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加装长波高透过性薄膜的冷却顶板/置换通风系统实验与模拟

王晋生  
【摘要】:目前冷却顶板/置换通风系统有两个突出问题:冷却顶板易“结露”;冷却顶板形成的“下降气流”破坏了置换通风的流型,降低了空气品质。本文提出了解决方法:用对长波具有高透过性的薄膜包裹冷却顶板,并在冷却顶板下表面和薄膜之间保留一真空或空气夹层。因为真空或空气夹层具有较高的热阻,所以薄膜温度将明显高于冷却项板下表面温度而接近其周围室内空气温度。通常薄膜温度这样高时不会结露,而且能大大减小冷却顶板形成的下降气流。虽然薄膜温度较高,但因为薄膜的长波透过率很高,薄膜对冷却顶板和室内热源或壁面之间的辐射换热几乎没有影响,所以冷却顶板仍能保持大部分制冷能力。 提出了一种测试薄膜透过率、发射率、反射率的简易方法,并对实验用薄膜进行了测试。在一个办公室内进行了该系统的实验,证实了本文提出的解决方法的可行性。建立模拟小室对冷却顶板在无膜、加膜、加膜且在空气夹层中加网格时的工况进行了测试,建立这些工况的换热模型并进行了模拟分析,主要结论有:冷却顶板加膜时,常温冷冻水直接进入冷却顶板,顶板也不会结露;在不“结露”条件下,加膜冷却顶板的最大制冷量可以是无膜冷却顶板的2倍多,这样加膜时可以节省一半多的顶板敷设面积,明显降低建造费用。 建立模拟小室对冷却顶板/置换通风系统在无膜、加膜、加膜且在空气夹层中加网格的工况进行了测试。结果表明:在相同条件下,加膜只使冷却顶板的制冷量略有减小,但使置换通风的制冷量增加。加膜使室温升高,上部空气温度比下部升高得更明显;并发现在冷却顶板加装网格后出现定向辐射制冷现象。 建立了冷却顶板/置换通风系统在无膜、加膜时的数学模型,模型包括:区域划分、冷却顶板换热模型、气流模拟模型、辐射换热模型、壁面热平衡模型、CFD模型。对冷却顶板/置换通风系统在无膜、加膜且夹层为空气、加膜且夹层为真空三种情况下的性能进行了模拟比较。比较可知:在系统总制冷量相同的条件下,与无膜时相比,加膜后室内温度场具有明显的置换通风特点,“下降气流”明显减小;污染度平均降低70%左右,空气品质明显提高。 最后,指出空调末端设备的辐射和对流换热量之比对室内环境影响很大,是下一步研究的重要方向。


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