葉燦滔 馬偉斌 劉金平 劉雪峰

(1.中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所∥中國(guó)科學(xué)院可再生能源與天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640;2.華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣東 廣州 510640)

潔凈空調(diào)技術(shù)也稱(chēng)潔凈室技術(shù)，是指除滿足空調(diào)房間的溫濕度常規(guī)要求外，通過(guò)工程技術(shù)方面的各種設(shè)施和嚴(yán)格管理，使室內(nèi)微粒子含量、氣流、壓力等控制在一定范圍內(nèi).該技術(shù)在世界發(fā)展已逾半個(gè)多世紀(jì)，而在我國(guó)是20 世紀(jì)60年代中期才起步，目前其代表性應(yīng)用主要是微電子工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生及食品工業(yè)等［1-9］.該系統(tǒng)具有送風(fēng)量大、送風(fēng)壓力高、空調(diào)冷負(fù)荷大、負(fù)荷因數(shù)特殊(主要為新風(fēng))等特點(diǎn)，常規(guī)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算法難以準(zhǔn)確反映動(dòng)態(tài)空調(diào)負(fù)荷，且容易造成系統(tǒng)配置的不合理，使空調(diào)能耗偏高、企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本增高［10-12］.

前蘇聯(lián)的熱工學(xué)派弗拉索爾、福金、馬欽斯基和什克洛維爾等［13-14］在長(zhǎng)期研究的基礎(chǔ)上，在20 世紀(jì)40～50年代開(kāi)發(fā)出一種諧波法，該方法是我國(guó)周期熱作用下的不穩(wěn)定傳熱計(jì)算法的基礎(chǔ)，也是后期諧波反應(yīng)法改進(jìn)算法的來(lái)源.我國(guó)于20 世紀(jì)七八十年代開(kāi)展了新計(jì)算方法的研究，并于1982年評(píng)議通過(guò)了諧波反應(yīng)法和冷負(fù)荷系數(shù)法兩種新的空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算方法.諧波反應(yīng)法假設(shè)室外氣象參數(shù)周期作用于建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)，使用三角函數(shù)逼近室外氣象條件，一般以24h 逐時(shí)室外綜合溫度表示外擾，并用傅氏展開(kāi)式將該擾量不規(guī)則周期函數(shù)分解成一組間諧波函數(shù)，計(jì)算傳入室內(nèi)的得熱量［13-17］.

裴芳等［18］對(duì)比了諧波反應(yīng)法和冷負(fù)荷系數(shù)法兩種空調(diào)冷負(fù)荷的計(jì)算方法，發(fā)現(xiàn)兩種方法對(duì)房間總冷負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果基本一致，但在圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱形成冷負(fù)荷計(jì)算上，尤其是外墻冷負(fù)荷及外窗日射得熱冷負(fù)荷兩項(xiàng)上存在較大差別.孫春華等［19］研究對(duì)比了冷負(fù)荷系數(shù)法和諧波反應(yīng)法，發(fā)現(xiàn)冷負(fù)荷系數(shù)法的峰值要比諧波反應(yīng)法大5～7 W/m2，而且冷負(fù)荷系數(shù)法算得的各地區(qū)峰值均出現(xiàn)在12 h 左右，而諧波反應(yīng)法峰值均出現(xiàn)在18～20 h 左右.諧波反應(yīng)法將外擾視為周期性變化，根據(jù)外擾先計(jì)算得熱，根據(jù)得熱計(jì)算冷負(fù)荷，物理意義明顯;冷負(fù)荷系數(shù)法采用Z 傳遞函數(shù)法，外擾可以是任意的、非周期變化的，物理意義不很明顯［20］.

諧波反應(yīng)法使用房間溫度衰減和延遲的概念計(jì)算空調(diào)冷負(fù)荷，文中采用諧波反應(yīng)法，通過(guò)建立圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱、放熱衰減與延遲計(jì)算模型，滿足全方位的動(dòng)態(tài)空調(diào)逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算要求.在滿足室內(nèi)潔凈度的前提下，研究回風(fēng)模式和圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻對(duì)建筑冷負(fù)荷的影響，提出節(jié)能優(yōu)化方案.

