基本信息
- 項目名稱：
- 水冷式空調節(jié)能裝置開發(fā)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目研制了一種適用于風冷式/變頻式機房空調的節(jié)能裝置。該裝置利用數字控制技術，采用單片微型計算機作為主控制器，實現了對機械裝置的優(yōu)化控制，達到了空調節(jié)能的目標。該裝置的基本原理是利用水蒸發(fā)時可降低溫度的工作原理，通過布水管將水均勻的噴灑在蒸發(fā)濕簾上，使外界熱空氣與蒸發(fā)濕簾的水粒充分進行熱交換，水分子蒸發(fā)吸熱，降低了空調冷凝器的進風溫度，即通過水冷的方式實現空調節(jié)能。
- 詳細介紹：
- 本項目采用的冷卻節(jié)能裝置，包括由內至外依次設置在風冷式空調主機冷凝器前端的連接支架、蒸發(fā)濕簾，蒸發(fā)濕簾垂直設置在加壓風機進風口的前端，蒸發(fā)濕簾下端設有含補水浮子及水泵的水槽，蒸發(fā)濕簾的上方設有布水管，布水管與水槽之間設有循環(huán)水管，水泵接駁布水管預先冷卻室外空氣，降低空氣溫度，然后再經過空調進行空氣的冷卻和轉換，達到降低能源的消耗及延長空調使用壽命的效果。該裝置以單片機為主控制器，機械裝置包括冷卻水簾組、冷卻泵、電磁閥及其相應的輔助裝置，以及檢測環(huán)境參數和系統(tǒng)參數的傳感器，通過各傳感器檢測空調系統(tǒng)中的空氣溫度和濕度的變化，由存放在單片機中的中央空調專家經驗知識庫及控制程序，對環(huán)境參數和系統(tǒng)狀態(tài)進行分析、判斷、處理，對濕簾水量、濕簾溫度進行無級調節(jié)，使系統(tǒng)在高效率狀態(tài)下運行，實現最大限度的節(jié)能。 濕簾是由表面積很大的特種紙質波紋蜂窩狀制成，當空氣通過時濕簾腔內產生負壓、使機外空氣通過吸水性很強的濕簾進入腔內，濕簾上的水在絕熱狀態(tài)下蒸發(fā)，帶走大量潛熱，凈化、冷卻的冷氣被風機送入濕簾腔內，從而使腔內達到比外界低的溫度。 當設備開始工作時，循環(huán)水泵將水箱中的水輸送到設備頂部的淋水器，淋水器確保水均勻分配到濕膜材料上，水從濕膜材料頂部向下滲透，形成均勻循環(huán)水的濕簾。當干燥的空氣通過濕簾時，一部分水與空氣接觸，汽化、蒸發(fā)，使空氣濕潤，汽化蒸發(fā)帶走了干燥空氣中大量的熱量，從而降低了進入冷凝器中的空氣的溫度。 由于濕簾的作用，使進入冷凝器和離開冷凝器的空氣的溫差加大，單位流量的空氣帶走的熱量增加，從而降低空調機組的冷凝溫度，具體過程如下面的壓焓圖（圖5）顯示（注：壓焓圖是空調系統(tǒng)中計算制冷循環(huán)中各個工況點的唯一工具，包括壓縮機功率，制冷量以及能效比都必須通過壓焓圖計算） （圖5）表示，藍色區(qū)域為空調制冷系統(tǒng)原有的工作區(qū)域，紅色區(qū)域為采取節(jié)能措施后的工作區(qū)域。兩個區(qū)域對比可以得出，空調制冷系統(tǒng)的單位制冷量增加了（h1- h1′），壓縮機的單位輸入功率減少（h3- h3′）。故整個空調制冷系統(tǒng)的節(jié)能效果由兩部分組成，一是增加的冷量，二是減少的壓縮機輸入功率，綜合表現為整個空調制冷系統(tǒng)的能效比（制冷量/輸入功率）增加。其中壓縮機輸入功率可以通過電流表進行實時的測量，而增加的冷量目前還沒有專門的測量工具，只能通過計算比較得出。為了能將空調制冷系統(tǒng)的實際情況表現在壓焓圖上面，必須通過現場采集相關的數據：蒸發(fā)溫度t0，冷凝溫度tk，壓縮機出口溫度，以及過冷度和過熱度。通過上述參數便可在壓焓圖中找出制冷系統(tǒng)運行過程中的各個參數，繪制出實時的制冷運行壓焓圖。因為制冷系統(tǒng)的質量流量沒有變化，所以單位質量的制冷量和輸入功率代表了整個系統(tǒng)的制冷量和輸入功率的變化。 當測出溫度變化前后的相應的各個工況點參數后，并可以在壓焓圖上得到類似上圖的壓焓圖曲線以及各相應的參數。系統(tǒng)增加的冷量為（h1- h1′），壓縮機減少的輸入功率為（h3- h3′）。制冷系統(tǒng)的節(jié)能率 ，其中 為系統(tǒng)冷量增加產生的節(jié)能效率， 為系統(tǒng)壓縮機減少輸入功率產生的節(jié)能效率。 創(chuàng)新點 1.