专利名称：可降低自身工作环境温度的风冷热泵冷水机组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风冷热泵冷水机组，尤其是一种可降低自身工作环境温度的风冷热泵冷水机组。
背景技术：
目前我国空调使用的气候类型属于T1类，国家相关标准该类空调夏季制冷运行极限温度为43℃，空调制造企业按该标准为依据进行生产制造。但由于我国气候多样性，夏季高温的温度增高及持续天数的加长，以及空调安装的位置情况造成实际使用时环境温度经常高于43℃，在最需要使用空调的季节，机组常不能正常运行或卸载，给用户造成不便，同时给厂家售后服务带来了很大的难度，为此部分厂家试图通过制冷系统设计来提高运行范围，但考虑到成本因素及空调压缩机系统特点，提高的温度是非常有限的，约在2-3℃之间。另外由于空调安装位置的制约，还会使这有限的提高温度得不到发挥。因而通过制冷系统的优化设计，是不能彻底解决该类问题的。同时机组在夏季高温工况下长期运行不但影响其可靠性及使用寿命，而且运行能耗也大大增加。目前也有一些解决解决夏季空调高温运行节能的办法。它们的重点均只放在分体式空调自身冷凝水回收和利用的节能方案上，且冷凝水均用于冷却冷凝器，同时对空调运行时可靠性问题的研究也很少。这些方案在原理上虽然可行，但在实际效果及应用可行性上却有着或多或少的问题分体式空调安装位置可能使冷凝水不能或不易接到室外机冷凝器上；节能的效果不仅冷凝水量有关还与冷凝水与冷凝器之间的换热效果有直接关系，冷凝水量与开机时间、室内温湿度有关，其水量是不稳定的；换热效果和换热形式直接相关，目前大多数的情况是冷凝水流过翅片，相互间只是简单的传热，换热系数不高，也有少数采用水雾与翅片间进行换热，但受到所采用的方法及分体空调结构的限制，效果也很差，水雾中雾滴直径大，未使雾滴在翅片上蒸发，换热效果与冷凝水直接流过翅片相当甚至更差。同时由于分体式空调目前属于价格竞争激烈的家电产品，成本因素很敏感。由于上述可行性及成本原因，虽然该类技术思路提出很早但目前在市场上还未看到该类技术运用的分体式空调器。同时该类节能方案只是在分体空调领域在探讨使用，目前在大型风冷热泵机组上行业内从未探讨和使用过。随着目前大型风冷热泵冷水机组在工建项目中的使用越来越多，该类机组同样面临夏季高温运行的可靠性及能耗增加两大问题，由于其使用场合一般为公用场合且机组的能耗占建筑总能耗的比重大的特点，面对的问题更突出。
发明内容
本发明的目的就是提供一种在夏季能降低自身工作环境温度的风冷热泵冷水机组，使用该机组与目前的风冷热泵冷水机组相比，有明显地提高机组在夏季对高温环境的耐侯性，可大大提高机组夏季制冷运行可靠性，并具有明显节能的特点。
本发明包括箱体，箱体内设置有室外冷凝器、压缩机、节流部件、电控系统、室外风机系统、水冷换热器，构成该冷水机组的制冷系统，冷水机组内设有水喷雾装置。所述的水喷雾装置由电磁阀、水精滤装置、水雾化装置、喷雾输送装置依次相连构成。电磁阀为该系统入口，喷雾输送装置为系统出口。箱体内设有制冷系统进水接口、制冷系统出水接口和水喷雾装置进水接口，其中制冷系统进水接口和制冷系统出水接口与空调系统末端相连，水喷雾装置的进水接口与水源相连接。箱体外还设置有温湿度传感器，温湿度传感器与电控系统相连，电控系统与冷水机组的被控电气部件相连。
所述的水雾化装置为能产生20-100μm直径雾滴的超声波喷雾装置、离心式喷雾装置、高压柱塞泵喷雾装置中的任何一种。超声波喷雾装置、离心式喷雾装置、高压柱塞泵喷雾装置均为成熟产品，可以通过市场取得。
本发明中的水喷雾装置起到降低进风口空气温度的作用，通过所喷雾滴蒸发来降低机组冷凝器侧的空气进气温度，提高机组冷凝器与空气间的换热温差，从而改善机组冷凝侧的换热环境和换热效果，降低了机组的冷凝压力及运行的整机功率，提高了机组在夏季高温环境下的可靠性，并能明显起到节能作用。
1.图1为本发明的结构示意图；2.图2为水喷雾装置结构示意图；3.图3为水喷雾装置控制机理程序流程图。
具体实施例方式
如图1和图2所示，本发明包括箱体1，箱体1内设置有室外冷凝器3、压缩机13、节流部件12、电控系统8、室外风机系统2、水冷换热器11，构成该冷水机组的制冷系统。冷水机组内设有水喷雾装置，所述的水喷雾装置由电磁阀15、水精滤装置14、水雾化装置6、喷雾输送装置5依次相连构成。电磁阀15为该系统入口，喷雾输送装置5为系统出口。箱体1内设有制冷系统进水接口9、制冷系统出水接口10和水喷雾装置进水接口7。制冷系统进水接口9和制冷系统出水接口10与空调系统末端相连，水喷雾装置进水接口7与水源相连接。箱体1外还设置有温湿度传感器4，温湿度传感器4与电控系统8相连，电控系统8与冷水机组的被控电气部件相连。
