空调机组模拟分析林威

空调机组模拟分析一研究背景空气处理设备是为了满足室内热湿环境的需要，对送入室内的空气进行冷却、加热、除湿、加湿等处理的主要设备。空气处理设备的组成和运行方式决定了是否能够处理出室内需要的送风状态，从而直接影响系统所负责房间的室内热湿状况，同时空气处理过程会消耗大量的能量，因此空气处理设备的方案设计是空调系统设计过程中非常重要的一个环节，空气处理设备方案的选择直接决定了系统的运行效果和能耗。所以本题研究的目标是用尽可能少的能耗将送风状态点尽可能地处理到要求的送风状态点。具体说来这是一个最有化的问题，对于下面的目标函数：其中其中表示实际送风温度与要求送风温度的偏差，表示实际送风湿度与要求送风湿度的偏差，和分别表示它们所占的权重，即对温度和湿度的要求有多高，Q表示能耗。我们研究的目的就是通过不同的空气处理方案使得上面的目标函数值最小。在本题的研究中，将保证温度放在最优先考虑的地位，其次是保证能耗小，对于湿度，则是能处理得到就去处理，处理不到的就不管了。二表冷器模型上图就是一种最常见的带有一次回风的表冷器模型。其主要有混风段、表冷段（加热段）、加湿段和再热段等部分组成，可能还会有热回收装置和表冷器旁通。1表冷：表冷分为干工况和湿工况两种，如下图所示，1-4就是干工况表冷，其过程只降温不除湿，1-2就是湿工况表冷，其过程同时存在降温和除湿。123tw14tS2tS121表冷器主要特性方程如下：对于干、湿两种不同工况：其迭代计算的模型如下：这样就可以通过空气的入口参数和表冷器的入口水温和水量求出空气的出口参数了。2混风：混风室空气处理过程见下图，其中O点为新风点，R点为回风点，M为混风点。当混风阀连续可调时，混风点M在id图上沿着直线RO移动。混风室的其进出口关系可以描述如下： MOR1003蒸汽加湿器：如下图所示可将其看成是一个理想的等温加湿过程。12100三选用设备表冷器：JW10-4，tw1=7，w：0.23m/s 加湿器：干蒸气加湿，理想的等温加湿过程加热器：处理能力理想化四不同空气处理方案结果的比较1定新风此时新风比为0.2这个固定值，总风量为6480m3/h此时根据混风点（M）和要求送风点的相对位置在i-d图上将平面分为4个区，对于每个区有不同的处理方式，如下图所示：1区：加热加湿，可控制温湿度2区：只加热，不控制湿度3区：降温，可能湿度不满足4区：降温加湿此时计算得到的结果如下：冷负荷(KWh)热负荷(KWh)加湿负荷(KWh)总负荷(KWh)满意率46215286014590720700.516可见此时的满意率很低，分析其原因可解释如下：上图中表示了题目所给的条件参数使得出现在各个区的概率情况。我们可以发现处在2和3区的点一共有接近50%。而按照前面所说的处理方法，这些区都是指保证温度而不保证湿度的，所以处在这些区的点都是不满足要求的，这样就导致整体的满意率低。实际中的要求送风点不是一个点，而是一个区域。即ts=ts0-t,ts0+t，ds=ds0-d,ds0+d所以我们只需要将空气参数处理到这个域里面去就可以了，并不一定要出来到那个精确的点。如下图所示：若是将要求的送风状态考虑成一个域，则对于途中1区的那个点，可以按照红线所示去处理而不用按照原来黑线所示的处理过程。而对于2区的那个点，按照点的方法去考虑则是不满足要求的，而按照域的方式去处理，则能在要求范围内满足。所以取t=1， d=0.5再计算一次，比较两次的结果如下：冷负荷(KWh)热负荷(KWh)加湿负荷(KWh)总负荷(KWh)满意率点46215286014590720700.516块1425392104457450920.693可见当将送风状态点考虑成一个区域时，满意率提高了，能耗也降低了。但为了简化计算和便于比较，之后的各种方案中将送风点s统一考虑成一个点，而不是一个区域。2变新风比新风比：0.21根据新风状态点O和回风状态点R的相对位置可分为四类：对于每一类我们又可以分成不同的区进行讨论。下面以第一类为例进行说明。