调温除湿机调温盲区的模拟计算_朱志平.pdf

文章编号：1671-6612（2007）03-07-04 调温除湿机调温盲区的模拟计算 朱志平 杨 娟 王克勇 (南京五洲制冷集团有限公司 南京211100) 【摘 要】 对普通调温除湿机的调温盲区进行模拟计算，旨在提供一种计算调温盲区的数学方法，并为实验 研究提供理论依据。计算过程中，分别对压缩机、蒸发器、水冷冷凝器、风冷冷凝器建立稳态集 中参数模型。根据系统的能量平衡求得风冷冷凝器换热量，以此计算机组的出风温度，从而计算 机组的调温盲区。实例证明了该方法的准确性及普适性。 【关键词】 调温除湿机；调温盲区； 数学方法；模拟 中图分类号 TP3 文献标识码 A Simulating calculation on the temperature adjustable blind area of the temperature adjustable dehumidifier Zhu Zhiping Yang Juan Wang Keyong (Nanjing Wuzhou Refrigeration Group Co.,Ltd. Nanjing 211100) 【Abstract】 A method on calculating the temperature adjustable blind area of the general temperature adjustable dehumidifer is supplied in this paper, in order to validate the experimental study in theory. The steady lumped parameter models consisted of compressor, evaporator, water-cooled condenser and air-cooled condenser are builded. According to the energy equalization of system, the quantity of the heat exchange for air-cooled condenser is obtained, then the air-outlet temperature of the dehumidifier unit can be calculated, so as to the temperature adjustable blind area is the aim. Finally, an example verifies the accuracy and catholicness of the calculating method. 【Keywords】 the temperature adjustable dehumidifier; the temperature adjustable blind area; math method; simulation 收稿日期：2007-08-09 朱志平，男，1964 年 9 月生，博士，研究员级高工，副总工 0 引言 调温除湿机因其能有效地回收、 利用冷凝热对 被处理空气进行再热，而成为倍受青睐的节能产 品，尤其是在国防工程、人防工程中的应用。普通 的调温除湿机通过调节水冷冷凝器的冷却水量来 实现机组的出风温度在升温除湿和降温除湿之间 的连续调节，从而保证室内要求的温湿度环境。 目前， 大量的实验证明普通的调温除湿机在调 温除湿的运行模式下存在“调温盲区”， 这极大地限 制了该节能产品的推广运用，尤其是在大余湿、变 余热工程中。我国通常 59 月为湿热季节，一般 室内控制温度范围为 2528，通常的送风温 差为 5，则送风温度为 2023。这种送风状 态正是目前调温除湿机调温盲区的中心地带。从 而，在大量情况下调温除湿机并不被选用。 对调温盲区的研究， 现在主要集中在提出各种 消除盲区的措施、然后进行实验研究，最后评价该 措施是否能够缩小甚至消除盲区。 整个实验过程繁 琐、还存在很大误差。本文对普通调温除湿机的调 温盲区进行模拟计算， 旨在提供一种计算调温盲区 的数学方法，并为实验研究提供理论依据。 