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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 水冷式空調(diào)節(jié)能裝置開發(fā)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項(xiàng)目研制了一種適用于風(fēng)冷式/變頻式機(jī)房空調(diào)的節(jié)能裝置。該裝置利用數(shù)字控制技術(shù)，采用單片微型計(jì)算機(jī)作為主控制器，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)械裝置的優(yōu)化控制，達(dá)到了空調(diào)節(jié)能的目標(biāo)。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(jìn)行熱交換，水分子蒸發(fā)吸熱，降低了空調(diào)冷凝器的進(jìn)風(fēng)溫度，即通過水冷的方式實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能。
- 詳細(xì)介紹：
- 本項(xiàng)目采用的冷卻節(jié)能裝置，包括由內(nèi)至外依次設(shè)置在風(fēng)冷式空調(diào)主機(jī)冷凝器前端的連接支架、蒸發(fā)濕簾，蒸發(fā)濕簾垂直設(shè)置在加壓風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口的前端，蒸發(fā)濕簾下端設(shè)有含補(bǔ)水浮子及水泵的水槽，蒸發(fā)濕簾的上方設(shè)有布水管，布水管與水槽之間設(shè)有循環(huán)水管，水泵接駁布水管預(yù)先冷卻室外空氣，降低空氣溫度，然后再經(jīng)過空調(diào)進(jìn)行空氣的冷卻和轉(zhuǎn)換，達(dá)到降低能源的消耗及延長空調(diào)使用壽命的效果。該裝置以單片機(jī)為主控制器，機(jī)械裝置包括冷卻水簾組、冷卻泵、電磁閥及其相應(yīng)的輔助裝置，以及檢測環(huán)境參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)的傳感器，通過各傳感器檢測空調(diào)系統(tǒng)中的空氣溫度和濕度的變化，由存放在單片機(jī)中的中央空調(diào)專家經(jīng)驗(yàn)知識庫及控制程序，對環(huán)境參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行分析、判斷、處理，對濕簾水量、濕簾溫度進(jìn)行無級調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)在高效率狀態(tài)下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能。 濕簾是由表面積很大的特種紙質(zhì)波紋蜂窩狀制成，當(dāng)空氣通過時濕簾腔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓、使機(jī)外空氣通過吸水性很強(qiáng)的濕簾進(jìn)入腔內(nèi)，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(fēng)機(jī)送入濕簾腔內(nèi)，從而使腔內(nèi)達(dá)到比外界低的溫度。 當(dāng)設(shè)備開始工作時，循環(huán)水泵將水箱中的水輸送到設(shè)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(dāng)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(jìn)入冷凝器中的空氣的溫度。 由于濕簾的作用，使進(jìn)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(diào)機(jī)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(diào)系統(tǒng)中計(jì)算制冷循環(huán)中各個工況點(diǎn)的唯一工具，包括壓縮機(jī)功率，制冷量以及能效比都必須通過壓焓圖計(jì)算） （圖5）表示，藍(lán)色區(qū)域?yàn)榭照{(diào)制冷系統(tǒng)原有的工作區(qū)域，紅色區(qū)域?yàn)椴扇」?jié)能措施后的工作區(qū)域。兩個區(qū)域?qū)Ρ瓤梢缘贸?，空調(diào)制冷系統(tǒng)的單位制冷量增加了（h1- h1′），壓縮機(jī)的單位輸入功率減少（h3- h3′）。故整個空調(diào)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(jī)輸入功率，綜合表現(xiàn)為整個空調(diào)制冷系統(tǒng)的能效比（制冷量/輸入功率）增加。其中壓縮機(jī)輸入功率可以通過電流表進(jìn)行實(shí)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(jì)算比較得出。為了能將空調(diào)制冷系統(tǒng)的實(shí)際情況表現(xiàn)在壓焓圖上面，必須通過現(xiàn)場采集相關(guān)的數(shù)據(jù)：蒸發(fā)溫度t0，冷凝溫度tk，壓縮機(jī)出口溫度，以及過冷度和過熱度。通過上述參數(shù)便可在壓焓圖中找出制冷系統(tǒng)運(yùn)行過程中的各個參數(shù)，繪制出實(shí)時的制冷運(yùn)行壓焓圖。因?yàn)橹评湎到y(tǒng)的質(zhì)量流量沒有變化，所以單位質(zhì)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(dāng)測出溫度變化前后的相應(yīng)的各個工況點(diǎn)參數(shù)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(yīng)的參數(shù)。系統(tǒng)增加的冷量為（h1- h1′），壓縮機(jī)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(chǎn)生的節(jié)能效率， 為系統(tǒng)壓縮機(jī)減少輸入功率產(chǎn)生的節(jié)能效率。 