实验指导书-循环式空调过程实验.doc

教学实验

循环式空调过程实验装置

指导书

循环式空调过程实验装置为《空气调节》课程的教学实验设备，可做集中式空调系统不同循环形式—直流式、封闭式和一次回风式的空气调节实验。可以模拟不同季节的室内的和室外环境及其空气调节的全部过程。
实验装置可实现对空气进行加热、加湿、冷却和除湿等处理过程，并能对空气的温度、湿度进行测量、显示及控制调节。
学生在实验时，可以对空气调节中的各种工况进行观测和实验研究。
实验装置的特点是其冷却为表面冷式和淋水式可互换使用，即可用表冷式也可用淋水式对空气进行冷却和去湿。
一、 实验装置的结构及其工作原理
实验装置的结构如图1所示。

图1 实验装置结构示意图
1、鈦包式蒸发器2、风机 3、风管4、E区干球温度及湿度传感器测点5、倾斜式微压计（或压差传感器）6、排风孔板流量计7、新风、回风混合混合调节阀 8、倾斜式微压计（或压差传感器） 9、新风孔板流量计10、A区干球温度及湿度传感器测点11、整流孔板12、B区干球温度及湿度传感器测点13、控制面板14、电加热器15、蒸气加湿器16、C区干球温度及湿度传感器测点17、表冷式冷却器18、高低压表及高低压保护继电器19、水蒸气发生器20、风冷冷凝器21、制冷压缩机22、冷冻水流量计23、冷冻水泵24、膨胀阀25、挡水板26、D区干球温度及湿度传感器测点27、淋水式冷却器28、新风调节阀29、排风调节阀
实验装置由风管、风机、调风阀门、电加热器、加湿器、表面式冷却器（或淋水式冷却器）、制冷机组、循环水泵等组成，并装有测量风量的孔板、微压计，测量各断面的干球温度、相对湿度和测量冷却器进、出水温度的自动显示系统。
通过对调风阀门的调节，可以模拟直流式空调系统（阀门全开）、封闭式（循环式）空调系统和一次回风式（阀门全闭）空调系统。装置设有一次电加热器和二次电加热器，可以对空气进行加热升温；设置蒸汽加湿器，可以对空气进行加湿；设置冷却器（表面式或淋水式），可以对空气进行冷却降温和去湿。冷却水由制冷系统制得。所有测温系统都采用铂电阻测量和数字显示。控制面板如图2。

图2 实验台控制面板图
1、巡检仪2、控温仪表3、电源总开关4、加湿器开关5、加湿器功率调节二次加热器功率表6、水泵开关7、一次加热器电压表8、一次加热器电流表9、二次加热器电压表10、二次加热器电流表11、压缩机电压表12、压缩机电流表13、风机开关14、风机调速15、压缩机开关16、二次加热功率调节17、二次加热器开关18、一次加热功率调节19、一次加热开关
实验中，可以利用实验装置模拟不同季节的室内，室外空气环境（在非冬季条件下模拟冬季室外环境有困难），并经合理运行调节，加以测试和分析。
工况调节操作注意事项：
1、风机的变速：开机后，在调定进回风比例的条件下，可以使用面板上的风机调速调节旋钮，以达到预设的风量。
2、一、二次加热的功率是可调节的，可根据要求进行调节，但调节幅度应缓慢进行。
3、加湿时，刚开始可打开调节旋钮调至最大，以缩短时间，当有蒸汽喷出时，把有调节旋钮的加热器旋小，再根据相对湿度的大小来调整加热功率。
4、在一定的压缩机功率情况下，钛包蒸发器的出水温度可以通过水流量计的调节阀进行调节。
模拟夏季实验
夏季的室外空气一般是高温、高湿，空调系统的作用主要是降温和除湿。在空调装置中，B区为新风（直流式时），或回风（封闭式时），或新风和回风的混合状态（一次回风式时）的空气处理前的状态参数，可通过进行加热、加湿处理，根据干湿球温度测量的数值，调节到设计（即模拟）的进风参数。
C区即为进入空调的进风参数。空气流经冷却器降温去湿后，再经过二次加热器加热至所要求的送风参数，最后送到被调房间——E区。
设备可模拟的工况：
1、模拟直流式空气调节系统及测定
直流式空气调节系统是将来自室外空气经热湿处理后送到空调房间，吸收余热余湿后全部排出室外，即系统的风量等于排风量，。如下图3：

图3模拟直流式空气调节系统图
要求：
A、利用实验装置模拟室外环境，如上图3虚线框内，可模拟夏季室外环境。
B、各选择一夏季、冬季处理方案，把室外空气处理到某送风状态，调节一定风量进行运行测定。
C、计算空气在空调处理系统中的热量、湿量得失。
D、将空气处理过程分别在h-d图上表示，并加以说明。
E、提出直流式空气调节系统的优缺点。
2、模拟再循环式空气调节系统及测定
再循环式空气调节系统是把来自空调房间的空气经热湿处理后再送回房间，而没有室外空气补入空调系统。即空调房间和空气处理装置及送风、回风管路构成了一个循环系统。如图4：

