热能工程领域通用换热设备能效评定方法分析与研究文献综述

 2021-09-25 01:16:09

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1.1课题研究背景

当今世界,气候变暖,能源短缺,社会发展面临着严峻的考验。节能减排,提高能源的使用效率,减少温室气体的排放已成为我国能源发展的必然趋势。提高用能设备的能源利用率,直接减少能耗是解决这一问题的重要途径之一。其中,换热设备不仅是建筑环境设备领域,也是工业生产领域的重要能源利用设备,在能源生产与利用领域中占有重要地位,被应用于诸多行业,如化工、制冷以及我们所熟知的暖通空调系统。换热设备作为能量传递的基础设备,其传热性能的优劣对能源利用效率的高低有着重要影响。随着设备装置的大型化及高效化,换热设备也趋于大型化,并向低温差、低压力损失方向发展。为了提高装置的能源利用水平,实现节能降耗的目标,有必要对各种换热设备的能效进行性能测试和能效评定。所以如何科学定义换热设备的性能,如何建立换热设备的测试系统,确定其试验和测试方法,并且去对换热设备进行评定都显得尤为重要。

目前生产换热器的公司在换热器设计和生产技术上都有了很大的改进,但是大多数厂家并没有完整的测试试验台,而且所用试验台还采用原始的手动控制方式,操作人员根据现场显示仪表显示的反映生产过程的关键参数,凭借经验手动改变控制变量,使被控参数达到测试要求,进而完成生产过程。这种控制方法控制精度较低,调节时间过长,存在着一定的系统误差和人工误差,在一定程度上影响了待测试件的测试结果。随着现代科学技术包括计算机技术、通信技术、传感技术、现代控制理论、现代检测技术等的发展,全自动化的测试技术逐渐成熟,自动化测试技术具有高精度、实时性高、界面友好、易操作等优点,被广泛应用于实际生产及实验室研究中[1]。

1.2换热器性能检测的发展

测试技术作为换热器性能检测的重要手段,随着换热器生产工艺和科学研究的发展,也得到了相应的发展[2]。上世纪50年代以前,参数测量仪表大多采用指针式仪表。这种仪表的广泛应用主要是由于其工作原理简单,操作方便,但缺点是读数时容易引入人工误差,数据量大时计算繁琐,会给测量带来一定影响[3]。

进入60年代,我国换热器行业得到了进一步的发展,同时也开始研宄换热器的性能试验装置,但当时我国换热器产品种类少,换热器的生产技术水平与国外存在较大的差距,也没有统一的产品标准,外加上技术水平的局限性,自动测试水平低,实际的检测依赖于人工操作,由操作人员读取现场数据,手动进行工况调节,工况的调节是通过操作人员手动调节阀门等执行机构。整个实验基本依靠操作人员的经验来进行,稳定速度和控制精度受人为因素影响较大,实验操作人员的工作时间长,劳动强度大。最后试验数据的处理也需要人工来计算结果,容易出错[4]。

进入80年代,新知识新技术的广泛应用,使换热器的设计和研制有了较大较快的发展。同时检测技术也取得了相应的发展,检测设备通常采用国产的组合式仪表。但其灵活性不够,参数可设定的范围较小,而且仪表的体积较大。数据处理、试验曲线的绘制以及试验报告的撰写都是通过人工来完成。这些方法虽然能满足当时测试实验的要求,但实验时间长,工作量大。而国外已经使用计算机进行数据、分析、处理和存储。

到了90年代中后期,随着产品生产规模的扩大,容量的提高,新技术新工艺的应用,迫切需要一种方便快捷的测试装置,对新型的换热器进行性能测试。与此同时,现有的测试装置越来越不能适应现实的需要,而引进国外的测试装置成本过高。国内研究人员通过借鉴国外的先进技术,对现有的实验装置进行了改造,提高了测试装置的效率也节约了资本。现场数据的测量通过温度、压力、流量等传感器、变送器进行,然后通过A/D接口板进行数据的转换,送入计算机中,此时参数的调节也通过数字调节器完成,提高了可靠性和灵敏性,一方面,缩短了实验时间,另一方面,减轻了工作人员的劳动强度。

进入21世纪以后,高新技术的不断涌现,使计算机技术和测试技术得以逐步完善,同时测试技术与传感器技术、电子技术、应用数学及控制理论紧密联系。再加上PLC应用技术的日渐成熟,这些都极大的扩展了换热器试验装置测控系统的空间[1]。

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