利用濕簾水冷式節(jié)能方法，節(jié)能效率高，全年節(jié)能率超過20％，投資回收期在2年內； 2.避暑求春，將全年溫度在20℃以上的5077小時改為春季的運行工況； 3.產品集成模塊化，容易安裝，且安裝過程不影響原有設備工作； 4.提高機組能效比，延長機組壽命； 5.具有自潔和自動排污功能，采用805A高氧化性除藻技術； 6.新型材料，具有防腐、防火功能； 7.可采用遠程智能化控制，可以通過電腦監(jiān)控空調的遠行狀態(tài)； 8.維護簡單方便，壽命長； 9.已經形成的型號9070-A、B、C型，適合各種條件下的風冷式/變頻式空調和精密空調。 技術關鍵 本項目的主要技術關鍵有： 1. 散熱濕簾的設計及選擇 散熱濕簾是該裝置的一個重要部分，設計的好壞關系到節(jié)能裝置的使用壽命，研制中設計了多種濕簾并進行了實驗測試，以確定比較理想的濕簾，其中濕簾的進風角度是關鍵指標。 2.水位檢測系統(tǒng) 水位檢測系統(tǒng)要確保水槽內的水不能超過上限和下限，超過上限則可能會發(fā)生溢水問題，低于下限則可能會發(fā)生裝置無法正常工作的情況，因此對水位的控制也是項目的一個技術關鍵。 3.控制系統(tǒng) （1） 控制系統(tǒng)硬件部分 本裝置的控制系統(tǒng)由單片機作為主控制器，并進行了存儲器及I/O口的擴展。自此基礎上，實現了對抽水泵、電磁開關閥的控制，以及對水位開關、溫度數據、數據的采集。并配有液晶顯示系統(tǒng)及功能按鍵，可方便地實現相關數據的采集及溫度參數的設定。 （2） 控制系統(tǒng)軟件部分 控制系統(tǒng)軟件在硬件的基礎上，按照一定的順序，對各執(zhí)行器-電磁閥等進行控制，對各傳感器件進行監(jiān)控。利用C程序編制的控制軟件部分見附錄五。 主要技術指標 本節(jié)能裝置的主控制電路為數字電路，電氣器件包括水泵、電磁開關閥及傳感器等。其中最大的耗電器件是水泵，其功率為90瓦，裝置本身的耗電很低。經實際使用測試，該裝置每天的平均耗水量為0.15噸。可見，本節(jié)能裝置本身的綜合能耗很低。 經實測證明，利用該裝置可使冷凝器進風口的空氣溫度較之外環(huán)境降低6—12攝氏度。據權威機構證明：進風溫度每降低1℃，空調系統(tǒng)節(jié)能將3%。裝置設備運行后進風溫度最大可以降低12℃以上，系統(tǒng)節(jié)能最大可以達到40％。經實際使用測試表明，理論計算與實際節(jié)能數據吻合（見正文第三章的數據分析部分）。外環(huán)境溫度越高，節(jié)能效果越明顯。 在我國南方地區(qū)，如浙江、廣東等省份，夏季7、8月份的氣溫可達40℃以上，空調經常出現高溫報警、停機的現象。該節(jié)能裝置的使用，不僅可降低能耗，同時避免高溫停機的現象，有效保障機房設備的正常運行。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品設計、發(fā)明的目的： 能源的日漸短缺，已經嚴重制約了人類的經濟發(fā)展。日前國際能源組織（IEA）的最新報告，中國已經超越美國，成為世界第一能源消費大國。要從根本上解決能源問題，除了尋找新的能源，節(jié)能也是目前最直接有效的重要措施?？照{領域作為一用能大戶，其能耗已超過總能耗的20%?？照{耗電對電網峰值負荷的沖擊是當前最突出的問題，故節(jié)能意義十分巨大。而從可持續(xù)發(fā)展理論出發(fā)，空調系統(tǒng)如何適應在低負荷下高效節(jié)能運行及在系統(tǒng)設計中對設備進行節(jié)能選配就成為空調節(jié)能的關鍵，這對于節(jié)約能源、降低運用費用、促進國民經濟發(fā)展具有十分重要的意義。 基本思路： 本項目利用了水蒸發(fā)時可降低溫度的工作原理。通過布水管將水均勻的噴灑在蒸發(fā)濕簾上，使外界熱空氣與蒸發(fā)濕簾的水粒充分進行熱交換，水分子蒸發(fā)吸熱，降低了空調冷凝器的進風溫度。 創(chuàng)新點 利用濕簾水冷式節(jié)能方法，節(jié)能效率高，全年節(jié)能率超過20％，投資回收期在2年內； 新型材料，具有防腐、防火功能； 可采用遠程智能化控制，可以通過電腦監(jiān)控空調的遠行狀態(tài)； 技術關鍵 本項目的主要技術關鍵有： 1. 散熱濕簾的設計及選擇 2.水位檢測系統(tǒng) 3.控制系統(tǒng) （1） 控制系統(tǒng)硬件部分 （2） 控制系統(tǒng)軟件部分 主要技術指標 本節(jié)能裝置的主控制電路為數字電路，電氣器件包括水泵、電磁開關閥及傳感器等。其中最大的耗電器件是水泵，其功率為90瓦，裝置本身的耗電很低。經實際使用測試，該裝置每天的平均耗水量為0.15噸。