图4模拟再循环式空气调节系统图
要求：
A、模拟夏季室外环境如上图4虚线框内。选择空气处理方案，拟定室内空气状态参数，调节一定风量进行运行并测定。
B、计算室内余热、余湿及热湿比。
C、计算空气在处理系统中的热量、湿量得失，将处理过程在h-d图表示并说明。
D、提出再循环式空气调节系统的优缺点。
3、模拟回风式空气调节系统及测定
由前面的实验我们知道，再循环式空气调节系统卫生条件差，而直流式空调系统在经济上又是不合理的。他们都是在特定条件下使用的。为使满足卫生要求，有较为经济合理，一般是采用回风式空调系统。即把空调房间的一部分空气与室外的一部分新鲜空气混合经热湿处理后送到空调房间如图5。

图5模拟回风式空气调节系统图
要求：
A、 模拟冬季室外环境如上图5虚线框内。选择空气处理方案，拟定室内空气状态参数，调节一定风量和新风百分比进行运行并测定。
B、 计算室内余热、余湿及热湿比。
C、 计算空气在处理系统中的热量、湿量得失，将处理过程在h-d图表示并说明。
本装置还可做改变风量运行调节实验和制冷系统实验测定。
使用风机调速或进出风口的调节阀可以改变风量，从而改变制冷量。
二、 主要性能参数
1、 空气流量孔板流量计
Φ=150mm
2、 一次加热器
2000W （可调）
3、 二次加热器
2000W （可调）
4、 加湿器的蒸汽发生器（电热式）
3000 W （可调）
5、 冷冻水系统
冷冻水温由制冷系统及仪表控制，可维持在10℃左右，冷却水流量可调节大小，最大制冷系统制冷量W= 3.5KW;制冷工质为F22
6、 使用电源
工作电压：380V（50HZ） 压缩机电压： 220V（50HZ）
三、使用方法和操作步骤
1、实验操作之前：
1） 测温热电阻的冷端为室温，显示仪表已由Cu50补偿；
2） 调整微压计为水平状态，微压计内的溶液是加了指示剂的煤油，当零点不能够调整时，应加油；
3） 将蒸汽发生器水箱充满水，以保证蒸汽发生器用水（最好用蒸馏水）；
4） 使用干湿球温度计测量相对湿度时，测温前应在湿球温度计上注水，并调整补水盒高度，使水位与湿球温度计含棉球水管关口平齐；。
2、合上电源总开关，接通开关。设置并调整仪表参数，启动风机，改变风机调速旋钮，调节适当风量。
3、按所模拟的工况，有选择地启用制冷压缩机及冷却水泵。调节风量蝶阀及水流量调节流阀（需要时），调节所选择工况中对应的电加热器和电加湿器，待系统达到要求条件并稳定后进行实验测定。
夏季对空气进行冷却处理时，应先启动制冷机，待冷冻水降至所设定温度后，再启动冷水泵。
4、测试结束后，先关闭电加热器、电加湿器、冷却水泵及制冷压缩机，调节最大风门及最大风量，运行5分钟左右后，再关闭电源总开关，切断电源。
四、有关计算说明
1、 空气流量计算
a）、设备常数：进口流量孔板
出口流量孔板
孔板流量计直径 d1= d2 = 0.15m
b）、风量：
V1==0.614
[kg/s]
式中： ——进口孔板流量计压力差 [Pa ]
——进口空气密度 [kg/m3]
V3==0.618
[kg/s]
式中： ——出风口孔板流量计压力差 [Pa ]
——出风口空气密度 [kg/m3]
2、 空气在各处理过程热量：
[kw]
式中： G——系统的空气风量 [Kg/s]
——空气处理前后焓差 [kJ/kg]
式中：—空气处理前后焓差 [kj/kg干空气]
h=(1.01+1.84d)t25000d [kj/kg干空气]
[kg/kg干空气]
[100%]

d—含湿量 [kg/kg干空气]
—相对湿度 [100%]
t —干球温 [℃]
ts —湿球温 [℃]
—湿球温度下空气的饱和水蒸气分压力 [Pa]
—干球温度下空气的饱和水蒸气分压力 [Pa]

B—大气压力 [Pa]
—计算管段截面积 0.25×0.25 m2
3、 在焓——湿图上表示各空气处理过程。

图6焓——湿图上表示各空气处理过程示意图
4、风机、制冷压缩机耗电功率：
[W]
式中：I，V分别为工作电流和工作电压
为电机功率因数
对风机 =1
对制冷压缩机] =0.85
5、为阔充教学内容，可进行加热加湿设备的热平衡计算（数据输入不采集）：
a.电加热功率为：
[]
式中： I——加热器电流值 [A]
V——加热器电压值 [V]
b.风管散热量
[W]
式中：--风管材料的传热系数，一般室内=3—5W/㎡。
--风管内两测温断面之间的散热面积㎡（实测）
（即测温断面之间的中心长度*风管周长）
--风管内外的空气温差℃。
c.电加湿器的散热损失
[W]
式中：--材料的传热系数，一般室内5W/㎡
--加湿器外表面散热面积㎡
t—环境温度℃
d、水的流量用浮子流量计测量

e. 制冷系数： 或
f.效能比EER：
此指标考虑到驱动电机效率对耗能的影响，以单位电动机输入功率的制冷量大小进行评价，该指标多用于全封闭制冷压缩机。
EER＝Q/N
式中: EER--效能比 W/W; W
g．热平衡误差计算：
· 100 % ；
· 100 % ；
· 100 % 。
并分析产生误差的原因。
附：巡检仪通道内容设置：
见面板表格。
循环空调过程实验装置巡检仪参数设置参考使用说明书。
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