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辐射制冷与溶液除湿系统的性能分析及优化设计

涂敏  
【摘要】:相比常规的全空气空调系统,联合空调系统(应用了冷辐射板技术与溶液除湿技术)可独立处理室内热、湿负荷,具有“提高室内空气品质和舒适度、节能、环保”等优点。然而,冷辐射板空调技术与溶液除湿技术在发展过程中仍有一些问题亟待解决。这些问题包括:现有的冷辐射板结构设计不合理,导致冷辐射板系统在热湿地区应用时常出现不可控的结露现象或者制冷能力偏低;在对溶液除湿系统的研究中,系统设计以及结构参数、运行参数的优化等研究方向没有获得足够重视,而这些研究方向对于提升溶液除湿系统性能具有重要作用。针对上述出现的问题,本文展开了以下研究工作: 首先,创新冷辐射板结构。在研究冷辐射板子系统时,先总结了以往不成功的冷辐射板产品经验,创新性地提出应该削弱冷辐射板内铜管与板面之间导热但强化它们之间辐射换热和对流换热,使得冷辐射板板面温度分布均匀,不至于迅速在板面局部形成明显结露,从而为有效处理冷辐射板面结露问题提供条件。应用这一创新点,作者指导合作单位生产出此新型结构的冷辐射板产品,它具有工作时板面温度均匀,结构简单,制造成本低廉等优点,现已成功应用于香港地区的空调工程。本文还对该产品的传热效果进行了分析,并归纳出新型产品成功的原因。 在此基础上,对应用新型冷辐射板的空调系统进行了试验研究。研究内容包括:冷辐射板结露问题分析,夏季冷辐射板系统在不同运行模式下室内外众多参数的变化情况,系统运行时的室内热舒适性以及有关冷辐射板的传热量方程。 其次,在研究溶液除湿子系统时,在前人提出的系统基础上提出了一套新的溶液除湿新风系统,并对该系统进行了数学建模。依照模型,应用C++语言为该系统的两种结构编制了系统模拟程序,为研究溶液除湿系统提供了基础。在此基础上,应用热力学第一、第二定律对系统综合性能进行了分析,并对该新型系统“type A”结构与“type B”结构的综合性能进行了比较。 再次,利用统计学分析方法,以系统模拟程序为基础,对系统的结构参数和运行参数进行分析。先对影响因素(包括结构参数与运行参数)进行因子分析,筛选出重要的影响因素,进而分析影响因素之间是否存在交互作用。通过对筛选出主要影响因素做正交试验,寻找出不同实验指标下结构参数最优水平组合,以及建立对应于室外空气状态参数的运行参数最优水平组合数据表。此过程就是对影响因素的优化过程。 最后,对联合系统的性能进行初步分析,其中包括:系统的节能性、系统可控性以及其适用范围,重点在于联合系统的优化控制。联合系统的优化控制目的是以节能的方式将室内的热、湿环境调节到使人体感到舒适的状态。优化控制基于PMV指标控制送风参数(送风温度、湿度、送风风量)与冷辐射板板面温度,也就是控制冷辐射板提供冷量占系统提供总冷量的份额ω ceiling,实现室内热舒适环境和空气品质得到满足的同时空调运行能耗的最小化。论文得出了冷辐射板提供冷量占系统提供总冷量的份额ω ceiling与室内PMV指标之间的关系式,为联合系统的优化运行提供理论基础。


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