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北京某综合楼空调工程毕业设计全套带CAD图,北京,综合楼,空调,工程,毕业设计,全套,CAD
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中海气候下的 微型热电冷联产户式空调系统汉斯-马丁 韩,徒彼 帕伽诺,斯逖法纳 茅拉,埃都 文肯 编XX大学 XXX 译 学院:能源学院 班级:建筑环境与设备工程专业032班 姓名:XXX 学号:40308075 2007.06.20地中海气候下的微型热电冷联产户式空调系统汉斯-马丁 韩a*,徒彼 帕伽诺b, 斯逖法纳 茅拉c,埃都 文肯a摘要:地中海国家呈现两个特点,对装有空调的建筑物:至少在沿海地区,冷负荷高且不断增加和相对湿度高。在这方面的贡献,我们报告了有关微型热电冷联产系统(电能+暖气+冷气) 发展, 配备了适应地中海条件、能从热电联产( CHP )的周期中获得热量使干燥剂再生的基于转子除湿系统。本文描述了先进的空气除湿处理机组的设计,该空气除湿处理机组采用了有较高蒸发温度的蒸汽压缩式制冷机和一个除湿转轮(硅胶)的高效组合。制冷机组的电流是由热电联产系统提供以及再生干燥剂的热量亦是热电联产的废热。 模拟系统已用于优化水力设计和操作策略,以减低经营成本,并最大限度地节省能源。 一些新的组件模型,例如: 为了改进除湿循环的目的,作此用途. 最后阐述了冷热电联产系统,蒸汽压缩式制冷机、先进的空气除湿处理机组以及负荷系统组成的整个系统的设计。 负荷系统是由办公室的房间内的一个与感应系统相连的空调风管和一个风机盘管的冷冻水网。关于能源利用的结果,表明与基于美国传统技术的解决方案比较节电 30%。关键词:联产 除湿冷却 潮湿气候 除湿1引言在夏季,空调建筑应用热电联产系统是有可能的。为此必须使用热电联产的余热使热驱动设备供应冷驱动。用于这一目的的应用最广泛的技术,是基于热驱动冷水机组如吸收式制冷机(例如使用双效溴化锂-水工质对)或吸附式制冷机。冷水机组是结合使用不同的技术来从空调房间处理冷负荷,如风机盘管系统,冷冻板或中央空气处理机组(AHU)。 然而,在冷冻水系统的使用时,为了处理掉潜在的负荷,不得不将空气冷却到低于露点。从而空气冷却后的温度远低于舒适的室内环境所需的温度值,因此制冷机组常工作在COP(制冷机组的性能系数)低于正常制冷时的值,相当于只能使用温度控制。可取代将空气冷却到低于露点以消除潜在负荷的方法是在一个开放的吸附制冷循环中,直接处理的通风空气,也称为除湿冷却系统. 在这一循环中用吸着组件如吸附转轮实现空气除湿。 此外,可以通过吸附除湿与直接,间接或合并(直接+间接)蒸发冷却的组合来实现降温。不过,标准除湿冷却循环,即比如安装在温带象中欧, 是不可能适合温暖和湿润的气候的条件等,如在沿海地带的地中海国家。 因此,在这种气候用吸附转子应用除湿技术需要特殊的配置。 在MITES项目框架中(适应地中海气候的室内空调微型三联供系统), 这一项目得到了欧盟,一个新型的基于吸附转子技术的开放的冷却循环构造已研制成功。 这种热驱动空气处理机组接受来自电动联产机组得驱动热,且是专门为室外空气湿度率高的气象条件设计的。一个试验性的系统已于在2003年秋安装在西西里/意大利的巴勒莫市(AMG)的燃气用户中,且这一系统在2004年实现由控制系统进行运行和操作。2 .空气除湿处理机组的配置作为该项目空气除湿处理机组不同配置的第一步是比较,以找出其中的能提供满足要求的空气环境且能耗最小化的配置。 然而,在提出和比较不同的新方案之前,为表明一般的操作原理,详细描述作为使用在温带气候中的标准除湿循环。为了调整循环的配置以适应温-湿气候的特殊需要,要做些基于这个循环的不同修改。2.1. 标准除湿冷却循环这个标准循环是就是现在应用最广泛的配备硅胶或锂氯作为吸附材料的除湿转轮。 要求所有部件都是标准件,并已在空调建筑或工厂使用了几年。使用除湿转轮的标准循环见图.1(图.1标准除湿冷却系统)以及循环中相应的空气状态见图.2(图.2 标准除湿冷却循环在湿空气T-x图上的表示)。根据这一方案, 系统代表性的用于温带; 例图.1就是基于中东(如德国)的典型的气候条件的得出的。