Influence of air parameters and characteristics of the power supply network on the performance of split-system air conditioners

Full Text

В соответствии с нормативными требованиями воздушные кондиционеры предназначены для автоматического поддержания в закрытых помещениях всех или некоторых параметров воздуха (температуры, влажности, чистоты, скорости движения) с целью обеспечения оптимальных условий, благоприятных для самочувствия людей, ведения технологических процессов, обеспечения сохранности культурных ценностей и т.д.

Работу воздушного кондиционера с тепловым насосом характеризуют:

• холодо/теплопроизводительность;
• потребляемая мощность в режиме охлаждения/нагревания;
• рабочая сила тока в режиме охлаждения/нагревания;
• воздухопроизводительность;
• разность температур воздуха на входе и выходе внутреннего блока;
• скорость воздушного потока на выходе из внутреннего блока;
• устойчивость к воздействию импульсных помех в сети электропитания;
• устойчивость к воздействию динамических изменений напряжения в сети электропитания;
• устойчивость к электростатическим разрядам;
• устойчивость работы при пониженном и повышенном напряжениях в сети электропитания;
• устойчивость работы при различных температурно-влажностных условиях воздушной среды;
• скорости изменения температуры и влажности воздуха в помещении при функционировании кондиционера.

С целью выявления влияния различных факторов на работу кондиционера специалистами ОАО “Машиностроительный завод и ГП “Внешнеторговая фирма “Энергия” выполнено комплексное тестирование образцов серийно производимых кондиционеров сплит-системы “ЭЛЕМАШ” КБ2-2.20-РС и КБ2- 3.20-РС.

 

Таблица 1

Режим работы	Наружный воздух		Воздух в помещении
	температура по сухому термометру, °C	относительная влажность, %	температура по сухому гермометру, °C	относительная влажность, %
COOL	—7...+43	40	27	46
HEAT	-7...+43	87	20	59
COOL	35	30... 95	27	4(5
HEAT	7	43...90	20	59
COOL	35	40	18...35	46
HEAT	7	87	15...27	53
COOL	35	40	27	30...85
HEAT	7	87	20	30...85

 

Испытания проводили в соответствии с нормативными требованиями международных и отечественных стандартов [1, 6], при этом было применено следующее испытательное оборудование, аттестованное службами Госстандарта РФ:

• калориметрическая камера PSY CALORIMETER фирмы SUNIL OPTRON (Южная Корея);
• климатическая камера UC8-30/80 фирмы ANGELO- ANTONY (Италия);
• измеритель электрических параметров 2533Е фирмы YOKOGAWA (Япония);
• стенд имитации электрических помех EMC-5000S фирмы NOISE LABORATORY (Япония);
• прибор имитации электростатических разрядов ESS-200AX фирмы NOISE LABORATORY (Япония);
• программируемый источник электропитания PPS-200 фирмы TIAC S1STEM (Южная Корея);
• регистратор температур М R-180 фирмы YOKOGAWA (Япония).

 

Рис. 1. Зависимость показателей кондиционеров "ЭЛЕМАШ" от температуры наружного воздуха: 1, 2 кондиционеры КБ2-2.20-РС при работе на режимах соответственно COOL и HEAT; 3, 4 — кондиционеры КБ2-3.20-РС при работе на режимах соответственно COOL и HEAT

 

В процессе исследования зависимости калориметрических и энергетических показателей кондиционера от температуры и влажности воздуха поочередно изменялись следующие параметры: температура (—20...+50 °C) и относительная влажность наружного воздуха (30-96 %); температура ( 15...35 °C) и относи тельная влажность (30-85 %) воздуха в помещении. При про ведении измерений регистрировали следующие показатели: холодо/теплопроизводительность Q( Вт), потребляемую мощность ( Вт), рабочую силу токаI (А), разность температур воздуха на входе и выходе внутреннего блока кондиционера А (°C). Перечисленные параметры были зафиксированы при работе во всех режимах, указанных в табл. 1. Результаты исследований калориметрических и энергетических характеристик кондиционера в зависимости от относительной влажности наружного воздуха, температуры и относительной влажности воздуха в помещении и температуры наружного воздуха приведены соответственно в табл. 2, 3, 4 и на рис. 1.