科學性、先進性
- 對于現有的空調節(jié)能技術，一般采用變頻節(jié)能的方式或者限制室內溫度的方法，在空調的運作中，當環(huán)境溫度過高時，風冷式空調的壓縮機頻繁啟動、工作，同時因冷卻冷凝器的氣溫太高，會導致冷凝器溫度過高，壓縮機超負荷運行，最終壓縮機過載保護器動作，切斷壓縮機電源而停機。而冷凝器積塵造成散熱不良，也常使壓縮機或電動機升溫過高，過熱保護器，切斷電路，造成空調停機。為維持良好的換熱效果，必須保護空氣流動風道的順暢。由于室外空氣由室外風扇吸吹，直接橫向掠過翅片管，室外空氣中的泥塵較易積存于翅片上，而翅片間距又較小，泥塵易積存在翅片間，阻礙空氣流動，影響散熱效果。為此，本項目設計了一種空調節(jié)能裝置，在有效解決以上問題的同時，具有很好的節(jié)能效果。
獲獎情況及鑒定結果
- 2010 年12月 31日提出專利申報并獲受理，申報號 201020695042.9 獲2011年新苗人才推廣項目立項
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 專利轉讓
作品可展示的形式
- 實物、圖片、錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 本裝置用新型環(huán)保材料，能源循環(huán)利用，充分體現“節(jié)能減排”的設計理念。同時裝置成本低廉，操作簡便，適于推廣應用。 本裝置采用模塊化設計，安裝及維護方便。適用范圍廣：可應用于各種精密、大型民用空調，可用于大型商場、工廠、銀行等，空調功率從25kW到60kW的范圍。特別適用于大型機房、如移動、聯通等電信行業(yè)的機房、場站等用電載荷大、又對工作環(huán)境溫度要求嚴格的場合。 推廣前景及技術特點、優(yōu)勢 綜合效益 1．直觀的節(jié)電效果 在進行全面的節(jié)電改造之后，用戶可以從實際的電費開支減少中直接地得到實惠，降低了用戶的經營成本。 2．隱含的經濟效益 除了具有直觀的節(jié)電效益之外，該裝置的使用，可以減少壓縮機的啟動次數和工作時間，同時起到防塵等作用，提高空調機的使用壽命，同時亦延長了空調機的維護周期。維護費用相應減少。另外重要的一點是：實踐證明，該裝置的使用避免了空調機高溫（一般在40℃以上較容易發(fā)生）報警、停機的現象，保障了機房設備的正常運行。
同類課題研究水平概述
- 國內外空調研究現狀 目前，空調在我國建筑物中普及率的不斷提高使得我國已經成為繼美國、日本之后世界第三大空調市場，占全世界空調市場利用率的12%。國內大部分空調的能效比平均水平在2.5-2.6，有些所謂低價產品可以低到2.1-2.2，而美國已經生效的新標準折合成能效比大約為3.8，低于此數值的空調不許制造和銷售。在用電量需求量大的夏季，用電高峰期就有近一半的電被空調所消耗，空調耗電對電網峰值負荷的沖擊是當前最突出的問題，故節(jié)能意義十分巨大。而從可持續(xù)發(fā)展理論出發(fā)，空調系統(tǒng)如何適應在低負荷下高效節(jié)能運行及在系統(tǒng)設計中對設備進行節(jié)能選配就成為空調節(jié)能的關鍵，這對于節(jié)約能源、降低運用費用、促進國民經濟發(fā)展具有十分重要的意義。 常用節(jié)能空調種類 1.風冷式空調 風冷機組，機構簡單，安裝方便，適合不能安裝冷卻塔或地源熱泵的地方，使用方便，不過能效比沒有水冷的高。 2.變頻空調 廣泛使用的變頻空調是在普通空調的基礎上選用了變頻專用壓縮機，增加了變頻控制系統(tǒng)。其優(yōu)點是節(jié)能，噪音低，溫控精度高，電壓要求低，環(huán)境溫度要求低，保持室溫恒定等。其缺點是要求空調一直持續(xù)運行才能達到省電的目的，許多技術還不夠完善，使用壽命相對來說較短。 通過對常見的風冷式/變頻式空調原理及結構的分析，研究小組對設計的水冷式空調節(jié)能裝置進行了優(yōu)化設計，通過使用表明：該裝置達到了設計的目標和節(jié)能的效果。