1 潔凈室動(dòng)態(tài)冷負(fù)荷數(shù)學(xué)模型

1.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)傳熱計(jì)算模型

1.1.1 外墻和屋面?zhèn)鳠嵊?jì)算模型

由外擾量而形成的外墻和屋面逐時(shí)換熱計(jì)算模型可描述為

式中:Q，WF為外墻或屋面計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷，kW;KWF為總傳熱系數(shù)，W/(m2·K);FWF為表面積，m2;Δt－ζ為作用時(shí)刻下通過(guò)外墻或屋面冷負(fù)荷計(jì)算溫差，K;te()為逐時(shí)外氣綜合溫度，K;td為室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，K;υ 為外氣綜合溫度波衰減倍數(shù)，無(wú)量綱;－ζ 為溫度波的作用時(shí)刻;為計(jì)算時(shí)刻;ζ 為外氣綜合溫度波延遲時(shí)間，h.

te()、υ、ζ 可分別用下列方程式描述:

式中:to()為室外逐時(shí)干球溫度，K;ε為太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)，無(wú)量綱;J()為太陽(yáng)輻射逐時(shí)強(qiáng)度，W/m2;αo為外表面對(duì)流換熱系數(shù)，(vo為逐時(shí)風(fēng)速，m/s)，W/(m2·K);Ri為第i 層材料熱阻，(m2·K)/W;Si為第i 層材料蓄熱系數(shù)，S=，其中，為材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)，c 為材料比熱，J/(kg·K)，ρ 為材料密度，kg/m3;Z 為熱流波動(dòng)周期，h;χi為第i 層材料厚度，m;ai為第i 層材料熱擴(kuò)散系數(shù)，a= /(c·ρ)，m2/h，其中，為材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K).

1.1.2 外窗傳熱計(jì)算模型

通過(guò)外窗形成的冷負(fù)荷由兩部分組成:外窗溫差傳熱冷負(fù)荷和外窗太陽(yáng)輻射冷負(fù)荷.外窗逐時(shí)換熱計(jì)算模型可通過(guò)下列方程式描述:

式中:Q，WD為外窗計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷，kW;Q，T為外窗計(jì)算時(shí)刻溫差傳熱冷負(fù)荷，kW;Q，R為外窗計(jì)算時(shí)刻太陽(yáng)輻射冷負(fù)荷，kW;WF為窗框修正系數(shù)，無(wú)量綱;KWD為外窗總傳熱系數(shù)，W/(m2·K);FWD為外窗表面積，m2;ε'為外窗吸收系數(shù)，無(wú)量綱;αi為內(nèi)表面對(duì)流換熱系數(shù)，其中，vi為室內(nèi)風(fēng)速，m/s;η 為太陽(yáng)輻射透入系數(shù)，無(wú)量綱;Wcom為窗體構(gòu)造修正系數(shù)，無(wú)量綱;Wss為遮陽(yáng)修正系數(shù)，無(wú)量綱.

1.2 新風(fēng)動(dòng)態(tài)傳熱計(jì)算模型

潔凈室新風(fēng)冷負(fù)荷主要包括以下兩方面:一是保證室內(nèi)人員衛(wèi)生要求的新鮮風(fēng)冷負(fù)荷，二是室內(nèi)局部排風(fēng)和維持室內(nèi)正壓的滲漏風(fēng)冷負(fù)荷.新風(fēng)動(dòng)態(tài)冷負(fù)荷通過(guò)下列方程式［21］描述:

式中:Q，F(xiàn)A為新風(fēng)計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷，kW;VFA為室內(nèi)設(shè)計(jì)新風(fēng)量，m3/h;ho()為室外空氣逐時(shí)比焓，J/g;hd為室內(nèi)設(shè)計(jì)空氣比焓，J/g;ρFA為室外空氣密度，kg/m3;ts()為室外空氣逐時(shí)濕球溫度，℃.