共有下图中所示的六种情况：154326对于不同区的处理方式如下表中的说明区处理过程1混风到ds，加热2混风到ds，降温3最小新风比下，不保证湿度4全新风，加热加湿5A 从O降温加湿B 从最小新风比下的混风点M降温加湿比较A与B的能耗，选取能耗小的6A 从O降温加湿B 混风到ts，加湿比较A与B的能耗，选取能耗小的对于其它大类下的不同区的处理过程也类似，这里就不再赘述了。计算结果并与定新风情况下的结果比较如下：冷负荷(KWh)热负荷(KWh)加湿负荷(KWh)总负荷(KWh)满意率变新风60336083614538814070.748定新风46215286014590720700.516可见与定新风相比，变新风的满意率要提高了很多，但是能耗还有所增加，特别是热负荷。这与我们想象中的变新风节能似乎有些矛盾。对于这种情况，分析其原因如下：在某些情况下，变新风以牺牲能耗来提高了满意率。SS如左图所示：对于第三大类的第1区里的点，按照定新风情况下走，处理过程为从M点加热送，湿度不满足。但按照变新风情况下走，则是先调节新风比使得混风的湿度与要求送风点的一样，然后加热送风。这时虽然温度与湿度都能满足要求，但是加热负荷却增大了。通过统计，发现处在这种状态的点还是很多的，占总数的18.3%。下图是全年逐时的新风比图：可见在冬夏季新风比都比较小，而在春秋过渡季新风比变化比较大。这与实际情况也是比较符合的。3全新风：全新风与定新风的分区和计算方法类似，可以看成是新风比为1的情况。计算得到的结果如下：冷负荷(KWh)热负荷(KWh)加湿负荷(KWh)总负荷(KWh)满意率全新风133912321841117323573070.747定新风46215286014590720700.516变新风60336083614538814070.748三者相比，全新风的能耗最大，全新风和变新风的满意率较高4全新风+再热它与无再热相比，只在第2和3区的处理方式有区别，如下图所示：无再热直接加热或降温，不保证湿度有再热A 如果机器露点低于要求送风状态点的露点，就先表冷除湿到送风状态的露点，然后加热送B 如果机器露点高于要求送风状态点的露点，说明表冷器能力达不到，此时处理到机器露点，然后加热送所以与没再热的相比，提高了满意率，但同时增加了冷负荷和再热负荷。计算结果如下：冷负荷(KWh)热负荷(KWh)加湿负荷(KWh)再热负荷(KWh)总负荷(KWh)满意率全新风1339123218411173203573070.747全新风+再热90275223393111732368174622170.997可见确实如前面所说的，满意率提高了很多，同时能耗也增加了很多。5全新风+全热回收全热回收不同于显热回收的地方在于它同时回收排风中的热量和湿量。其进出口关系可以由温度效率和湿度效率描述：这里取对于全热回收器，我们通过下面的方式为判断其是否开启的依据：分析新风点O和开启热回收器后得到的点E的相对位置关系Adods 且dEds，只考虑满足温度，不控湿度当，关当，开Bdo=ds 且dE=ds，温湿度都能控制当从O处理能耗少时，关当从E处理能耗少时，开C当do和dE一个小于ds，一个大于ds，以满足湿度为标准当dods时，关当dEds时，开这样计算得到的结果如下：冷负荷(KWh)热负荷(KWh)加湿负荷(KWh)总负荷(KWh)满意率全新风133912321841117323573070.747全新风+全热回收1274295037252921330710.747可见加全热回收可以节约大量的热负荷和加湿负荷，从而减少了总能耗，满意率也较高。6全新风+表冷器旁通：只在新风的温湿度均高于送风的温湿度时处理方式有所不同当OS连线与饱和线有交点时，设交点为g当机器露点d低于g时，调节水量处理到g，然后混风送当机器露点d高于g时，处理到d然后混合送当OS连线与饱和线没有交点时，降温处理到等温此时的计算结果如下：冷负荷(KWh)热负荷(KWh)加湿负荷(KWh)总负荷(KWh)满意率全新风133912321841117323573070.747全新风+表冷器旁通136172321841117323575340.75