辐射供冷及表面结露特性及研究实验.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除辐射供冷的表面结露特性研究一、实验目的1. 对不同辐射末端、不同辐射板表面材料、不同辐射供冷供水温度和供水流量进行结露现象的实验研究，并针对实验现象进行分析；2. 针对影响结露状态的因素，提出防止结露的方法，并对其进行试验验证。二、实验方法本项目将采取理论研究与实验研究相结合，并以实验研究为主的研究方式。三、实验装置及测量1、实验房间实验房间总面积为24 m，其构造为：长宽高=4m6m3.5m。此房间是为了进行辐射供冷暖实验特定在一面积为120m的实验室中搭建的。采用彩钢板制作而成，其彩色复合夹芯板的面质材料及保温材料均为非燃材料，完全能够满足防火规范的要求，且导热系数低，具有良好的保温隔热效果。实验房间内部结构如图1所示。 图1 实验房间内部结构图窗户结构为北面的空腹双层玻璃钢窗，窗墙比为28.5%。辐射面的冷媒水管采用外径为7mm的聚乙烯管，造价低并且不容易腐蚀，管间距为75mm；其中地板层结构见图2。图2 地板构造示意图辐射房间有四块辐射板，分别布置在地面、屋顶以及两面墙壁上，四块辐射板共用一套分集水器，可以实现独立和联合运行，四块辐射板可任意配合实验。分集水器构造见图3。图3分集水器另外，实验室内设有风机盘管系统，可以根据实验需要选择风机盘管单独运行、辐射供冷单独运行，或者风机盘管与辐射供冷系统同时运行联合供冷。图4表示实验室中的风机盘管。图4风机盘管实验所用的冷水机组由海信变频空调KFR-35W改造而成，主要由分体热泵型变频房间空调器的室外机，阿法拉代液液板式换热器，电脑控制箱和水泵组装而成，由于采用了变频压缩机，本机组可以制出温度较恒定的冷水，具体构造如图5。图5冷水机组的组装图2实验参数测量系统1.温度测量温度参数是本实验测量的重点和难点，空气干、湿球温度均用K型热电偶测量，其中空气的湿球温度用润湿的纱布包裹热电偶进行测量，测量方法示意图如图6所示。空气的干球温度的测量跟湿球温度测量相似，只是没有湿润纱布裹起来，直接置于空气中。 热电偶测量的温度的电压信号通过智能巡检仪采集显示，如图7。图6 空气湿球温度测试示意图 图7 实验数据记录2.流量测量冷水的质量流量通过玻璃转子流量计测量。利用玻璃转子流量计测出冷水的体积流量，量程为250-2500L/h，精度为10L/h。3测点的布置在地板、顶板表面布置六个热电偶，南墙壁表面布置四个热电偶，分别测量板面的表面温度；在距离地面01m、11m、17m、2.4m、3.4m不同高度分别布置六个测点，测量实验室内空气温湿度的分布；另外，在地板盘管的进出口管道分别布置测点测量进出口水温。图8和9分别表示实验中测点布置示意图和实际图。图8 测点布置示意图图9测点的布置四、实验分析及结论1.单独运行地板辐射空调系统辐射板结露现象分析单独开启辐射供冷空调系统时，在启动阶段，辐射板里的水管里的冷媒首先将辐射板温度降低，辐射板表面通过辐射换热和自然对流换热的形式带走室内空气的热量。单开辐射供冷系统在运行初期实验室内辐射板结露现象如下表所示。表1 初始运行阶段的地板表面温度与室内露点温度表 上图表示了单独辐射供冷空调系统在运行初期4小时内的地板表面温度和距地面0.1m处空气露点温度。观察实验现象，在系统运行约1.8小时左右，辐射板面开始结露，结露初期辐射板面上有轻微雾气，而后辐射板面温度一直低于其附近空气露点温度，结露现象逐渐严重，具体表现为：轻微雾气变明显-形成轻微水珠-形成较大水滴。并且实验过程中发现，在地板表面温度和距地面0.1m处空气露点温度相等的时刻，辐射板面上并没有发现结露现象，而是在两者相差0.5左右的时候才出现轻微雾气，证明了理论分析结果，即当辐射板温度等于空气露点温度时，并不立即发生结露现象，一定的壁面过冷度是凝结发生的前提条件。由于冷媒管管所在的换热层的换热延迟，实验房间空气温度近3个小时后才达到设计值。由实验数据可知，系统运行前距离地面0.1m处的空气含湿量与4小时后基本没有差别，说明了冷水不能完全排除室内产生的逐时湿负荷，单独的辐射供冷空调系统基本没有除湿效果。单独运行辐射供冷空调系统，特别是在系统刚启动阶段，房间内空气的温度和含湿量较高，露点温度相应也较高，并且，辐射板表面的温度下降的速度比室内空气的降温速度快，辐射板面很容易出现结露现象。由上图及上述分析，由于实验室内没有除湿设备，随着辐射供冷系统运行时间的增加，那么结露情况会持续并且可能会更加严重。下表给出系统运行中后期地板表面温度及其附近空气露点温度。系统运行稳定后，辐射板表面与其他围护结构内表面辐射换热以及与空气间的对流换热基本达到平衡，地板表面温度波动较小，维持在21左右，实验房间内空气温度在25-26左右。由于0.1m处空气露点温度始终高于辐射板温度，结露现象一直存在，并且地板上有大面积积水现象。