1.3 室內(nèi)傳熱計(jì)算模型

當(dāng)潔凈室鄰室存在一定的發(fā)熱量時(shí)，通過(guò)內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫差傳熱形成的計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷按下式計(jì)算:

式中:Q，sr為內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷，kW;Ksr為內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)總傳熱系數(shù)，W/(m2·K);Fsr為內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面積，m2;Δtsr為鄰室溫升，℃.

人體顯熱散熱形成的計(jì)算時(shí)刻冷購(gòu)荷按下式計(jì)算:

式中:Q，p為人體顯熱散熱計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷，kW;φ為集群系數(shù)，無(wú)量綱;np為計(jì)算時(shí)刻潔凈室內(nèi)總?cè)藬?shù)，人;qp為成年人顯熱散熱量，kW;X－T，p為－ T時(shí)刻人體顯熱散熱冷負(fù)荷系數(shù)，無(wú)量綱;－T 為人員進(jìn)入空調(diào)區(qū)時(shí)刻算起到計(jì)算時(shí)刻持續(xù)時(shí)間，h.

照明燈具散熱形成的計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷按下式計(jì)算:

式中:Q，L為照明燈具計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷，kW;nL為同時(shí)使用系數(shù)，無(wú)量綱;NL為燈具安裝功率，kW;X－T，L為－T 時(shí)刻燈具散熱冷負(fù)荷系數(shù)，無(wú)量綱.

設(shè)備顯熱散熱形成的計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷按下式計(jì)算:

式中:Q，APP為設(shè)備計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷，kW;qAPP為設(shè)備散熱顯熱量，kW;X－T，APP為－T 時(shí)刻設(shè)備散熱冷負(fù)荷系數(shù)，無(wú)量綱.

1.4 逐時(shí)冷負(fù)荷

潔凈室凈化空調(diào)系統(tǒng)總的逐時(shí)計(jì)算冷負(fù)荷按下式計(jì)算:

式中，Q 為潔凈室計(jì)算時(shí)刻冷負(fù)荷，kW.

2 空氣處理過(guò)程分析模型

2.1 潔凈室送風(fēng)量計(jì)算

潔凈室風(fēng)量包括:送風(fēng)量、回風(fēng)量、排風(fēng)量和新風(fēng)量.這些風(fēng)量主要取決于潔凈度要求和溫濕度要求.因此，潔凈室的送風(fēng)量可按下列兩項(xiàng)數(shù)值進(jìn)行比較，取其中之大者:①按塵埃負(fù)荷發(fā)塵量所確定的風(fēng)量，用以保證室內(nèi)的潔凈級(jí)別;②按熱、濕負(fù)荷所確定的風(fēng)量，用以保證室內(nèi)的溫濕度.

(1)塵埃負(fù)荷發(fā)塵量所確定的風(fēng)量按下式計(jì)算:

式中:L1為非單向流潔凈送風(fēng)量，m3/h;ψ 為不均勻系數(shù)，無(wú)量綱;G 為單位容積發(fā)塵量，個(gè)/(m3·min);N 為含塵濃度，個(gè)/L;Ns為帶高效過(guò)濾器風(fēng)口的出口濃度，個(gè)/L;V 為潔凈室容積，m3;L2為單向流潔凈送風(fēng)量，m3/h;v 為單向流的速度，m/s;A 為潔凈室面積，m2.

(2)室內(nèi)熱、濕負(fù)荷所確定的風(fēng)量按下式計(jì)算:

式中:L3為冷負(fù)荷所需送風(fēng)量，m3/h;Q 為系統(tǒng)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷，kW;hd為室內(nèi)設(shè)計(jì)空氣比焓，J/g;hv為出風(fēng)口空氣比焓，J/g;L4為濕負(fù)荷所需送風(fēng)量，m3/h;W為系統(tǒng)設(shè)計(jì)濕負(fù)荷，kg/s;dd為室內(nèi)設(shè)計(jì)空氣含濕量;dFA為新風(fēng)除濕處理后的空氣含濕量.

