热能案例研究 15 （2019） 100518g

1. 引言

由于环境温度较高，空调系统的使用速度迅速提高，对空调的需求导致能源消耗增加。然而，有许多技术可以应用新技术来降低空调系统的能耗;关于热管空调系统热性能增强的论文不断进行。Wu等[1]对带热管的空气调节系统中的湿度控制进行了研究。接下来，Khedari等[2]将地面用作泰国冷凝机组的散热器。Martinez[3]设计了热管和间接蒸发装置，以增强空调系统的热性能。Yau[4-6]实验研究了在高湿热带暖通空调系统中运行的倾斜热管换热器的热性能。Wan等[7]研究了热管对中央空调系统能耗的影响。Mostafa et al. [8]、Alklaibi [9]、Naphon [10]、Supirattanakulet al. [11] 和 Juengjaroennirachonetal。

[12] 使用热管换热器在空调中进行热回收。可以发现，空气的热性能

* 通讯作者。

电子邮件地址：paisarnn@g.swuacth （P. Naphon）。

https://doi.org/10.1016/j.csite.2019.100518

收稿日期： 2019-08-02;2019年8月20日收到订正本;录用日期： 2019-08-22 在线可用： 23 8月 2019

2214-157X/ © 2019 作者。由以下开发商制作：Elsevier Ltd.这是一篇在 CC BY-NC-ND 许可下的开放获取文章

(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

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图 1.实验装置示意图。

调节系统增加高达20%。然而，对于大型空调系统来说，它们的热性能较差，效率低下。因此，Elhelw[13]提出了一种基于冷凝不确定性的设计优化方法。此外，Zheng等[14]考虑了空调系统中的多种能源热源。研究发现，整体能效比提高了45.5%。其次，Bansal[15]提出了对空调部件进行改造的高效新型空调系统;所有换热器均保留，压缩机换成无刷高效电子换向电机，毛细管采用针阀，更好地控制制冷剂流量。为了通过考虑冷凝器单元来增强热性能，Speerforck和Schmitz[16]研究了带有地面耦合干燥剂的空调系统。结果发现，与传统参考系统相比，节电量增加了70%。接下来，Kareem等[20]使用直接蒸发冷却方法降低了进入冷凝器前的空气温度，制冷量增加了5-7.5%。此外，Chen等[31]研究了液分离冷凝器中具有不同制冷剂回路的空调系统，通过调整毛细管长度和制冷剂充注量来实现优化能效比。有一篇关于带有降膜聚光镜的改进型聚光镜的论文[33]。对于蒸发器装置的热性能改进，Angrisani等人。 [17] 用三种不同的非常规干燥剂系统修改了空调系统，节省了 20-25% 的能源。接下来，Chenet al.[29-30] 提出了一种基于多蒸发器的新型独立增强型除湿空调系统

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图 2.同心螺旋盘管换热器示意图。

表1

测量的准确性和不确定性。

空调系统。对于压缩机组的改进，有许多关于改进后的压缩机的论文。Wu等[18]在R290空调系统中用旋转式压缩机代替了压缩机。Tu et al. [1935] 研究了过冷器对制冷能力能效比的影响。此外，Sharif等[21]还研究了SiO2/PAG纳米润滑剂汽车空调系统的热性能。此外，Ali等[22-28]对以水/纳米流体为工作流体的各种热系统的微型和微通道散热器的传热性能进行了持续研究。由于悬浮在基础流体中的纳米颗粒具有较高的导热性和布朗运动，因此实现了系统的传热增强。Chen等[32]、Grani等[34]、Chen等[36]和Nasutiona等[37]研究了各种热交换器在空调系统中的应用，其节能率和COP提高率分别可达27.69%和38.29%。Wu等[38]分析开发了室内空调g系统中的空调。

据作者所知，有许多论文介绍了通过各种技术降低能耗来改善空调系统的热性能。然而，本文所提出的冷却水回路在空调系统中的应用并未提及。因此，没有以前的论文来验证本研究。本文旨在研究冷却水回路空调系统在进入冷凝器机组之前冷却制冷剂的改进性能。从本研究中得到的冷却水回路不仅影响了空调系统COP和EER的增加，而且从冷却回路储存中获得的热水也用于各种应用。