 

Таблица 2 

Режим работы	Относи тельная влажность наружного воздуха, %	Результаты испытаний
		Q, Вт	W, Вт	LA	Q /W, Вт/Вт	At, °C
COOL	40	2040	755	3,64	2,70	13,36
COOL	50	1940	758	3,64	2,56	12,78
COOL	70	1950	758	3,62	2,57	12,60
COOL	96	1910	759	3,69	2,52	12,55
HEAT	43	2100	740	3,60	2,84	17,73
HEAT	70	2120	740	3,60	2,86	17,69
HEAT	90	2220	765	3,70	2,90	18,52

 

Таблица 3

Режим работы	Температура воздуха в помещении, °C	Результаты испытаний
		Q, Вт	W, Вт	1,Л	Q/W, Вт/Вт	А/, °C
COOL	18	1090	717	3,50	1.52	10,49
COOL	27	2070	752	3,61	2,75	13,34
COOL	35	2500	770	3,70	3,25	13,68
HEAT	15	2310	728	3,50	3,17	20,58
HEAT	20	2220	763	3,70	2,91	19,25
HEAT	27	1960	832	4,00	2,36	18,00

  

Таблица 4

Режим работы	Относительная влажность воздуха в помещении, %	Результаты испытаний
		О, Вт	W, Вт	I,А	Q/W, Вт/Вт	A t, °C
COOL	30	1800	740	3,60	2,43	14,59
COOL	46	2070	752	3,61	2,75	13,34
COOL	85	2380	770	3,70	3,09	7,46
HEAT	30	2220	770	3,70	2,88	19,79
HEAT	59	2230	763	3,70	2,91	19,25
HEAT	85	2260	760	3,70	2,97	18,46

 

С целью выявления скорости изменения температуры и влажности воздуха в помещении, где функционировал кондиционер. был выполнен ряд тестов, при которых непрерывно регистрировали изменения температуры воздуха в помещении по сухому и влажному термометрам. В процессе исследований кондиционер поочередно работал в режимах охлаждения (COOL), нагревания (HEAT) и осушения (DRY). Результаты выполненных исследований представлены на рис. 2 и 3.

 

Рис. 2. Изменение температуры и относительной влажности воздуха в помещении объемом 50м' в процессе работы кондиционера "ЭЛЕМАШ ” при разливных режимах: а - режим COOL. Q = 3200 Вт, температура 35 °C и относительная влажность наружного воздуха 40 %, начальная температура 30, 27, 24, 21, 17 °C и начальная относительная влажность воздуха в помещении 50 %; б — режим НЕА Т, Q ~ 3400 Вт, температура 7 °C и относительная влажность наружного воздуха 85 %, начальная температура 15, 18, 21, 24, 27 ° С и начальная относительная влажность воздуха в помещении 50 %; в - режим COOL, Q 3200 Вт, температура 35 °C и относительная влажность наружного воздуха 40 %, начальная температура 27 °C и начальная относительная влажность воздуха в помещении 90, 80, 70, 60%

 

Рис. 3. Изменение относительной влажности воздуха в помещении объемом 50 MJ при работе кондиционера “ЭЛЕМАШ” в режиме DR К температура 35 °C и относительная влажность наружного воздуха 40 %, начальная температура 27 °C и начальная относительная влажность воздуха в помещении 90 %

 

Работа кондиционера во многом зависит от электрических параметров сети электропитания. Для выявления устойчивоcти работы кондиционера при нестабильном напряжении в электросети и наличии различного вида электрических помех выполнен комплекс специальных тестов. При проведении данных исследований контролировали устойчивость работы и калориметрическо-энергетические показатели кондиционера при наносекундных импульсных помехах в сети электропитания с амплитудой до 1700 В, при динамических изменениях напряжения питания (провалы до 150 В, выбросы до 264 В, перерывы до 0 В), а также при воздействии электростатических разрядов (контактные 8000 В, воздушные 15 000 В). Была также проверена устойчивость запуска и работы при понижен ном (170 В) и повышенном (265 В) напряжении в сети электропитания. Были зафиксированы положительные результаты тестирования.

