度10 華氏度(-12 ℃)至約105華氏度(40℃)以及腔室內(nèi)部的10%和70%的相對(duì)濕度。VRF -HR (熱回收)系統(tǒng)的室外機(jī)將被放置在這個(gè)環(huán)境室。
2 、測(cè)試設(shè)置將包括四個(gè)獨(dú)立控制的管道式空氣站和外部手段來(lái)控制空氣溫度,相對(duì)濕度,空氣流量和靜壓。
3 、測(cè)試裝置包括儀器測(cè)量空氣流量、系統(tǒng)的壓力和溫度,及電源、制冷劑在測(cè)試系統(tǒng)中的不同位置的質(zhì)量流量和相對(duì)濕度。具有柔韌性的另外的其他測(cè)量點(diǎn)在測(cè)試期間根據(jù)需要予以安裝。
測(cè)試設(shè)置設(shè)計(jì):
測(cè)試設(shè)置被分為兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域,一個(gè)室外單元,用于模擬戶外條件的室外單元和用于模擬室內(nèi)機(jī)條件的室內(nèi)部分。
圖1 雙室氣候箱(右側(cè)室將容納的VRF室外機(jī)下測(cè)試。)
室外部分:
在圖1所示的雙室氣候室的室外部分用于容納的室外單元 VRF-HR單位。室外氣候箱的額定容量10噸(35.2kW)。該VRF-HR的單位是測(cè)試有6噸(21.1kW)的標(biāo)稱(chēng)容量。該室有電阻加熱器,蒸汽發(fā)生器和 除濕器來(lái)控制溫度和濕度條件下的室外單元。精確的空氣溫度±0.5°F(± 0.28℃),相對(duì)濕度±1%將由集成的可編程控制器進(jìn)行控制。氣候室將 從10°F(-12°C)至60°F(15.5℃)加熱模式測(cè)試名義上保持在范圍內(nèi)。在制冷模式下, 氣候室經(jīng)模擬條件可達(dá)105°F(40°C)。在制熱模式下約10°F(-12°C)。目前的主要任務(wù)是降低限制與核心升級(jí),并且計(jì)劃在不久的將來(lái)組建冷卻回路室。
室內(nèi)部分:
室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)施的設(shè)計(jì)是一個(gè)新穎獨(dú)特的挑戰(zhàn)。因?yàn)楸粶y(cè)試的系統(tǒng)有4臺(tái)室內(nèi)機(jī),需要有4臺(tái)室內(nèi)機(jī)分別控制空氣流來(lái)模擬應(yīng)對(duì)不同區(qū)域的不同條件。若是需要運(yùn)行,其中兩個(gè)室內(nèi)機(jī)可能會(huì)運(yùn)行在加熱模式和冷卻其他兩個(gè)混合模式測(cè)試模式。為了克服與測(cè)試4臺(tái)室內(nèi)機(jī)同時(shí)相關(guān)的困難,一個(gè)基于導(dǎo)管的測(cè)試設(shè)置是一個(gè)很好的建議,而不是建立和調(diào)節(jié)四個(gè)獨(dú)立的氣候室。
四區(qū)涵道試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)中提供給每個(gè)涵道區(qū)域中的空氣是獨(dú)立可控的。各涵道區(qū)調(diào)節(jié)空氣向室內(nèi)機(jī)的回路進(jìn)氣口。調(diào)節(jié)上述返回空氣,一個(gè)共同的供給管與變速風(fēng)扇和冷卻盤(pán)管將預(yù)先冷卻和除濕供給每個(gè)涵道區(qū)域中的空氣。每個(gè)管道將有熱水器,空氣/水霧化加濕器的濕度控制和對(duì)流量的調(diào)節(jié)阻尼器系統(tǒng)。這整個(gè)安裝程序?qū)⒃诿總€(gè)室內(nèi)單元的入口提供獨(dú)立控制的條件。圖2示出了測(cè)試的平面圖設(shè)置。工作原理如下:環(huán)境空氣被抽入一個(gè)共同的進(jìn)氣,并通過(guò)預(yù)冷卻盤(pán)管該冷卻空氣流,并減少了絕對(duì)濕度。超出了冷卻盤(pán)管,空氣流拆分成四個(gè)單獨(dú)的12 “×12” ( 0.3mx 0.3m)快門(mén)管道與個(gè)別阻尼器通過(guò)各個(gè)電路,以控制體積流量。每個(gè)4管道具有耐管道加熱器和噴霧加濕器,帶來(lái)的冷氣可達(dá)到規(guī)定的條件。各個(gè)管道的加熱器和加濕器被獨(dú)立地控制,以維持溫度和相對(duì)濕度的規(guī)定設(shè)定點(diǎn)。變速風(fēng)扇將提供所需的空氣壓力,以克服在測(cè)試的電阻立管,電阻加熱器,攪拌器和儀器儀表設(shè)備。風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速不會(huì)在變化的個(gè)別測(cè)試。圖3顯示了已建成的測(cè)試設(shè)置。常見(jiàn)的進(jìn)氣口,標(biāo)記為回風(fēng)在可見(jiàn)的右側(cè)而這四個(gè)送風(fēng)管道上可以看到左側(cè)標(biāo)記為區(qū)1至4區(qū)。一種控制站的室內(nèi)的測(cè)試裝置是在左下角可見(jiàn)。