2.2 空氣處理過(guò)程分析

(1)一次回風(fēng)系統(tǒng)

一次回風(fēng)系統(tǒng)是指在集中處理空氣過(guò)程中，室內(nèi)回風(fēng)和室外新風(fēng)混合后經(jīng)表冷器冷卻降濕，直接送入空調(diào)房間或者加熱后再送入空調(diào)房間的系統(tǒng)形式.以夏季處理過(guò)程為例，一次回風(fēng)空氣處理過(guò)程如下:

其中，C1為新風(fēng)與一次回風(fēng)混合狀態(tài)點(diǎn)，L1為混合空氣冷卻除濕后的狀態(tài)點(diǎn)，O1為已除濕空氣再熱后的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn).

(2)二次回風(fēng)系統(tǒng)

二次回風(fēng)系統(tǒng)采用在表冷器后與回風(fēng)再混合一次的辦法來(lái)代替再熱以節(jié)約熱量與冷量.以夏季處理過(guò)程為例，二次回風(fēng)空氣處理過(guò)程如下:

其中，C2為新風(fēng)與一次回風(fēng)混合狀態(tài)點(diǎn)，L2為混合空氣冷卻除濕后的狀態(tài)點(diǎn)，O2為除濕空氣與二次回風(fēng)混合的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn).

(3)獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)

獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)系統(tǒng)總濕負(fù)荷的風(fēng)量為新風(fēng)量，與二次回風(fēng)系統(tǒng)相比，小于二次回風(fēng)系統(tǒng)的露點(diǎn)風(fēng)量(新風(fēng)量+一次回風(fēng)量)，新風(fēng)必須被處理得更加干燥以帶走室內(nèi)濕負(fù)荷，該系統(tǒng)的機(jī)器露點(diǎn)低于二次回風(fēng)系統(tǒng)的機(jī)器露點(diǎn)，需要冷源提供溫度更低的冷凍水.以夏季處理過(guò)程為例，濕度優(yōu)先控制系統(tǒng)空氣處理過(guò)程如下:

其中，L3為新風(fēng)冷卻除濕后的狀態(tài)點(diǎn)，O'為已除濕空氣與一次回風(fēng)混合狀態(tài)點(diǎn)，O3為混合空氣干濕冷卻后的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn).

由焓濕圖(圖1)可以看出，新風(fēng)獨(dú)立承擔(dān)全部濕負(fù)荷的濕度優(yōu)先控制系統(tǒng)在夏季也無(wú)再熱，是一種節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng).

圖1 空氣處理過(guò)程示意圖Fig.1 Schematic diagram of air handling progress

3 冷、濕負(fù)荷及空調(diào)系統(tǒng)能耗分析

3.1 研究對(duì)象

研究對(duì)象為廣州市某潔凈室，潔凈空調(diào)區(qū)域面積83 m2，層高約2.8 m，位于建筑物的第2 層，潔凈等級(jí)為100000 級(jí).潔凈室分為2 個(gè)區(qū)域，其溫濕度要求、燈光照明、設(shè)備及人員安排如表1 所示.

表1 潔凈室環(huán)境設(shè)置Table 1 Clean room environment settings

外窗分別朝北和東，外墻體為磚混結(jié)構(gòu)，外墻表面有淺色飾面磚，外窗為單層鋼塑玻璃，屋頂作保溫處理，周邊無(wú)高大建筑遮擋，其平面尺寸如圖2 所示，虛線框內(nèi)為潔凈室的區(qū)域.

圖2 潔凈室平面規(guī)劃(單位:mm)Fig.2 Plane arrangement of clean room (Unit:mm)

3.2 冷、濕負(fù)荷分析

根據(jù)式(16)中的非單向流形式，計(jì)算該潔凈室風(fēng)量，結(jié)果如表2 所示.

表2 風(fēng)量計(jì)算結(jié)果Table 2 Calculation results of air flow

針對(duì)南方地區(qū)氣候特征，全年空調(diào)負(fù)荷最高峰出現(xiàn)在夏季空調(diào)工況.根據(jù)諧波反應(yīng)法，熱流波動(dòng)周期Z 取24 h，分別計(jì)算潔凈室逐時(shí)冷、濕負(fù)荷，其結(jié)果如圖3 所示，冷負(fù)荷比例如圖4 所示.

