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      超低溫空氣能

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      緩沖水箱的功能和容積計算方法

      2022-04-18
      緩沖水箱在系統中起著減壓和保護主機的作用,避免機組頻繁啟停。因此在空氣源熱泵采暖系統中,緩沖水箱的選型匹配就顯得十分重要。本文就緩沖水箱的選型給出一套計算依據。



      圖片

      一、緩沖水箱的功能




      緩沖水箱具有緩沖、儲存、高效除霜、自動排氣、清潔、多能源互補等功能。在安裝緩沖水箱的系統中,熱泵加熱的水儲存在水箱內,通過感溫探頭控制系統啟停,減少機組的工作負荷及開啟頻率,以延長機組壽命并滿足不同時段的供熱需求;而在冬季除霜時,因水箱內已有一定溫度,可短時間內完成化霜工作,同時避免了因為主機除霜造成的室內溫度波動,對于穩定系統終端,效果明顯;緩沖水箱同時可以釋放冷凍水的運行壓力,可避免系統啟動壓力保護,使機組頻繁啟停導致末端忽冷忽熱。


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      二、系統水容量計算


      系統水容量的計算,國內設計手冊尚無明確的計算方法及參考數據,筆者歸納了以下兩種水容量計算方法。




      2.1

      方法一


      2.1.1 管道內水容量計算


      專家劉傳聚和滕英武給出了系統內管道和設備存水量的計算方法,定義式如下:

      空調系統中供回水管道水容積Vi,管段內水流量Gi,對應輸送的制冷量Qi分別為:

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      式中:Vi為管段內水容量,L;Li為管段水流程,m;αi為管內水流速,m/s;Gi為通過管內水流量,L/s;?T為供回水溫差,K;Qi為管段輸送的制冷量,kW;ρ為水的密度,kg/L;Fi為管段面積,㎡ ;C為水的比熱容,kJ/(kg·K)。由此可得:

      4bc25fd5f33c44a66288b37399c90af9.png

      由上式可看出每千瓦制冷量對應的水容量與水流程Li成正比,與水流速αi、供回水溫差?T成反比。系統管內水容量為:


      cdede963785e5b66d9ce3bff895fa20b.png


      2.1.2 系統設備水容量計算

      系統設備的儲水量可按產品樣本資料查詢計算得出Vequ系統總水量即為:


      86a57c4c24b72899ed178b0a29d9699b.png


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      2.2

      方法二


      采用方法一可較為精確地計算出系統水容量但計算量大,過程過于繁瑣。
      現筆者提出方法二,以更方便設計師計算出系統水容量。



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      f1615bac4d1834bcff0efbcd2c5c072d.png

      根據表中數據,系統水容量為:
      0d63d45bd69acacd6ee7b40b8beb051f.png
      式中:qh為供暖/空調熱指標,W/。


      0da10d4d1a6b2cb4eed54f34f45e6b32.jpg




      圖片

      三、緩沖水箱容積計算


      3.1

      工程經驗


      在實際工程中,設計師常以經驗來選擇配置緩沖水箱的大小。由機組制冷量可以計算出冷凍水量,減去系統中儲水部件的容積即為緩沖水箱容積。




      3.2

      計算條件分析


      目前較多的壓縮機控制方法為,通過實際出水溫度與設定出水溫度或是環境溫度與目標溫度之差來控制壓縮機的啟停。以通過出水溫度控制壓縮機啟停為例,當水溫達到Tc時壓縮機啟動,如圖所示:


      4ef63640289ecf5dd6f682bd201cccb0.png

      ——Ts;——Tc

      圖1 壓縮機啟??刂剖疽鈭D


      第二,需要考慮機組的應用條件。
      在生活舒適應用條件下,緩沖水箱主要是保證壓縮機Z小運行時間T1以內壓縮機制冷系統的油循環。在Z佳回油量時,壓縮機制冷量Z大,壓縮機性能系數Z高。
      此外,工業工藝應用條件下,還要保證壓縮機停機時間T2時的溫度精度。


      59c0e4036fc80b0715364dec1caad7ea.jpg






      3.3

      系統冷凍水量計算


      專家馮小明根據熱平衡原理計算系統冷凍水量,定義式如下:
      a68aa08183253d2f9b4826058cfc935a.png
      由此可得:
      399208a836812b6509f10858f7fef8e5.png


      式中:Q為機組額定工況Z大制冷量,kW;T為壓縮機時間,s;C為水的比熱容,kJ/kg·K;m為水的質量,kg;V為水的體積,L;Ts為壓縮機停機溫度,K;Tc為壓縮機啟動溫度,K;G為溫度死區范圍,K;ρ為水的密度,kg/m3。

      因此,生活舒適應用條件下的所需Z小系統水回路體積:


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      工業工藝應用條件下的Z小系統水回路體積:

      若溫度精度為±t,則需要比較2t與G的大小,同時需要考慮壓縮機達到的出水溫差ΔT。

      當2t>G時:

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      當2t<G時:
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      3.4

      緩沖水箱容積計算


      緩沖水箱用來補充實際水量與設計水量的容積差,所以:
      a1506bd89d1c34c590ec139e5a56cb5a.png


      3.5

      校核及修正


      緩沖水箱的容積易受末端同時使用率影響,考慮到末端同時使用率及其他影響因素造成的誤差,結果可乘以1.2的修正系數。



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