儀器儀表:
數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)臺(tái)的控制是通過(guò)一個(gè)專(zhuān)用的PXI系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。編程使用市售的數(shù)據(jù)采集軟件來(lái)完成。測(cè)試設(shè)置中各個(gè)子系統(tǒng)要么控制手動(dòng)或者通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制。表1為給出的控制參數(shù)和控制方法的列表??諝忪史椒ㄓ糜诿總€(gè)室內(nèi)單元測(cè)量的冷卻或加熱能力。無(wú)能力測(cè)量是在室外機(jī)上完成,作為一個(gè)有效性檢查兩臺(tái)室內(nèi)機(jī)安裝質(zhì)量的流量計(jì)來(lái)計(jì)算制冷劑方面的能力。用于計(jì)算基于空氣焓值法的供應(yīng)能力和回風(fēng)溫度和相對(duì)濕度,空氣流速是關(guān)鍵參數(shù)。五個(gè)收益檔次功率計(jì)(一個(gè)用于戶外部電源和4對(duì)室內(nèi)單元)被安裝,用于確定所消耗的功率和系統(tǒng)的效率。額外的儀器如熱電偶,制冷劑的壓力測(cè)量在系統(tǒng)中的各個(gè)點(diǎn)和一個(gè)冷鏡式濕度計(jì)的診斷上作用明顯,便于了解在不同模式下的操作順序和故障排除。
圖2 俯視圖測(cè)試設(shè)置
測(cè)試程序:
被測(cè)系統(tǒng)可以VRF人力資源單元或只是一個(gè)VRF熱泵不具有先進(jìn)SCH操作。在制冷模式下,所有的數(shù)字控制器,用于室內(nèi)單元被設(shè)置為制冷模式,溫度設(shè)定為允許的最低為例如64°F(17.8 °C)。由于返回的空氣溫度和相對(duì)濕度由測(cè)試控制安裝,測(cè)試系統(tǒng)控制器是永遠(yuǎn)不會(huì)滿足和單位連續(xù)運(yùn)行。室外和回風(fēng)條件被控制到一組預(yù)定的條件。類(lèi)似于制冷模式,制熱模式下的數(shù)字控制器被設(shè)置為所允許的最高溫度為例如84°F(28.9 °C)。在混合模式下,相應(yīng)的數(shù)字控制器被設(shè)置為最低或最高溫度取決于操作模式。該單元調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速,風(fēng)扇轉(zhuǎn)速(室外機(jī)),并根據(jù)其內(nèi)部控制邏輯擴(kuò)展設(shè)備的位置。無(wú)在測(cè)試單元,風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等的內(nèi)部操作控制,是行使。
該系統(tǒng)中的所述被操作穩(wěn)定的狀態(tài),如果系統(tǒng)(返程空氣干球溫度和相對(duì)濕度,在規(guī)定條件下室外干球溫度和相對(duì)濕度和室內(nèi)機(jī)的空氣流),并供給空氣的干球溫度是內(nèi)公差帶至少10分鐘。測(cè)試操作公差帶要求退貨空氣干球溫度和室外干球溫度為±2°F (1.1 °C),室外濕球溫度為±1°F (0.5 ℃),對(duì)室內(nèi)機(jī)風(fēng)量為±2%額定風(fēng)量和送風(fēng)溫度為±1 °F (0.5 ℃)(根據(jù)AHRI 1230)。
圖3 完成測(cè)試設(shè)置(室內(nèi)部分)
測(cè)試設(shè)置調(diào)試:
很難實(shí)現(xiàn)的測(cè)試條件為室內(nèi)和室外設(shè)置被選擇,以確保測(cè)試設(shè)置可以達(dá)到 這些條件。兩種不同的條件下被選擇,一個(gè)用于冷卻模式和一個(gè)用于加熱模式。第三條件下,一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)試驗(yàn)條件也選擇為比較所收集到的制造商的數(shù)據(jù)。
冷卻方式:
在制冷模式下的85°F(29.4℃)干球和70°F(21.1℃)濕球溫度和室外室內(nèi)條件65°F(18.3℃)室條件干球溫度選擇。這些條件產(chǎn)生最高的散熱能力的運(yùn)行范圍內(nèi)的單位在65°F(18.3°C)的DBT室外機(jī),拒絕最大熱的室外室內(nèi)。這將增加室外腔室的溫度。
表1 子系統(tǒng)和相應(yīng)的控制列表
子系統(tǒng)
控制器
類(lèi) 型
注 解
加熱器