逐時(shí)冷、濕負(fù)荷計(jì)算結(jié)果表明:夏季冷、濕負(fù)荷峰值出現(xiàn)在17:00，分別為39.049kW 和21.985kg/h;兩者谷值出現(xiàn)在7:00，分別為7.181 kW 和2.314 kg/h;室內(nèi)由于熱擾的時(shí)間波動(dòng)影響，9:00 至17:00 的冷負(fù)荷變化比較平緩，其他時(shí)段的變化比較劇烈，室內(nèi)冷負(fù)荷的波動(dòng)較新風(fēng)冷負(fù)荷的要小.

冷負(fù)荷比例計(jì)算結(jié)果表明:7:00、18:00 和19:00的室內(nèi)冷負(fù)荷占總負(fù)荷的65%以上;8:00 至17:00的新風(fēng)負(fù)荷占據(jù)總負(fù)荷的52%以上，該時(shí)段占總時(shí)段的77%，在絕大部分時(shí)間段室內(nèi)熱擾對(duì)逐時(shí)冷負(fù)荷造成的波動(dòng)較小，逐時(shí)總冷負(fù)荷主要來(lái)源于當(dāng)?shù)厥彝鉄釘_的波動(dòng).

冷、濕負(fù)荷比例計(jì)算結(jié)果如圖5 所示，由圖5 可見(jiàn):單位空調(diào)面積逐時(shí)冷負(fù)荷指標(biāo)波動(dòng)范圍為219.9～470.5 W/m2，單位空調(diào)面積逐時(shí)濕負(fù)荷指標(biāo)波動(dòng)范圍為83.7～264.9 g/(h·m2).

圖3 逐時(shí)冷、濕負(fù)荷計(jì)算結(jié)果Fig.3 Calculations results of the hourly cooling and wet load

圖4 逐時(shí)冷負(fù)荷比例Fig.4 Hourly cooling load ratio

圖5 逐時(shí)冷負(fù)荷指標(biāo)Fig.5 Hourly cooling load indicators

根據(jù)以上分析結(jié)果，分別對(duì)建筑物多種外窗和外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱特征所造成的室內(nèi)冷負(fù)荷波動(dòng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和計(jì)算.其中，外窗物理結(jié)構(gòu)主要設(shè)定為4 種:無(wú)遮陽(yáng)、外遮陽(yáng)、內(nèi)遮陽(yáng)、內(nèi)外遮陽(yáng).其他預(yù)設(shè)參數(shù)為:內(nèi)遮陽(yáng)系數(shù)0.6，指定陰影面積與直射面積比例40%，墻體傳熱系數(shù)1.96 W/(m2·K);外窗傳熱系數(shù)的自變量因子取值如下(共3 項(xiàng)):1.30、3.47、5.92 W/(m2·K).通過(guò)3 項(xiàng)自變量因子和4 種窗體結(jié)構(gòu)的組合，建立諧波反應(yīng)法數(shù)學(xué)模型，計(jì)算12 種外窗的室內(nèi)逐時(shí)冷負(fù)荷，其結(jié)果如圖6 所示，圖中K1為外窗傳熱系數(shù)，W/(m2·K).

圖6 12 種外窗特征參數(shù)下的逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算結(jié)果Fig.6 Calculations results of hourly cooling load of 12 kinds of exterior windows

另外，對(duì)13 種外墻結(jié)構(gòu)及其傳熱系數(shù)進(jìn)行整理，計(jì)算不同墻體熱物理特征下的室內(nèi)冷負(fù)荷，分析其傳熱系數(shù)對(duì)室內(nèi)冷負(fù)荷的影響，其對(duì)應(yīng)傳熱系數(shù)的自變量因子取值如下(共13 項(xiàng)):2.90，2.66，2.46，2.29，1.96，1.49，1.32，1.27，1.15，0.99，0.70，0.55，0.30 W/(m2·K).通過(guò)建立諧波反應(yīng)法數(shù)學(xué)模型，計(jì)算13 種外墻結(jié)構(gòu)下的室內(nèi)逐時(shí)冷負(fù)荷，其結(jié)果如圖7 所示，圖中K2為外墻傳熱系數(shù)，W/(m2·K).