二、实验装置及方法

2.1. 测试回路

如图1所示，实验装置示意图由空调系统、冷却水回路、空调室和数据采集系统组成。在实验中，在房间内安装空调（12000 BTU/hr），尺寸为2.4*2.4*2.4 m3。冷却水回路由同心螺旋盘管换热器、水泵和0.2 m3热水储罐组成。同心螺旋盘管换热器由内外管直径分别为10.00、19.05 mm的直铜管制成。过热的制冷剂蒸汽流入内管的同心螺旋盘管换热器，而冷却水流入外管，如图2所示，空调制冷剂的压力和温度是用压力传感器和T型铜康铜热电偶测量的。六个T型铜康铜热电偶用于测量测试室的空气温度。精度为 ±0.01% 的 T 型铜康铜热电偶使用干箱温度校准器进行预校准。

2.2. 操作条件

实验时间为9 h（8.00-17.00），每10分钟记录一次相关参数。这

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在整个实验过程中，空调温度设定在25-26°C的恒定温度。供应给压缩机的电压和电流由数字钳形表测量，不确定度为土0.01%。记录每个位置的温度。使用带有 DataTaker （DT800） 的数据采集系统来收集数据。每个位置的温度是该时间段内的平均值。测量的不确定度和精度见表1.

2.3. 数据缩减和不确定性分析

根据有和没有冷却水回路的空调系统中流动的制冷剂特性的变化，制冷剂质量流量可以计算为：

其中MIS为制冷剂质量流量，h1和h2为制冷剂进入压缩机前后的焓（不带同心换热器），h1和h2为制冷剂进入压缩机前后的焓（带同心换热器），I和V为电流和电压，cos φ为功率因数。

冷凝器单元中的传热速率可以表示为。用于无冷却水回路

质量控制;不带 = MR （h— h） （2a）

用于冷却水回路

Qwith = m（h — h） （2b）

其中 h2 和 h3 是制冷剂进入冷凝器前后的焓（不带同心换热器），h2 和 h3 是制冷剂进入冷凝器前后的焓（带同心换热器）。

同心螺旋盘管换热器中的传热速率可由下式确定

Qhe = m（h— h） （3）

蒸发器装置的制冷量可以表示为

量化;不带 = MR （h— h） （4a）

Qwith = m（h — h） （4b）

性能系数和能效比可由下式确定

COPwith =

EER没有 = 3。14COP无 （6）

测量的不确定度和精度见表1不确定度估计可以通过考虑仪器的误差、测量方差和校准误差来完成。基于这些不确定性，总COP的不确定性为土5%，COP的不确定性定义如下[39]：

,--

COP 的不确定性 =

3. 结果与讨论

实验在25-26°C室内室温下进行，时间为9小时。冷凝装置由大气冷却。然而，由于全球变暖问题，从冷凝装置到大气的热量传递受到限制。因此，降低进入冷凝机组的空气温度已被引入作为降低空调系统能耗的技术之一，特别是在暖区国家[12]。对于没有冷却水回路的空调循环，饱和制冷剂蒸汽（1）被压缩机组吸入压缩到过热状态（2），然后流入冷凝器机组。之后，制冷剂以饱和液态 （3） 流出冷凝器。h2 — h3 热含量被大气除去。然而，由于全球变暖问题，室外气温趋于

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图 3.带和不带冷却水系统的空调系统的 P-h 图。

10

6

4

2

0

08：00：00 10：00：00 12：00：00 14：00：00 16：00：00 18：00：00 时间

图 4.空调蒸发器传热速率的变化。

增加并导致空气去除能力降低。因此，在进入冷凝机组之前降低制冷剂蒸气的过热水平已被引入，作为降低由大气通风的热量含量的技术之一。此外，带有冷却水回路的空调循环的高压区减少，导致更高的过冷器

’

制冷剂（3）如图3所示。通过冷却水回路增加空调循环的制冷量并减少功率输入。与没有水冷回路的参考循环相比，冷却量趋于增加，功率输入减少。这意味着有冷却水回路的空调循环的COP和EER高于没有冷却水回路的空调循环。

图4-图6分别显示了水质量流量对制冷量、压缩机功率输入和性能系数的影响。对于所有整个运行时间范围，冷却能力随着环境空气温度的升高而降低

’

尤其是在下午。此外，较高的质量流量对处于状态3的制冷剂的过冷器有显著影响，并降低了空调循环的高压区。这意味着冷却能力增加，投入功率减少

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图 5.空调功率输入的变化。

12

6

4

2

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08：00：00 10：00：00 12：00：00 14：00：00 16：00：00 18：00：00 时间

图 6.空调COP的变化。

图 7.热水温度的变化。

增加水质量流量，导致空调循环的COP增加，如图6所示。此外，冷却水回路中热水的最高温度为60 oC（0.2 m3），空调系统运行时间为9 h，如图7所示.

