水循环式冰制冷学生公寓空调的设计分析.pdf

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1、2014年第9期节能(总第384期)ENERGYC0NSERVAT10N水循环式冰制冷学生公寓空调的设计分析谢继红，谢更生，冯省力，郭全举。陈东(天津科技大学机械工程学院，天津300222)摘要：设计出一种水循环式冰制冷学生公寓空调，其初投资和耗电功率均远低于普通空调。介绍了其结构和工作原理，给出了贮冰容器、翅片管换热器、泵、风机等主要部件的设计方法，并以6人公寓为例，计算了其部件成本、电功率、运行费用，实践表明该空调应用于学生公寓具有很好的综合优势。关键词：水循环；学生公寓；冰制冷；空调；节能中图分类号：TU831．7文献标识码：B文章编号：1004—7948(2014)09—

2、0037—03doi：103969~．issn．1004—7948．2014．09．010引言flfIfl冷空气夏季学生公寓室内温度若超过30℃，不利于风机冰加人口c学生的学习和休息⋯。采用必要的空调措施对学管器生公寓室内进行适当降温，可以提高学生的学习效率，改善公寓舒适度。容然而，学生公寓安装普通空调存在一些实际困难，如电力容量、初投资等。以学生人数24000人融冰的学校为例，假设每间学生公寓住6位学生，每台普通空调功率0．6kW，价格0．2万元，则4000间学生公寓均安装普通空调时初投资约800万元，所需电力负荷为2400kW。基于上述问题，设计一种水图1水循环式冰制冷学生公

3、寓空调的结构示意图循环式冰制冷学生公寓空调，其价格和功率均可远贮冰容器中的冰每天根据需要定期添加，所需低于普通空调。冰由校外企业配送。冰可由企业利用谷值电用适宜的制冰机制取，也可在冬季取海面、河面1水循环式冰制冷学生公寓空调的结构和原理或湖面自然冰集中贮存至夏季供应学生公寓圳。水循环式冰制冷学生公寓空调的结构示意图2水循环式冰制冷学生公寓空调的设计分析如图1所示。水循环式冰制冷学生公寓空调由贮冰容器、2．1贮冰容器泵、翅片管换热器、风机等部件构成。学生公寓内贮冰容器的容量与学校所在地区及学生公寓需空调降温时，泵和风机运行，泵将贮冰容器底部面积有关。以天津市某高校6人间学生公寓为例

4、，的低温冰水送入翅片管换热器，风机则抽吸室内空设一次加冰量可满足学生公寓空调从22：00到次气流过翅片管换热器，被管内冷水降温变为冷空气日4：00连续运行(4：00—6：00由室内余冷维持适送入室内，出翅片管换热器的温水则喷人贮冰容当温度)，并取学生公寓晚间平均冷负荷为器，与其中的冰块或冰球换热，又变为低温水开始0．8kW，则每晚用冰量为：下一个循环。3．6zQE(1)MI：——qI基金项目：加l3年大学生创新创业训练计划(项目编号：~1310057002)式中：r一连续运行时间，h；Q一平均冷负荷，节能2014年第9期ENERGYCONSERVAT10N(总第384期)kW；g

5、。一单位质量冰中蓄含的冷量，包括冰的融化取空气与冷水之间的传热系数为30W／潜热和融化后从0~C升温到20~C所吸收的显热，(m·℃)，则所需的空气侧换热面积为：MJ／kg。FaEA—kA—t(4)代人各变量典型数据，得：==m式中：空气与冷水之间传热系数，W／4．32kg。(nl2·oc)；At一空气与冷水之间平均传热温则贮冰容器的容积为：差，℃。：=-一'-1(2)代人各变量典型数据，得：==Pm式中：p。一冰块或冰球的表观密度，kg／L。1．8m。，’需要的传热管总长度L为：代人各变量典型数据，得：。==57．6L。U·，JLp=FA(5)贮冰容器的形状可根据学生公寓空调情

6、况灵活确定。当采用圆筒形贮冰容器时，其尺寸可为式中：厂0一单位管长度翅片管换热的空气侧+4oomm×500mm，其内容积约为63L。换热面积，1I"1。2．2翅片管式换热器代入各变量典型数据，得：L==3．75m。翅片管换热器的结构示意图如图2所示。参照图2，可取沿空气流动方向的管排数为3排，上下管排数为4排，总计11排，则垂直于空气流动方向的换热器宽度为：w=(6)冷式中：JV一管排数，无因次。空气代人各变量典型数据，得：w=7气=0．34m。综上，则上下方向换热器高度为H=25×4：100mm，沿空气流动方向的换热器厚度为B=37．5+l8．75=56mm，换热器总体尺寸为3

7、40mm×100mm×56mm(宽×高×厚)。翅片铜管2．3泵注：钢管为．52mmxO．35mm，翅片厚度0．15mm，翅片间距泵的水流量mw为：1．95mm，单位管长空气侧换热面积0．48m／m。QB图2翅片管换热器结构示意图(单位：mm}mw—CA—t(7)ww设室内空气进换热器温度为27℃，出换热器式中：a一学生公寓平均冷负荷，kW；Cw一水温度为13℃；换热器内进口冷水温度为2~C，出口的比热，kJ／(kg·oC)；Atw一冷水进出翅片管换热温度为8~C，则空气与冷水之间