系统中空气遵循以下流程:1-2 送风的吸附除湿; 这个过程几乎是绝热的,且空气被吸附热加热以及转轮的热源来自于再生侧; 2-3送风空气与建筑中的循环空气对流换热预冷; 3-4 蒸发冷却的送风空气经加湿器加湿到预期送风湿度; 4-5 加热盘管只用在供暖季节的预热空气;5-6 小幅度的温升由风机所致;6-7 送风温度和湿度由于内部负荷而增加;7-8 房间内的回风被蒸发冷却到接近饱和线; 8-9 回风通过高效空气-空气换热器与送风对流换热预热,例如,热回收轮;9-10 提供再生热比如通过一个热电联产系统; 10-11 水在有一定孔隙的干燥剂材料的除湿轮中被热空气吸收; 11-12排风通过回风机被吹到环境中。表1 循环设计的边界条件参数单位数值室外空气温度室外空气湿度比送风温度(到房间)送风湿度比回风温度(来自房间)回风湿度比热水温度k/kgk/kgk/kg35.025.018.09.026.011.585.03. 循环调整到适应潮湿气候为研究所有循环相同的边界条件,即温度和湿度值的室外空气, 假定送风到室内, 室内回风和再循环空气到再生吸附材料。 这些数值列于表1。以下修改的循环除了吸附转轮全部采用冷却盘管对其能效进行了研究: 使用冷却盘管的标准循环加到背后送风侧的热回收轮的后面; 一个方案如图.3以及其相应的空气状态见图. 4。吸附轮实现了预除湿(空气状态1- 2 ) ,冷却盘管控制空气达到 最终所需湿度(空气状态3-4 )。如果(使用再热器)送风温度将以舒适的温度进入房间内,即温度不低于18,需要使用再热器(空气状态4-5 )。 循环使用两个吸附轮子,其空气在一系列中间冷却盘管中工作(空气状态2-3 ) ; 一个系统如图.5以及其相应的空气状态见图.6。使用这个系统可通过吸附实现完成室外空气的除湿。为了达到预期的送风温度,使用第二个冷却盘管(空气状态5-6 )是必要的。为了给第一个吸附轮(空气状态9-10)和第二个吸附轮(空气状态11-12)提供再生热,有必要使用两个加热盘管。由于没有除湿实现了冷却空气低于露点,所需冷水温度相对较高。循环使用了两个冷却盘管, 在吸附轮前面的第一个冷却盘管用于预除湿(空气状态1-2) ,第二个控制送风温度(空气状态4-5) ; 一个系统如图.7以及其相应的空气状态见图.8。 虽然预除湿可通过冷却空气到低于露点温度实现,较高值的制冷水温是不够的,因为除湿发生在一个湿度率值高,且水汽饱和温度高的环境中。 最后为了比较用于参考的吸附循环,塑造了一个常规系统; 一个系统如图.9以及相应的空气状态见图.10。这个系统由一个传统的空气处理机组与热回收系统(空气状态1-2)组成, 在该空气处理机组中蒸发冷却的回风用来预冷的室外空气。冷却盘管保证达到应有的除湿效果(空气状态2-3)。如果(使用再热器)送风温度将以舒适的温度进入房间内,即温度不低于18,需要使用再热器(空气状态4-5 )。空气状态过程的计算已使用了在弗朗霍夫太阳能系统研究学会改进的设计工具,在那里可以研究许多不同的系统配置。电脑工具包含一个由21个部件组成的整体,其能被开启或关闭,为了获取完整的体系的新配置。所有部件标准性能数字都被是采用; 使用的除湿转轮模型已被Motta1改进了且由Motta et al.2描述。20%的部分回风用于吸附转轮再生,即只有80%的回风要加热到再生温度,并通过吸附转轮。为了比较不同循环的性能已经定义了以下的性能参数: 总冷量,Pcooling,tot被定义为室外空气与送风空气之间的焓差乘以送风空气的质量流量: Pcooling,tot=mair (hambient-hsupply) 常规冷量, Pconv指冷却盘管,比如用从压缩式制冷机来得冷冻水,供应的冷量。 制冷机的COP值,COPchiller , 是指常规蒸汽压缩式制冷机的COP,而且取决于冷水温度, Tchilled water和室外空气温度的之间差值,其界定了制冷机组的凝结状态; 为了计算典型的商场可利用的压缩式制冷机的性能系数,COPchiller,已使用FKW-134a作为制冷剂用。 吸附冷量, Pcool , sorpt ,定义为不包括冷却盘管的总冷量:Pcoolsorpt=Pcool,tot- Pconv 吸附的COP值,COPsorpt , 定义为吸附冷量部分与再生干燥剂所需热量,Preg的比值,浸渍: COPsorpt =Pcool,sorp/Pregt Pel,vent定义为换气风机的电力消耗。 这一电力消耗取决于空气处理机组的总压降, 空气处理机组由于各执行元件,不同的设计是完全不同的。 