4. 结论

由于全球气温升高，对人类生活水平的空调需求迅速增加，导致

在较高的能耗中，特别是分体式空调系统。实验测试表明，与传统的参考系统相比，分体式空调系统的COP显著提高。可以看出，冷却水流量对空调系统较高的热性能有显著影响。最高COP比传统参考系高出31.02%。冷却水回路中的最高热水温度为 60 oC。由于所提出的系统具有更好的热性能，并且安装回路的成本非常低。此外，不仅更高的COP增加，而且获得用于各种应用的热水储存。

确认

作者要感谢诗纳卡林威洛大学为本研究和拉贾曼加拉科技大学技术教育学院机械工程系提供财政支持，

孔敬校区为本研究提供场所支持。

引用

[1] X.P. Wu， P. Johnson， A. Akbarzadeh， 热管换热器在空调系统湿度控制中的应用， 应用热能工程 17 （1997） 561–568.

[2] L. Khedari、W. Permchart、N. Pratinthong、J. Hirunlabh，使用地面作为泰国空调冷凝装置散热器的实地研究，能源 26 （2001） 797–810.

[3] F.J.R. Martinez，空调系统混合能量回收系统、热、热管和间接蒸发设备的设计与实验研究Energy Build35 （2003） 1021–1030.

[4] Y.H. Yau，在高湿热带暖通空调系统中运行的倾斜热管换热器的实验热性能研究，Int. J. Refrig。30 (2007) 1143–1152.

[5] Y.H. Yau，热管换热器在热带暖通空调系统中除湿增强中的应用-基线性能特征研究，IntJ。ThermSci46 （2007） 164–171.

[6] Y.H. Yau，使用双热管换热器系统降低手术室通风处理空气的能耗——全年能耗模型模拟，Energy Build。40 (2008) 917–925.

[7] J.W. Wan， J.L. Zhang， W.M. Zhang， 热管空气处理盘管对中央空调系统能耗的影响， Energy Build.39 (2007) 1035–1040.

[8] A. Mostafa， A. El-Baky， M.M. Mohamed， 用于空调热回收的热管换热器Appl.Therm. Eng. 27 （2007） 795–801.

[9] A.M. Alklaibi，评估将回路热管纳入空调系统的可能配置，Int. J. Refrig。31 (2008) 807–815.

[10] P. Naphon，关于带热管的空调的性能，用于冷却冷凝器中的空气，Energy Convers。管理。51 (2010) 2362–2366.

[11] P. Supirattanakul、S. Rittidech、B. Bubphachot，带止回阀的闭环振荡热管 （CLOHP/CV） 在空调系统性能增强中的应用，Energy Build。43 (2011) 1531–1535.

[12] S. Juengjaroennirachon， N. Pratinthong， P. Namprakai， T. Suparos， 使用热虹吸系统储能装置冷却冷媒在进入冷凝器之前冷却制冷剂的空调性能增强， J. Mech. Sci. Technol. （2016）， https://doi.org/10.1007/s12206-016-1241-z.

[13] M. Elhelw，供暖、通风和空调系统能源管理分析，Alexandria Eng. J. 55 （2016） 811–818.

[14] X. Zheng， H.Q. Li， M. Yu， G. Li， Q.M. Shang， 公共建筑中使用多种能源的空调系统的效益分析， 应用热能工程 107 （2016） 709–718.

[15] P. Bansal，高效新型窗式空调，应用能源 156 （2015） 311–320.

[16] A. Speerforck，G. Schmitz，地面耦合干燥剂辅助空调系统的实验研究，ApplEnergy 181 （2016） 575–585.

[17] G. Angrisani、F. Minichiello、M. Sasso，基于实验研究的非常规干燥剂空调系统的改进，Energy ConversManag112 （2016） 423–434.

[18] J. Wu， J. Lin， Z. Zhang， Z. Chen， J. Xie， Jun Lu b R290空调系统中旋转压缩机冷启动特性的实验研究， Int. J. Refrig.65 (2016) 209–217.

