[导读]:缓冲水箱在商用空调机组的闭式冷冻水系统中是个重要的组成部分,但工程应用中是基于工程经验计算其容积的大小。并没有一个计算标准,那缓冲水箱大小怎么选?缓冲水箱如何设计?下面是菱坤水箱原创的基于热平衡原理,确定机组使用条件,

缓冲水箱在商用空调机组的闭式冷冻水系统中是个重要的组成部分,但工程应用中是基于工程经验计算其容积的大小。并没有一个计算标准,那缓冲水箱大小怎么选?缓冲水箱如何设计?下面是菱坤水箱原创的基于热平衡原理,确定机组使用条件,以涡旋压缩机机组系统为例,分析了压缩机时间,系统温度控制死区,压缩机温差等条件,计算得到系统水路容积,并最后确定缓冲水箱的容积,并提出了缓冲水箱内部设计概念。


1、前言


缓冲水箱在工程中应用非常广泛,而且不同的场合有不同的名称,比如中间存储容器、滞留罐、平衡罐、储液器、混合罐、中和容器等等。其实基于以上的说法,我们可以下一个通用的定义。缓冲罐就是这样一种装置,它能够使得运行更平稳。它的介质可以是液体,也可是气相或固相的物质。名义上,可以将它分为两类:I)扰动衰减类;II)独立运行类。本文介绍的应用在空调闭式水系统中冷冻水缓冲水箱,它的介质是水,属于II类。


缓冲水箱在商用空调机组的闭式冷冻水系统中是个重要的组成部分,它可以保证系统正常运行需要的最低水量,尤其当某些工业工艺对环境温度变化要求很高的应用环境。通常情况下,整个空调水系统是独立于空调主机之外的,但机组自带水力模块组件是一种新的发展趋势,它集成了泵,膨胀水箱,缓冲水箱,水管,阀件等,使得客户不再为水系统的设计、布置、安装等问题花费更多的精力。


在实际工程应用中,人们常常基于工程经验来配置缓冲水箱的大小。一般认为每冷吨(ton)冷量需要3~6加仑(gallon)水,如果温度控制精度要求高,可以达到每冷吨(ton)冷量需要6~10加仑(gallon)水。那么就可以算出整个系统需要水的容积,然后去除系统其它储水部件的容积,就可以得到缓冲水箱的容积。但这种算法在确定机组自带水力模块的缓冲水箱容积时,显得有些不够精确了。因为机组的尺寸大小是有要求的,那么对缓冲水箱的大小也是有限制的。


本文就一款商用涡旋冷水机组自带水力模块的缓冲水箱容积的计算,包括应用条件的输入,机组冷量匹配,结构设计要点进行介绍,提供一种缓冲水箱容积计算及设计较为精确的方法。


2、缓冲水箱大小怎么选?


2.1功能


冷冻水缓冲水箱的功能主要是保证机组平稳运行,即保证机组出水温度在系统载荷改变的情况下,满足温度精度要求,同时保证压缩机可靠运行。


2.2计算条件分析


首先引入涡旋压缩机的加卸载控制原理。涡旋压缩机的加卸载是机组控制程序装置通过出水温度控制模块比较实际出水温度与出水温度设定。如果温度差超出了设计设定的死区(deadband)范围,控制程序装置就会要求加载或卸载另一个压缩机,加载过程的系统水流量要满足压缩机最小运行时间T1,卸载过程要满足压缩机停机的最大时间T2。(见图1)

压缩机停机时间

第二,需要了解冷水机组的应用条件是工业工艺处理,还是用于生活舒适。如果是生活舒适应用条件,缓冲水箱的作用主要是保证压缩机最小运行时间T1。涡旋压缩机在应用过程中,基于可靠性的要求,要求满足最小运行时间T1,该时间是保证涡旋压缩机制冷系统油循环,从而保证压缩机最低油位需要的最小运行时间。如果是工业工艺处理应用条件,缓冲水箱的作用还需要保证温度精度,在给定温度精度内,除了保证压缩机最小运行时间T1,还需保证一个压缩机停机时间T2。举例来说,假设压缩机要求1小时最大起停次数是12次,那么最小循环时间是300秒,最小运行时间是120秒,则T2等于(300-120)即180秒,即180秒的停机时间内温度变化在设定的精度范围内。