戶外回風(fēng)管
數(shù)據(jù)采集程序
PWM
多重安全聯(lián)鎖裝置,
手動(dòng)控制
房間回風(fēng)管
工業(yè)控制器
PWM
加濕器
戶外回風(fēng)管
OEM提供
PID
手動(dòng)控制
房間回風(fēng)管
工業(yè)控制器
PWM
除濕機(jī)
戶外回風(fēng)管
冷卻盤(pán)管(2級(jí))
ON / OFF
手動(dòng)打開(kāi),以降低濕度
房間回風(fēng)管
商用除濕機(jī)
ON / OFF
手動(dòng)打開(kāi),以降低濕度
空氣流量
回風(fēng)管
風(fēng)閥
手動(dòng)
手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)各個(gè)風(fēng)管
整體空氣流量
整體空氣流動(dòng)
變速驅(qū)動(dòng)器
手動(dòng)控制速度
冷 卻
戶外回風(fēng)管
冷卻盤(pán)管(2級(jí))
ON / OFF
手動(dòng)打開(kāi),以降低溫度
房間回風(fēng)管
冷卻盤(pán)管(2級(jí))
ON / OFF
手動(dòng)打開(kāi),以降低溫度
VRF系統(tǒng)
室內(nèi)機(jī)
OEM控制器
數(shù)字化
設(shè)定溫度,風(fēng)扇速度和
操作模式
室外機(jī)
反應(yīng)到OEM控制器
在室外室中的冷卻盤(pán)管需要跟上這個(gè)熱負(fù)荷,以保持一個(gè)穩(wěn)定的溫度 65°F(18.3°C)的DBT。這一點(diǎn)是選擇專(zhuān)門(mén)進(jìn)行測(cè)試,以維持65°F(18.3°C)的DBT室外室的能力。 較低的室外室溫度在制冷模式下,越難以維持。在室內(nèi)設(shè)置,該測(cè)試點(diǎn) 確認(rèn)加熱器的操作和濕度控制。測(cè)試設(shè)置可以維持的條件在室內(nèi)和室外部分延長(zhǎng)的時(shí)間周期,確認(rèn)在冷卻模式下的操作。
加熱方式:
在制熱模式下,較高的室外室溫度較低的室內(nèi)返回空氣溫度是困難的維護(hù)。出于這個(gè)原因,65°F(18.3°C)DBT和60°F的室外條件下(15.5℃)的DBT室內(nèi)條件為選擇。對(duì)于這個(gè)測(cè)試點(diǎn),在室內(nèi)測(cè)試裝置具有運(yùn)行兩個(gè)冷卻盤(pán)管及加熱器,保持65°F(18.3°C)DBT。在冷卻盤(pán)管第一冷卻低于65°F(18.3℃)的空氣,然后將電阻加熱器中的每個(gè)導(dǎo)管帶來(lái)的溫度上升到設(shè)定點(diǎn)。操作證實(shí),該加熱器可以處理負(fù)載。在箱外室,室外單元是試圖以冷卻腔(吸收熱到制冷劑)和腔室的電阻加熱器必須跟上負(fù)載。測(cè)試設(shè)置能夠保持這些條件沒(méi)有任何困難。
等級(jí)測(cè)試點(diǎn):
從標(biāo)準(zhǔn)的1230AHRI等級(jí)測(cè)試點(diǎn)用于加熱和冷卻也被認(rèn)為是在調(diào)試過(guò)程。用于冷卻模式AHRI收視點(diǎn)是室內(nèi)80°F(26.6°C)DBT和67°F(19.4℃)濕球溫度(WBT),室外在95°F(35oC)的DBT。為加熱模式的條件是室內(nèi)在70°F(21.1℃)的DBT和室外的47°F(8.3℃)DBT和43F(6.1℃)WBT。該操作在測(cè)試矩陣信封的末端已經(jīng)核實(shí),在AHRI等級(jí)分很容易實(shí)現(xiàn)的。
結(jié) 論
一種新穎的涵道多區(qū)測(cè)試設(shè)置VRF系統(tǒng)的性能映射落成及啟用在電科院的
熱環(huán)境實(shí)驗(yàn)室,諾克斯維爾,田納西州。該測(cè)試裝置能夠檢測(cè)VRF系統(tǒng)在滿負(fù)荷冷卻,滿負(fù)荷供熱,部分負(fù)荷降溫,部分負(fù)荷供熱和熱回收模式。測(cè)試裝置是通過(guò)一個(gè)釋放調(diào)試過(guò)程,將難以實(shí)現(xiàn)的條件變?yōu)榱艘粋€(gè)測(cè)試單元。測(cè)試設(shè)置尚未完全在眾多廠商中運(yùn)營(yíng)且VRF系統(tǒng)正在測(cè)試,以獲得全面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集。
致 謝
測(cè)試設(shè)置為調(diào)查VRF技術(shù)項(xiàng)目的一部分,由博納維爾電力資助管理,佛羅里達(dá)太陽(yáng)能中心與南加州愛(ài)迪生實(shí)驗(yàn)室研究開(kāi)發(fā)。
參考文獻(xiàn)
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