[19] 涂岱， 张玲， 蔡淑， 郭旭， 邓， 张建， 王斌， 过冷器对变制冷剂流量空调系统冷却性能的影响， 应用热能工程127 （2017） 1152–1163.

[20] A.A.E. Kareem， J.A.A. AlSahlani， M. Alfahham， 在炎热气候下使用直接蒸发冷却增强空调系统的性能特征， 能源程序 142 （2017） 3998–4003.

[21] M.Z. Sharif， W.H. Azmi， A.A.M. Redhwan， R. Mamat， T.M. Yusof， 汽车空调系统中SiO2/PAG纳米润滑剂的性能分析， Int. J. Refrig75 （2017） 204–216.

[22] S.A. Jajja， W. Ali， H.M. Ali， A.M. Ali， 用于微处理器冷却的水冷迷你通道散热器：翅片间距的影响， Appl. Therm. Eng. 64 2014） 76–82.

[23] S.A. Jajja， W. Ali， H.M. Ali， 用于高发热计算机处理器热管理的多壁碳纳米管纳米流体， Heat Transf. Asian Res43 （2014） 653–666.

[24] H.M. Ali， H. Ali， H. Liaquat， H.T.B. Maqsood， M.A. Nadir， 使用 Zno-Water 纳米流体对汽车散热器传热增强的实验研究， 能源 84 （2015） 317–324.

[25] H.M. Ali， W. Arshad， 使用水基金红石和锐钛矿 TiO2 纳米流体的交错和内联针翅片散热器的热性能研究， Energy ConversManag106 （2015） 793–803.

[26] H.M. Ali， W. Arshad， 使用水基石墨烯纳米片纳米流体的针翅散热器通道角对传热性能的影响， Int. Heat Mass Transf106 （2017） 465–472.

[27] W. Arshad， H.M. Ali， 石墨烯纳米片纳米流体在整体鳍片散热器上的热和流体动力学性能， Int. J. Heat Mass Transf. 107 （2017） 995–1001.

[28] W. Arshad， H.M. Ali， Experimental investigation of heat transfer and pressure drop in a straight minichannel heat sink with TiO2 nanofluid， Int. J. Heat Mass Transf110 （2017） 248–256.

[29] W. Chen， M.Y. Chan， S. 邓， H. Yan， W. Weng， 基于直接扩展的增强型除湿空调系统，用于改善炎热潮湿气候下的全年室内湿度控制， Build.环境。139 (2018) 95–109.

[30] 陈伟， 陈明英， 翁伟， 闫华， 邓， 基于直接膨胀的增强型除湿空调系统运行特性的实验研究， 应用能源 225 （2018） 922–933.

[31] J. Chen， Y. Li， R. Ding， X. Lin， Y. Chen， X. Luo， Z. Yang， 液分冷凝器中不同制冷剂回路的空调系统的比较性能， Int. J. Refrig.92 (2018) 154–164.

ASiricharoenpanich et al. 热工程案例研究 15 （2019） 100518

[32] W.H. Chen， H.E. Mo， T.P. Teng， 使用节能装置提高分体式空调的性能， Energy Build.174 (2018) 380–387.

[33] J. Ruan， J. Liua， X. Xua， J. Chen， G. Li， 使用降膜冷凝器的 R290 分体式空调的实验研究， 应用热能工程 140 （2018） 325–333.

[34] S. Ghani， S.M.A. Gamaledin， M.M. Rashwan， M.A. Atieh， 空调应用中双管换热器的实验研究， Energy Build158 （2018） 801–811.

[35] 屠呦呦， 张璐， 蔡淑娴， 郭旭， 袁旭， 邓， 张建， 高EER和舒适室内环境的变冷剂流量空调系统中压缩机和过冷器的控制策略， 应用热能工程 141 （2018） 215–225.

[36] J. Chen， R. Ding， Y. Li， X. Lin， Y. Chen， X. Luo， Z. Yang， 汽液分离热交换器在制冷和制热模式下在空调系统中的应用， Int. J. Refrig.100 (2019) 27–36.

[37] D.M. Nasutiona， M. Idris， N.A. Pambudi， 使用R290改装的吸液式换热器的室内空调性能，Case Stud。热能工程 13 （2019） 100350.

[38] 吴建， 徐志， 江， 中国房间空调能效标准分析与发展趋势， 能源政策 125 （2019） 368–383.

[39] H.W. Coleman，W.G. Steele，工程师的实验和不确定性分析，John Wiley&Sons，纽约，1989.