第三,需要知道单个压缩机的温差。假设额定工况,100%负荷时,蒸发器的进出水温差是5C,那么对于双压缩机系统,单台压缩机的温差是2.5C,对于四压缩机系统,单台压缩机的温差是1.25C。一个压缩机在卸载的时候,出水温度会突然上升,数值就等于单台压缩机的温差,我们在计算时要考虑这个影响。(见图2)

压缩机温差

2.3容积计算2.3.1首先计算系统为满足舒适或工业工艺应用所需最小的水循环回路容积。根据热平衡原理,即机组额定工况最大制冷量等于冷冻水系统热交换量,可得到下面的公式:

缓冲水箱

缓冲水箱

式中Cc―机组额定工况最大制冷量,KW

Stage-机组最大冷量级数

T-压缩机时间。生活舒适应用情况为压缩机最小运行时间T1;工业工艺应用情况为压缩机最大停机时间T2,S

V-系统水流量体积,l

Db-控制出水温度死区范围,K

Cp–水的比热,?1?1KJ?K?Kg

因此,生活舒适应用情况下的所需最小系统水回路体积:

缓冲水箱体积计算

缓冲水箱体积计算

工业工艺应用情况下的所需最小系统水回路体积:设客户要求温度精度是+/-t,则需要比较2t与Db的大小,同时需要考虑压缩机达到的出水温差ΔT,

当2t>Db时,

缓冲水箱体积计算

缓冲水箱体积计算

当2t<Db时,

缓冲水箱体积计算

缓冲水箱体积计算

2.3.2计算机组全部冷冻水系统回路容积Vtotal,

缓冲水箱体积计算

T-压缩机时间,SCc―机组额定工况最大制冷量,KWVtotal-系统全部冷冻水流量体积,l2.3.3计算系统实际存在的工作水循环回路容积Vmin,当没有冷负荷时,末端空气处理器(AHU)全部被三通阀旁通掉时,水回路的容积为实际存在的最小容积。

缓冲水箱体积计算

2.3.4确定缓冲水箱的容积。缓冲水箱就是用来补充所需要的和实际存在的水回路容积差,即

缓冲水箱体积计算

根据我们的计算,以冷量79KW机组为例,Vprocess将会是Vcomfort的3倍,所以在自带缓冲水箱机组的设计中,我们不会考虑工业工艺应用条件,而只考虑舒适应用条件。虽然以上的方法是较为精确的计算,但它没有考虑一些过程变化因素的影响,比如机组冷量惯性影响到ΔT的变化;冷冻水水温变化影响到机组冷量和冷量需求的变化;压缩机加载顺序等。


3、缓冲水箱如何设计?


计算公式是基于整个水回路包括缓冲水箱内的冷热水是充分混合、热交换的。但实际情况是,尤其缓冲水箱内的冷热水不能达到100%混合和热交换,即部分水没有参与换热。因此实际的体积要比理论公式计算到的大。为了使得理论计算值更接近实际值,要在缓冲水箱的内部增加隔板,以使得客户端进入水箱的热水能够和水箱内的冷水充分的混合,尽可能少的出现冷热水分层流。但隔板会增加水系统压降损失,因此需要在换热效果和压损之间取得平衡。以下列出推荐的内部结构概念。见图3a,3b。

缓冲水箱设计

缓冲水箱体积计算

缓冲水箱的外形结构设计比较灵活。如果是配置在机组内,可根据机组的空间结构布置情况,综合考虑空间尺寸大小,制造成本,安装方便等因素,设计成大圆筒形,圆管拼接成回字形,方管拼接成回字形,两个圆筒并排等等。在水箱的最高点要安装排气阀;最低点安装排水阀;选择合适的防冻保护装置。


4、结论


以上就是菱坤水箱刚刚为大家整理的文章,缓冲水箱大小怎么选?缓冲水箱如何设计?为冷水机组冷冻水系统缓冲水箱容积计算和设计提供了一种较为精确的方法。它是在遵守能量平衡原理的前提下,确定了机组的应用条件是工业工艺处理,或生活舒适之后展开的,考虑了压缩机时间,单个压缩机的温差,控制死区以及压缩机最大级冷量。如果是系列化的产品,缓冲水箱的体积需要在整个系列机组范围内进行合理优化。一般优化后的值会大于计算的10%~12%。


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