創(chuàng)新點(diǎn) 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(nèi)； 2.避暑求春，將全年溫度在20℃以上的5077小時改為春季的運(yùn)行工況； 3.產(chǎn)品集成模塊化，容易安裝，且安裝過程不影響原有設(shè)備工作； 4.提高機(jī)組能效比，延長機(jī)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(shù)； 6.新型材料，具有防腐、防火功能； 7.可采用遠(yuǎn)程智能化控制，可以通過電腦監(jiān)控空調(diào)的遠(yuǎn)行狀態(tài)； 8.維護(hù)簡單方便，壽命長； 9.已經(jīng)形成的型號9070-A、B、C型，適合各種條件下的風(fēng)冷式/變頻式空調(diào)和精密空調(diào)。 技術(shù)關(guān)鍵 本項(xiàng)目的主要技術(shù)關(guān)鍵有： 1. 散熱濕簾的設(shè)計(jì)及選擇 散熱濕簾是該裝置的一個重要部分，設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到節(jié)能裝置的使用壽命，研制中設(shè)計(jì)了多種濕簾并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，以確定比較理想的濕簾，其中濕簾的進(jìn)風(fēng)角度是關(guān)鍵指標(biāo)。 2.水位檢測系統(tǒng) 水位檢測系統(tǒng)要確保水槽內(nèi)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(xiàng)目的一個技術(shù)關(guān)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(jī)作為主控制器，并進(jìn)行了存儲器及I/O口的擴(kuò)展。自此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對抽水泵、電磁開關(guān)閥的控制，以及對水位開關(guān)、溫度數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的采集。并配有液晶顯示系統(tǒng)及功能按鍵，可方便地實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集及溫度參數(shù)的設(shè)定。 （2） 控制系統(tǒng)軟件部分 控制系統(tǒng)軟件在硬件的基礎(chǔ)上，按照一定的順序，對各執(zhí)行器-電磁閥等進(jìn)行控制，對各傳感器件進(jìn)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(shù)指標(biāo) 本節(jié)能裝置的主控制電路為數(shù)字電路，電氣器件包括水泵、電磁開關(guān)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(jīng)實(shí)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(jīng)實(shí)測證明，利用該裝置可使冷凝器進(jìn)風(fēng)口的空氣溫度較之外環(huán)境降低6—12攝氏度。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)證明：進(jìn)風(fēng)溫度每降低1℃，空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能將3%。裝置設(shè)備運(yùn)行后進(jìn)風(fēng)溫度最大可以降低12℃以上，系統(tǒng)節(jié)能最大可以達(dá)到40％。經(jīng)實(shí)際使用測試表明，理論計(jì)算與實(shí)際節(jié)能數(shù)據(jù)吻合（見正文第三章的數(shù)據(jù)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(dá)40℃以上，空調(diào)經(jīng)常出現(xiàn)高溫報(bào)警、停機(jī)的現(xiàn)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(jī)的現(xiàn)象，有效保障機(jī)房設(shè)備的正常運(yùn)行。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的： 能源的日漸短缺，已經(jīng)嚴(yán)重制約了人類的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。日前國際能源組織（IEA）的最新報(bào)告，中國已經(jīng)超越美國，成為世界第一能源消費(fèi)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{(diào)領(lǐng)域作為一用能大戶，其能耗已超過總能耗的20%。空調(diào)耗電對電網(wǎng)峰值負(fù)荷的沖擊是當(dāng)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(diào)系統(tǒng)如何適應(yīng)在低負(fù)荷下高效節(jié)能運(yùn)行及在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對設(shè)備進(jìn)行節(jié)能選配就成為空調(diào)節(jié)能的關(guān)鍵，這對于節(jié)約能源、降低運(yùn)用費(fèi)用、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。 基本思路： 本項(xiàng)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(jìn)行熱交換，水分子蒸發(fā)吸熱，降低了空調(diào)冷凝器的進(jìn)風(fēng)溫度。 創(chuàng)新點(diǎn) 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(nèi)； 新型材料，具有防腐、防火功能； 可采用遠(yuǎn)程智能化控制，可以通過電腦監(jiān)控空調(diào)的遠(yuǎn)行狀態(tài)； 技術(shù)關(guān)鍵 本項(xiàng)目的主要技術(shù)關(guān)鍵有： 1. 