在夏季高温环境运行时，机组先测定环境空气的温度和相对湿度，通过机组的控制器运算得出湿球温度，即确定了机组通过水喷雾装置能将空气降到的理论最低温度，计算出干湿球温差ΔT。机组通过采样装置测出开机后的压缩机运行电流I0，根据分析，环境干球温度每降1℃，机组能耗将减少3％，通过以上关系可知机组降温前后的运行功率将减少0.03*ΔT*P降温前，由于机组运行的电压不变，控制器通过运算可得出最低运行电流IG。同时根据空气调节原理，控制器可在线计算出降温所需的最大耗水流量QMAX升/小时(L/h)。有了最低运行电流IG、最大耗水流量QMAX后，控制器即可通过周期性采样压缩机电流值及计算该电流值随时间的变化率，有这两个参数即可通过模糊控制方式，控制水喷雾装置的喷雾量，达到即降低机组进气温度及机组能耗又能节约用水量的效果。
由上可知节能的比率η＝0.03×ΔT＝0.03×(T干-T湿) (1)即降温后的运行功率将减少η，由于机组的电压和负载不变，节能后电流将降低η，即η＝(I0-IG)/I0其中I0为开机后采样得到的空调机组压缩机的当前工作电流(单位安培，A)，IG为节能装置工作时空调机组压缩机可达到的最低电流(单位安培，A)；可得IG＝I0×(1-η) (2)IG就是下面的模糊控制算法需要达到的稳态控制目标。
1.输入变量EI为工作电流与目标电流的误差IC-IG，IC为测得的当前工作电流(单位安培，A)。通常，空调机组的运行功率在额定功率的70％～130％内变化，所以电流误差的实际变化范围设为[-0.3*IR，0.3*IR]A，IR为空调机组/压缩机的额定电流(A)。
EIC为工作电流的变化率，计算公式如式(3)EIC(k)=Ic(k-1)-Ic(k)IS---(3)]]>可以设电流的采样周期为5分钟，工作电流的变化率的实际变化范围设为[-0.0003，+0.0003]A/s。
2.输出变量U喷雾流量(Flow)的调整值ΔF(L/s)；设喷雾流量的实际变化范围为[-QMAX/6，+QMAX/6]，QMAX为已计算出的降温所需的最大耗水流量(单位升/小时，L/h)。
3.量化因子设输入输出变量的论域范围均为{-3，-2，-1，0，1，2，3}，则EI的量化因子Kei＝10/IR；EIC的量化因子Keic＝10000；U的量化因子Ku＝QMAX/18；可以由尺度变换公式来得到实际的输出喷雾流量FF＝F0+ΔF＝F0+Ku×U(4)F0可以取QMAX/6。
4.控制算法采用带2个调整因子的模糊控制算法，控制规则如式(5)u=-[α0EI+(1-α0)EIC]EI=0,±1-[α1EI+(1-α1)EIC]EI=±2,±3---(5)]]>其中，取α0＝0.3，α1＝0.7，当电流误差EI较大时，模糊控制的首要任务是消除误差，这时，对电流误差在控制规则中的加权应该大些，因此，取α1＝0.7；反之，当电流误差较小时，系统已接近稳态，控制系统的首要任务是使系统尽快稳定，为此必须减小超调，这样应该加大电流误差变化EIC在控制规则中的加权。因此，取α0＝0.3。
水喷雾装置控制机理程序如图3所示，其中阀值温度是指开启喷雾节能装置的室外环境温度，一般取35～37℃，也可根据实际情况现场自行设置。当环境温度低于阀值温度时，无需改善工作环境，则停止喷雾装置的工作。否则，需要开启喷雾装置工作，以降低室外机进风侧的温度。
权利要求
1.可降低自身工作环境温度的风冷热泵冷水机组，包括箱体，箱体内设置有室外冷凝器、压缩机、节流部件、电控系统、室外风机系统、水冷换热器，构成该冷水机组的制冷系统，其特征在于冷水机组内设有水喷雾装置；所述的水喷雾装置由电磁阀、水精滤装置、水雾化装置、喷雾输送装置依次相连构成，电磁阀为该系统入口，喷雾输送装置为系统出口；箱体内设有制冷系统进水接口、制冷系统出水接口和水喷雾装置进水接口，其中制冷系统进水接口和制冷系统出水接口与空调系统末端相连，水喷雾装置的进水接口与水源相连接；箱体外设置有温湿度传感器，温湿度传感器与电控系统相连，电控系统与冷水机组的被控电气部件相连。
2.如权利要求1所述的可降低自身工作环境温度的风冷热泵冷水机组，其特征在于所述的水雾化装置为能产生20-100μm直径雾滴的超声波喷雾装置、离心式喷雾装置、高压柱塞泵喷雾装置中的一种。
全文摘要
本发明涉及一种风冷热泵冷水机组。在高温情况下，现有的冷水机组往往不能正常运行或卸载。本发明中的冷水机组内设有由电磁阀、水精滤装置、水雾化装置、喷雾输送装置依次相连构成的水喷雾装置。电磁阀为该系统入口，喷雾输送装置为系统出口。箱体外设置有与电控系统相连的温湿度传感器。本发明中的水喷雾装置起到降低进风口空气温度的作用，通过所喷雾滴蒸发来降低机组冷凝器侧的空气进气温度，提高机组冷凝器与空气间的换热温差，从而改善机组冷凝侧的换热环境和换热效果，降低了机组的冷凝压力及运行的整机功率，提高了机组在夏季高温环境下的可靠性，并能明显起到节能作用。
文档编号F25B1/00GK1818511SQ20061004985
公开日2006年8月16日 申请日期2006年3月15日 优先权日2006年3月15日
发明者丁强, 黄国辉, 王剑, 姜周曙 申请人:杭州电子科技大学