Pel,chiller是指机组的电力消耗,其定义为正常制冷量与制冷机COP值之间的比例:Pel,chiller= Pconv / COPchiller总电力消耗量,Pel,tot,是指制冷机和通风机的电量消耗总和:Pel,tot =Pel,chiller+Pel,vent;对研究系统的以上定义所有性能参数的比较结果归纳于表2。所有给出数值是指名义空气流量为1000立方米/小时,在回风空气条件 ( 26 )得出的。表2 研究系统配置的比较结果参数单位标准2个转轮2冷却盘管参照系统表示总冷量,Pcooling,tot常规冷量,PconvTchilled water吸附冷量,Pcool , sorpt再生热,Preg吸附的COP值,COPsorpt风机电能消耗,Pel,vent制冷机电能消耗,Pel,chiller总电能消耗,Pel,tot节电率kWkWkWkWkWkWkW图319.111.283.997.95.91.340.62.813.4131.8图519.112.714.94.356.415.50.410.82.923.7225.6图719.111.715.14.367.47.21.030.62.683.2834.3图919.118.88.34.000.34.705.00以下结论,可以由这样的比较得出: 在热回收轮的后面增加冷却盘管的标准循环(图.3系统)要求的最低值的常规冷量。 但是, 由于送风空气的最终控制湿度是由这一冷却盘管实现德,所以这种降温是需要在一个相当低的温度水平。 2个转轮周期(图5 ) 以及2个冷却盘管(图7 ) 两者需要较高温度的冷冻水。这意味着最终其他环境热下降如使用井水,如果可用。 2个转轮循环要求比较高的再生热量比其他吸附循环和换气的最高电力消耗都大。 最低的总电力消耗可由2个冷却循环表现出来,并减少电力消耗约34% ,相较于传统的系统(图9 )实现。最后,对于安装在巴勒莫市(AMG)的燃气用户中的系统选用2个冷却盘管配置,但是这个配置表明与标准配置相比需要较高的再生热。尽管如此,由于热电冷联产系统的废热量远较除湿系统所需的加热量高,这是没有限制的条件。4. 完整体系的设计空调除湿处理机组设计后,由热电联产机组,空气处理机组, 压缩式制冷机与建筑相关的组建组成的完整体系的设计就可实现, 基于详细的冷负荷计算结果,很显然,并非所有冷负荷都可以有空气处理机组来实现。因此风机盘管系统无外乎是由压缩式制冷机提供冷冻水来工作的。整个系统的一个方案如图.11。 图.12给出了该系统的一张照片,从途中可以看出安装在室外的空气处理机组和水力管网。夏季热电联产系统提供压缩式热泵的电力 (EHP见图.1),并为其他办公房间的设备(如电脑,人工照明,打印机等)供电。热电联产机组的废热,是用来加热再生空气除湿系统。余热可用于家庭热水的制备( DHS ),或通过余热水-气换热器( EHX)使其不排入大气环境。设计状态下整个系统的能源平衡见表3。表3 设计状态下整个系统的能源平衡参数单位数值新风空气的体积流量空气处理机组的冷却功率风机盘管机组的冷量压缩式热泵的耗电量通风机的耗电量设备耗电量总耗电量热电联产厂的废热再生热余热(+DHS)m3/hkWkWkWkWkWkWkWkWkW110012.812.05.700.663.009.3621.857.9213.93很显然,只有一小部分的热电联产机组废热,可用于空调。然而, 还应当指出,这种平衡对于设计条件下非常高的冷量是有效的。在大部分时间耗冷量相当低的,因此废热可有效利用的部分是比较高的。冬季废热直接用于风机盘管机组以及空气处理机组供暖。5. 系统模拟为了能够计算出整个系统的能量平衡,已经建立了完整体系的全年模拟模型。模拟工具的目标,也是为了探讨不同的控制策略和在将来为类似系统的设计开发工具。为此已使用了仿真平台TRNSYS (见TRNSYS 3。联有两个冷却盘管的热电联产机组和空气除湿处理机组的模拟具体的细部过程已被制定出来。已有2步式的方法被使用:在第一步已经在巴勒莫市的磁悬浮大厦二楼建筑模拟演示过。因此指出了包括每小时的负荷值,冷/热负荷值和室外空气的温度和湿度值德每年负荷档案。 基于这一负荷文件,已进行了技术体系的模拟,如图.11。为此采取了以下控制方案 (如图.7的方案): 建筑物(工作时间从上午八时至下午六时)空气处理机组的使用期间在1100立方米/小时的恒定流量(新鲜空
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