散熱濕簾的設(shè)計(jì)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(shù)指標(biāo) 本節(jié)能裝置的主控制電路為數(shù)字電路，電氣器件包括水泵、電磁開關(guān)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(jīng)實(shí)際使用測試，該裝置每天的平均耗水量為0.15噸。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 對于現(xiàn)有的空調(diào)節(jié)能技術(shù)，一般采用變頻節(jié)能的方式或者限制室內(nèi)溫度的方法，在空調(diào)的運(yùn)作中，當(dāng)環(huán)境溫度過高時，風(fēng)冷式空調(diào)的壓縮機(jī)頻繁啟動、工作，同時因冷卻冷凝器的氣溫太高，會導(dǎo)致冷凝器溫度過高，壓縮機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，最終壓縮機(jī)過載保護(hù)器動作，切斷壓縮機(jī)電源而停機(jī)。而冷凝器積塵造成散熱不良，也常使壓縮機(jī)或電動機(jī)升溫過高，過熱保護(hù)器，切斷電路，造成空調(diào)停機(jī)。為維持良好的換熱效果，必須保護(hù)空氣流動風(fēng)道的順暢。由于室外空氣由室外風(fēng)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(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種空調(diào)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(jié)果
- 2010 年12月 31日提出專利申報(bào)并獲受理，申報(bào)號 201020695042.9 獲2011年新苗人才推廣項(xiàng)目立項(xiàng)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本裝置用新型環(huán)保材料，能源循環(huán)利用，充分體現(xiàn)“節(jié)能減排”的設(shè)計(jì)理念。同時裝置成本低廉，操作簡便，適于推廣應(yīng)用。 本裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，安裝及維護(hù)方便。適用范圍廣：可應(yīng)用于各種精密、大型民用空調(diào)，可用于大型商場、工廠、銀行等，空調(diào)功率從25kW到60kW的范圍。特別適用于大型機(jī)房、如移動、聯(lián)通等電信行業(yè)的機(jī)房、場站等用電載荷大、又對工作環(huán)境溫度要求嚴(yán)格的場合。 推廣前景及技術(shù)特點(diǎn)、優(yōu)勢 綜合效益 1．直觀的節(jié)電效果 在進(jìn)行全面的節(jié)電改造之后，用戶可以從實(shí)際的電費(fèi)開支減少中直接地得到實(shí)惠，降低了用戶的經(jīng)營成本。 2．隱含的經(jīng)濟(jì)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(jī)的啟動次數(shù)和工作時間，同時起到防塵等作用，提高空調(diào)機(jī)的使用壽命，同時亦延長了空調(diào)機(jī)的維護(hù)周期。維護(hù)費(fèi)用相應(yīng)減少。另外重要的一點(diǎn)是：實(shí)踐證明，該裝置的使用避免了空調(diào)機(jī)高溫（一般在40℃以上較容易發(fā)生）報(bào)警、停機(jī)的現(xiàn)象，保障了機(jī)房設(shè)備的正常運(yùn)行。
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)外空調(diào)研究現(xiàn)狀 目前，空調(diào)在我國建筑物中普及率的不斷提高使得我國已經(jīng)成為繼美國、日本之后世界第三大空調(diào)市場，占全世界空調(diào)市場利用率的12%。國內(nèi)大部分空調(diào)的能效比平均水平在2.5-2.6，有些所謂低價產(chǎn)品可以低到2.1-2.2，而美國已經(jīng)生效的新標(biāo)準(zhǔn)折合成能效比大約為3.8，低于此數(shù)值的空調(diào)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(diào)所消耗，空調(diào)耗電對電網(wǎng)峰值負(fù)荷的沖擊是當(dāng)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(diào)系統(tǒng)如何適應(yīng)在低負(fù)荷下高效節(jié)能運(yùn)行及在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對設(shè)備進(jìn)行節(jié)能選配就成為空調(diào)節(jié)能的關(guān)鍵，這對于節(jié)約能源、降低運(yùn)用費(fèi)用、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。 常用節(jié)能空調(diào)種類 1.風(fēng)冷式空調(diào) 風(fēng)冷機(jī)組，機(jī)構(gòu)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(diào) 廣泛使用的變頻空調(diào)是在普通空調(diào)的基礎(chǔ)上選用了變頻專用壓縮機(jī)，增加了變頻控制系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是要求空調(diào)一直持續(xù)運(yùn)行才能達(dá)到省電的目的，許多技術(shù)還不夠完善，使用壽命相對來說較短。 通過對常見的風(fēng)冷式/變頻式空調(diào)原理及結(jié)構(gòu)的分析，研究小組對設(shè)計(jì)的水冷式空調(diào)節(jié)能裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過使用表明：該裝置達(dá)到了設(shè)計(jì)的目標(biāo)和節(jié)能的效果。