圖7 13 種外墻特征參數(shù)下的逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算結(jié)果Fig.7 Calculations results of hourly cooling load of 13 kindsof exterior walls

對(duì)象外窗主要為北窗和東窗，圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)冷負(fù)荷的影響如圖8－10 所示.

計(jì)算結(jié)果表明:內(nèi)外遮陽(yáng)的窗體結(jié)構(gòu)與無(wú)遮陽(yáng)結(jié)構(gòu)的相比，室內(nèi)逐時(shí)冷負(fù)荷下降幅度為1.7%～13.6%;外窗傳熱系數(shù)每下降10%，室內(nèi)逐時(shí)冷負(fù)荷降低幅度為0.21%～0.47%;外墻傳熱系數(shù)每下降10%，室內(nèi)逐時(shí)冷負(fù)荷降低幅度為0.5%～2.58%.

圖8 遮陽(yáng)對(duì)降低室內(nèi)逐時(shí)冷負(fù)荷的影響Fig.8 Influence of shading on the reduction of indoor hourly cooling load

圖9 外窗傳熱系數(shù)每下降10% 對(duì)室內(nèi)逐時(shí)冷負(fù)荷的影響Fig.9 Reduction of indoor hourly cooling load per 10% decline of heat transfer coefficient of exterior windows

圖10 外墻傳熱系數(shù)每下降10%對(duì)室內(nèi)逐時(shí)冷負(fù)荷的影響Fig.10 Reduction of indoor hourly cooling load per 10%decline of heat transfer coefficient of exterior walls

3.3 空調(diào)系統(tǒng)熱濕處理過(guò)程能耗對(duì)比

根據(jù)上述風(fēng)量分析及逐時(shí)冷、濕負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，分別對(duì)一次回風(fēng)系統(tǒng)、二次回風(fēng)系統(tǒng)和獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)等3 種空氣熱濕處理過(guò)程的空調(diào)需冷量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖11 所示.

圖11 熱濕處理過(guò)程機(jī)組冷量需求Fig.11 Cooling requirement of the chiller for the process of heat and moisture

定義空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能率為j 系統(tǒng)相比i 系統(tǒng)所節(jié)約的能耗的百分比，即

式中:ηj，i為j 系統(tǒng)與i 系統(tǒng)相比的節(jié)能率，%;Qc，i，為i 系統(tǒng)在 小時(shí)區(qū)間的機(jī)組供冷量，kW;Qc，j，為j系統(tǒng)在 小時(shí)區(qū)間的機(jī)組供冷量，kW;EERi，為i 系統(tǒng)在 小時(shí)區(qū)間的制冷性能系數(shù);EERj，為j 系統(tǒng)在小時(shí)區(qū)間的制冷性能系數(shù).

同一制冷機(jī)組而不同回風(fēng)形式的兩個(gè)系統(tǒng)，其制冷性能系數(shù)可視為相等，因此式(18)可簡(jiǎn)化為

與一次回風(fēng)系統(tǒng)相比，二次回風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能率、獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能率計(jì)算結(jié)果如圖12 所示.

圖12 熱濕處理過(guò)程節(jié)能率Fig.12 Energy-saving rate of the process of heat and moisture

以上計(jì)算結(jié)果表明:一次回風(fēng)系統(tǒng)需冷量最大，獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)需冷量最小，二次回風(fēng)系統(tǒng)需冷量處于前二者之間;與一次回風(fēng)系統(tǒng)機(jī)組能耗相比，二次回風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能率為12.5%～23.5%，獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能率為11.3%～38.3%.