调温盲区1，一般指普通调温除湿机在降温除 湿工况与调温除湿工况出风温度之间的温差， 而降 温除湿工况的出风温度即为蒸发器的出风温度， 也 第 21 卷第 3 期 2007 年 9 月 制冷与空调 Refrigeration and Air Conditioning Vol.21 No.3 Sep. 2007.710 8 制冷与空调 2007 年 即风冷冷凝器的进风温度，所以调温盲区 T 是风 冷冷凝器进风干球温度ta,1与出风干球温度ta,2的差 值， 也等于机组的出风温度与蒸发器出风温度的差 值。 准确计算调温盲区的范围对消除盲区的研究有 很大的指导作用， 便于从理论上更好地研究在不同 工况下，各种消除盲区措施的有效性。 1 模型的建立 如图 12所示，为普通调温除湿机的制冷系统 图。 为简化计算， 假设蒸发温度、 压力及冷凝温度、 压力沿管道不变化。 (1) 压缩机的模型建立 () rpds Qmhh= （1） 1、离心风机 2、风冷冷凝器 3、蒸发器 4、膨胀阀 5、电磁阀 6、电磁阀B（升温） 7、单向阀 8、压缩机 89 1011 7 6 5 4 进 风 B 出 水 A 12 进 水 出 风 3 21 9、干燥过滤器 10、贮液器 11、电磁阀A（降温） 12、水冷冷凝器 图 1 调温除湿机的制冷系统图 Fig.1 the system diagram of the temperature adjustable dehumidier 式中， Qp压缩机输入功率，kW ； hs压缩机吸气焓值，kJ/kg ； hd压缩机排气焓值，kJ/kg ； mr制冷剂的质量流量，g/s 。 (2) 蒸发器的模型建立 空气侧的能量方程: () 0aa21 Qm ctt= （2） 蒸发器的换热方程： 21 0 2 1 ln ee e e tt QK F tt tt = （3） 制冷剂侧的能量方程： () 0,se in r Qmhh= （4） 机组的除湿量 a12 ()Dm dd= （5） 式中， Q0制冷量，kW ； Q0校核制冷量，kW ； Ke蒸发器换热系数，kJ/m2K ； Fe蒸发器传热面积，m2 ； te蒸发温度， ； he,in蒸发器入口焓值，kJ/kg ； d1蒸发器进口的空气含湿量 g/kg干空气 ； d2蒸发器出口的空气含湿量 g/kg干空气； ma空气的质量流量，kg/h ； 空气的析湿系数，可以由下式计算 () 21 a21 hh ctt = （6） 式中， t1、t2空气经过蒸发器的进、出口干球温度， ； h1、h2空气经过蒸发器的进、出口焓值，kJ/kg 干空气 ； ca空气的比热，取 1.18kJ/kgK 。 (3) 水冷冷凝器的模型建立 冷却水侧的能量方程 () 121wwww Qm ctt= （7） 制冷剂侧的能量方程 () 1,rcw incw out Qmhh= （8） 式中， Q1水冷冷凝器换热量，kW ； mw冷却水流量，t/h ； cw水的比热，取 4.19kJ/kgK ； 第 21 卷第 3 期 朱志平等：调温除湿机调温盲区的模拟计算 9 Y N 计算风冷冷凝器出口的工质焓值hca,out 计算机组出风温度 t3，盲区T 结束 ,a,e inc out hh h 重 新 假 设 tw 假设冷却水的出口温度 tw2 计算换热量 Q1，Q2 Y 计算蒸发器入口制冷剂焓值 he,in 计算蒸发器的空气出口温度 t2 假设空气的析湿系数 计算制冷剂质量流量 mr 开始 输入已知条件 00 1 0 QQ Q 重 新 假 定 N tw1、tw2冷却水的进、出口温度， ； hcw,in水冷冷凝器入口工质的焓值， 即压缩机的 排气焓值 hd ，kJ/kg ； hcw,out水冷冷凝器出口工质的焓值，kJ/kg 。 (4) 风冷冷凝器的模型建立 制冷剂侧的能量方程 () 2a,a,rcincout Qmhh= （9） 空气侧的能量方程 () 2aa32 Qm ctt = （10） 式中， Q2风冷冷凝器换热量，即空气再热量，kW ； hca,in风冷冷凝器入口工质的焓值，即水冷冷凝 器出口焓值 hcw,out，kJ/kg ； hca,out风冷冷凝器出口工质的焓值， 即蒸发器入 口焓值 he,in，kJ/kg ； t3风冷冷凝器出口的空气干球温度， ； ma经过风冷冷凝器的空气质量流量，kg/h 。 (5) 系统的模型建立 系统的能量平衡方程 012P QQQQ+=+ （11） (6) 理论上的调温盲区 理论上的调温盲区为 32 Ttt= （12） 2 程序算法 已知参数：空气的进风参数，如干球温度、湿 球温度、相对湿度，设计风量 G，冷却水量、冷却 水进口温度，工质类型。系统的程序框图如图 2 所 示。 (a) 以压缩机为程序的入口，已知压缩机在计算 工况下的输入功率 Qp，吸、排气压力 Ps、Pd，吸、 排气温度 ts、td，由工质性能参数表得焓值 hs、hd 。 由式（1）计算制冷剂的质量流量 mr 。 (b) 假设空气的析湿系数 ，已知工况下的制冷 量 Q0，空气的进风干球温度 t1、湿球温度 ts1、含 湿量 d1、相对湿度 1、焓值 h1、风量 G，蒸发器 换热系数 Ke，蒸发器传热面积 Fe，蒸发温度 te， 蒸发压力 Pe，由式（2）计算蒸发器的空气出口温 度 t2， 并由式 （3） 做校核计算。 直到 00 1 0 QQ Q ， 1取 2。否则返回到重新假设空气析湿系数： 图 2 程序框图 Fig.2 the program flow diagram 10 制冷与空调 2007 年 i) 当 Q0Q0，即 偏大。 然后再作判断， 一般蒸发器出风温度会比蒸发温度 高 812，若出风温度偏低，应该适当降低蒸发 温度再重复计算。 (c) 根据蒸发器出口空气温度 t2，析湿系数 ， 由式（6）计算蒸发器出口空气焓值 h2，确定蒸发 器出口空气的状态点，再由式（5）计算机组的除 湿量 D 。并由式（4）确定蒸发器入口的制冷剂焓 值 he,in 。 (d) 假设冷却水的出口温度 tw2（先假设冷却水有 5的温升） 。已知冷却水的质量流量 mw，进水温 度冷凝压力 pc，水冷冷凝器的换热系数 Kcw，传热 面积 Fcw，由式（7）计算水冷冷凝器换热量 Q1 。 再根据式（8）去确定水冷冷凝器出口的工质焓值 hcw,out 。 (e) 根据系统的能量平衡式（11）计算风冷冷凝 器的换热量 Q2，即空气的再热量。 (f) 由式（9）计算风冷冷凝器出口的工质焓值 hca,out，与蒸发器入口工质焓值进行比较，直到 ,a, 2 , e incout e in hh h ，2取 2 。否则返回到重新假设 冷却水出口温度： i) 当 hca,outhe,in，即 tw2偏大。 由此确定 Q2 。 (g) 确定 Q2后，由式（10）计算风冷冷凝器出 口的空气干球温度 t3，由此根据式（12）计算理论 调温盲区 T 。 (h) 结束。 3 计算实例 以某型号机组为例， 计算名义工况下调温盲区 的范围。 除湿名义工况下，进风干球温度 27，湿球 温度 21.2 ，相对湿度 60，含湿量 13.6g/kg干空 气，空气入口焓值 61.9kJ/kg干空气。 设计风量 G = 5800m3/h 。 冷却水流量 mw = 6 t /h ，冷却水进口温度 tw1=30 制冷剂：R407C 计算过程略，结果如表 1表 4。 表 1 Qp (kW) Ps (Mpa) Pd (Mpa) ts () td () hs (kJ/kg) hd (kJ/kg) mr (g/s) 8 0.53 1.5 11 70 416 459 0.186 表 2 Q0 (kW) ca (kJ/kgK) ma (kg/h) Ke (kJ/m2K) Fe (m2) te () t2 () 38 1.18 6844 35 66 4.5 1.7816.35 表 3 ts2 () 2 (%) D (kg/h) h2 (kJ/kg干空 ) d2 g/kg干空 ) he,in (kJ/kg) 15.5 90 21.22 42.94 10.4 211.7 表 4 a m (kg/h) tw2 () Q1 (kW) Q2 (kW) t3 () ts3 () 3 (%) h3 (kJ/kg) hca,out (kJ/kg) 6821.833.2522.6723.3328.66 19.5 48 54.2 212.1 由上述计算可知，在名义工况下，理论上的调温盲 区为： t=t3 - t2 =28.66-16.35=12.31 4