房间内相对湿度过高，人在其中有以闷的感觉、不舒适感。因此，当室内负荷较大时，若单独使用辐射供冷空调系统，系统运行时很容易出现结露现象，特别是在比较潮湿的地区，使用时应当设置除湿设备对空气进行除湿。2.地板辐射空调系统+风盘系统辐射板结露现象单独应用辐射空调系统时，室内无除湿设备，相对湿度过高，容易出现结露现象。而且由于辐射板的换热能力的限制及换热层的换热迟滞，可能导致房间内温度达不到舒适度要求。考虑将辐射供冷+风盘系统联合应用，在启动辐射供冷系统前首先对室内空气进行除湿。首先设定冷水机组的出水温度为7，送入风机盘管对房间进行预除湿，进行多次实验，至少对实验房间进行除湿1.5个小时，在供冷的整个过程中辐射板上不会有水雾出现。上图给出了辐射供冷+风盘系统联合运用时辐射板面温度及其附近空气露点温度变化情况。风机盘管冷却除湿结束后，房间的露点温度被降到18以下，与辐射板表面温差有7。开启辐射供冷系统后，该温差逐渐减小，但均在1.3以上，在整个实验过程中，未有结露现象出现。另外，因为风机盘管本身具有供冷降温能力，在刚运行阶段室温有明显的下降，在1个小时之内室内温度就已经降到26。（1）不同供冷温度下结露现象通过分析讨论辐射板换热机理和辐射供冷传热过程，辐射板表面温度是决定是否结露的关键因素，表面温度越低，壁面过冷度增大，就越容易发生结露现象。理论研究结果表明，提供不同的供水温度、供水流量、辐射板面材料等都会得到不同的辐射面温度，从而影响是否将发生结露现象或者结露的程度。由于实验主要是要得出不同的供水温度下，辐射板面的温度的变化及对结露的影响，实验时开启辐射供冷系统，在室外温湿度基本相同的气候条件下，对几组不同的供水温度进行多次实验。 上图反映了不同的供冷温度下辐射板温度的变化情况。由图可以看出，地板温度随着供水温度的提高而增加；供水温度12.5时，不到2个小时地板温度达到稳定，基本不再变化，供水温度18时，则需要近3个小时。说明供水温度越高，辐射板温度下降速度越慢，达到稳定所需的时间就越长。下面给出不同的供水温度下的辐射板结露情况及实验室内空气温度的变化。供水温度为12时室内空气温度及辐射板结露情况供水温度为14时室内空气温度及辐射板结露情况供水温度为18时室内空气温度及辐射板结露情况供水温度为12时，在不到1小时时间内辐射板上开始出现雾气，随后由于辐射板温度一直低于其附近空气露点温度，结露现象一直存在并且愈加严重；供水温度为14时，虽然较供水温度为12时结露时间有所推迟，并且程度有缓解，但辐射板温度与露点温度有较大差值，存在结露现象；供水温度为18时，辐射板温度在22以上，露点温度保持在辐射板表面温度以下，在系统运行期间辐射板保持不结露状态。所以，在满足辐射供冷能力前提下，提高供水温度，可防止结露现象的发生。另外，实验过程中，虽然当供水温度为18时，辐射板温度大于22，地板表面未出现结露现象，但房间内温度一直较高，有闷热感，这是由于供水温度较高，不能完全消除房间内冷负荷，温度不能到达至舒适范围之内。（2）不同供冷流量下结露现象供冷流量也是影响辐射板温度高低的一个重要因素，在室外温湿度基本相同的气候条件下，对几组不同的供水流量进行多次结露状态实验。上图反映了不同的供冷流量下辐射板温度的变化情况。由图可以看出，地板温度随着供水流量的增加而降低：随着流量的增大，冷媒水供应的冷量相应增加，致使地板温度降低。稳定后，辐射板温度从22.7下降到20附近。下面给出不同的供水流量下的辐射板结露情况及实验室内空气温度的变化。供水流量为0.06kg/s时室内空气温度及辐射板结露情况供水流量为0.09kg/s时室内空气温度及辐射板结露情况供水流量为0.13kg/s时室内空气温度及辐射板结露情况供水流量为0.06kg/s时，实验房间内空气温度维持在27左右，在系统运行前4个小时过程中，辐射板温度一直比其附近空气露点温度要高，没有出现结露现象；供水流量为0.09kg/s时，在运行相同的时间内，室内空气温度较供水流量为0.06kg/s时低，但由于供水流量比较低，在2个半小时后，地板温度低于露点温度，开始出现结露现象；供水流量为0.13kg/s时，虽然空气温度可以满足要求，但是开启系统后很快就开始结露，并且凝露情况一直存在，程度严重。所以，供水温度一定时，随着供水流量的增大，室内温度和地板表面温度下降，增加结露的几率，在不影响供冷系统消除室内负荷前提下，降低供水温度可防止结露。（3）不同板面材料结露现象不同辐射板面材料其导热系数不同，相同条件下，由于导热系数的不同，系统供应的冷量通过传热层传至地板表面，其表面温度会不同，结露情况将有很大差别。为观察讨论射板面材料对结露状况的影响，在同一实验室铺设两种地板材料：实验室原有的木板地板和为实验需要之后铺上的瓷砖地面。此图表示地面材料分别为木板和瓷砖时辐射板温度及其结露情况。实验中由于只开启辐射供冷系统，