Для оценки адаптированности кондиционеров “ЭЛЕМАШ" к особенностям условий их эксплуатации при различной температуре наружного воздуха проведены замеры температур раз личных частей кондиционера при работе в режимах охлаждения и нагревания в диапазоне температур наружного воздуха —30...+30 °C. Точки измерения температур показаны на рис. 4.

 

Рис. 4. Точки измерения температур: 1,2 — воздух на входе и выходе внутреннего блока кондиционера; 3, 4 — стенки соответственно жидкостной и газовой трубок; 5, 6, 7 соответственно верхняя, средняя и нижняя части теплообменника; 8 — верхняя часть компрессора; 9 — наружный воздух; 10 — поверхность термодатчика

 

Результаты испытаний представлены на рис. 5.

 

Рис. 5. Зависимости от температуры наружного воздуха в режимах COOL (а) и НЕА Т (б) следующих параметров: 1 — температуры воздуха в помещении; 2—5, 7, 8 температур, измеренных в точках, соответствующих обозначениям на рис. 4; 6 — разности температур воздуха на входе и выходе внутреннего блока теплообменника

 

По результатам комплексного тестирования кондиционеров сплит-системы “ЭЛЕМАШ" КБ2-2.20-РС и КБ2-3.20-РС можно сделать следующие выводы.

• Кондиционеры сохраняют устойчивый режим работы при отрицательной наружной температуре воздуха. Однако при этом эффективность работы снижается: при температуре наружного воздуха —15 °C холодопроизводительность уменьшается до 65 % по сравнению с паспортными данными, теплопроизводительность — до 70 %.
• При изменении относительной влажности наружного воз духа от40 до 90 % производительность кондиционера в режиме охлаждения снижается на 5 %, в режиме нагревания возрастает на 6 %.
• С ростом комнатной температуры при постоянных параметрах наружного воздуха холодопроизводительность кондиционера возрастает, а теплопроизводительность снижается.
• При повышенной относительной влажности воздуха в помещении производительность кондиционера возрастает в ре жимах COOL и HEAT.
• При функционировании кондиционера КБ2-3.20-РС в по мешен ни объемом 50 м' в режиме COOL средняя скорость снижения комнатной температуры составляет ~ 1,3 °C за 10 мин; при функционировании в режиме HEAT скорость повышения температуры воздуха в помещении равна 2,0 10 мин. В режиме COOL одновременно с охлаждением происходит и изменение влажности воздуха в помещении до значений ~ 55 %. Средняя скорость изменения относительной влажности воздуха составляет ~ 2 % за 10 мин работы.
• При функционировании кондиционера КБ2-3.2О-РС в ре жиме DRY абсолютная влажность воздуха в помещении уменьшается до значения ~ 0,01 кг/м3, относительная влажность воз духа изменяется до 55 %.
• Кондиционеры “ЭЛЕМАШ” устойчиво запускаются и работают без каких-либо отклонений от заданной программы при напряжении в электрической сети 170...260 В.
• Результаты комплексного тестирования электрономехоустойчивости кондиционеров выявили высокую степень устойчивости к импульсным помехам, динамическим изменениям сетевого напряжения и воздействию электростатических раз рядов.

About the authors

I. V. Shilenko

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

A. L. Pimkov

JSC "Mashinostroitelny Zavod"

Email: info@eco-vector.com

Ph.D. Sciences

Russian Federation

V. S. Vershinin

GPVTF Energia

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

A. B. Yanyshev

SPbGUNT

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files