3.4 數(shù)學(xué)模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證冷負(fù)荷計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，分別對(duì)室內(nèi)盤(pán)管風(fēng)機(jī)的冷凍水進(jìn)出口溫度和冷凍水流量進(jìn)行測(cè)試.測(cè)試儀器主要由PROCOS 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、超聲波流量計(jì)DCT7088、PC 機(jī)和熱電偶等組成，在盤(pán)管風(fēng)機(jī)冷凍水進(jìn)口、出口各布置一組熱電偶，超聲波流量計(jì)布置在離盤(pán)管風(fēng)機(jī)冷凍水出口0.5 m 的水管外壁面.室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷可按下式計(jì)算:

式中:Qn為室內(nèi)計(jì)算空調(diào)冷負(fù)荷，kW;VL為實(shí)際冷凍水流量，m3/h;t1為盤(pán)管機(jī)進(jìn)水口溫度，℃;t2為盤(pán)管機(jī)出水口溫度，℃.冷凍水供回水溫度測(cè)試結(jié)果如圖13－15 所示.

圖13 冷凍水供回水溫度測(cè)試結(jié)果Fig.13 Temperature test results of supply and return chilled water

圖15 中，Qn為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算的冷負(fù)荷，kW;Qs為諧波反應(yīng)模型計(jì)算的冷負(fù)荷，kW.

模型計(jì)算結(jié)果與數(shù)據(jù)測(cè)試計(jì)算結(jié)果對(duì)比如圖15所示，根據(jù)兩者的數(shù)據(jù)比對(duì):模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)試結(jié)果相對(duì)百分比平均誤差為10.0%，如圖16 所示，證明該數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果在合理的范圍內(nèi).

圖14 冷凍水流量實(shí)時(shí)測(cè)試結(jié)果Fig.14 Real-time test results of chilled water flow

圖15 冷負(fù)荷測(cè)試結(jié)果與模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比Fig.15 Comparison of tested cooling loads and simulated ones

圖16 百分比誤差統(tǒng)計(jì)Fig.16 Statistics of percentage error

4 結(jié)論

(1)逐時(shí)冷、濕負(fù)荷計(jì)算結(jié)果表明:夏季冷、濕負(fù)荷峰值出現(xiàn)在17:00，兩者的谷值出現(xiàn)在7:00;7:00、18:00 和19:00 的室內(nèi)冷負(fù)荷占總負(fù)荷的65%以上;8:00 至17:00 的新風(fēng)負(fù)荷占據(jù)總負(fù)荷的52%以上，該時(shí)段占總時(shí)段的77%;單位空調(diào)面積逐時(shí)冷負(fù)荷指標(biāo)范圍為219.9～470.5 W/m2，單位空調(diào)面積逐時(shí)濕負(fù)荷指標(biāo)范圍為83.7～264.9g/(h·m2).

(2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷計(jì)算結(jié)果表明:內(nèi)外遮陽(yáng)的窗體結(jié)構(gòu)與無(wú)遮陽(yáng)結(jié)構(gòu)的相比，室內(nèi)逐時(shí)冷負(fù)荷下降幅度為1.7%～13.6%;外窗傳熱系數(shù)每下降10%，室內(nèi)逐時(shí)冷負(fù)荷降低幅度為0.21%～0.47%;外墻傳熱系數(shù)每下降10%，室內(nèi)逐時(shí)冷負(fù)荷降低幅度為0.5%～2.58%.

(3)對(duì)一次回風(fēng)系統(tǒng)、二次回風(fēng)系統(tǒng)和獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)3 種空氣熱濕處理過(guò)程的空調(diào)能耗進(jìn)行計(jì)算和對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn):一次回風(fēng)系統(tǒng)需冷量最大，獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)需冷量最小，二次回風(fēng)系統(tǒng)需冷量處于前二者之間;與一次回風(fēng)系統(tǒng)機(jī)組能耗相比，二次回風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能率為12.5%～23.5%，獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能率為11.3%～38.3%.

(4)數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)試結(jié)果對(duì)比表明，前后兩者百分比平均誤差為10.0%，證明該數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果在合理的范圍內(nèi).

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