《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 8-8全空气系统综合实验

全空气系统综合实验1.实验目的①通过对一次回风全空气系统的变工况调节和实测，锻炼对全空气系统的操作、调节、测试的动手实践能力，掌握一次回风系统的空气处理过程和空气处理机组的性能测试方法。②通过对全空气系统变供水温度、水流量、变新风比、变风量的多工况实验测试，了解全空气系统空气处理机组的实测性能与铭牌所示参数差别，深入了解设备、系统运行性能的影响因素及其影响机理。③通过实体实验学习，深入理解集中式空调系统的工作原理和特点，锻炼分析思考能力，小组协作能力，培养解决工程问题的能力。2.实验原理全空气系统送风量采用毕托管和微压计测量时，实测风量应按下列公式计算风量： v=2ρPd Ga=3600×F×v式中Ga——实测风量，m3v——测定断面平均风速，m/s；n——测点数，个；ρ——管道内空气的密度，Kg/m3；Pdi——管道内各测点动压，PaF——风管测定断面面积，m2。一次回风全空气系统的流程图如所示。图1一次回风全空气系统的流程图夏季处理过程如图所示：一次回风系统将室外新风（状态点W）与室内回风(状态点N）混合，混合空气（状态点C）通过表冷器进行冷凝除湿（状态点L），再通过再热段加热（状态点O），送至室内进行供冷。图2一次回风系统夏季处理过程冬季处理过程如图所示：一次回风系统将室外新风（状态点W）与室内回风(状态点N）混合，混合空气（状态点C）先绝热加湿或等温加湿（状态点L），再加热（状态点O）后送至室内进行供暖。图3一次回风系统冬季处理过程全空气系统空气处理机组新风和回风的混风温度、焓值满足以下条件： tw∙X+t hw∙X+h式中X——新风比，新风量和总送风量的比值；tw——新风的温度，℃tn——回风的温度，℃hw——新风的焓值，kJ/kg（ahn——回风的焓值，kJ/kg（a在一般民用建筑空调系统中，一次回风系统在夏天通常取消再热段，混风通过表冷器冷凝除湿后直接送至空调房间，利用管道温升提升送风温度。在冬天取消加湿环节，加热盘管直接对混风进行等湿加热。此时，全空气系统风侧供冷（热）量可按以下公式计算： Qa=Gcρ式中Qa——机组风侧供冷（热）量，Gc——混风风量，m3/hρc——混风密度，kg/m3hc——混风湿空气的焓值，kJ/kg（aho——送风口湿空气的焓值，kJ/kg（a）全空气系统承担的新风负荷和室内负荷可按以下公式进行计算： Qw=Gwρ Qn=Gnρ式中Qw——系统承担的新风负荷，Qn——系统承担的室内负荷，kWGw——新风风量，m3/hGn——回风风量，m3/hρw、ρn——室外新风、室内回风的密度，kg/mhw——新风的焓值，kJ/kg（ahn——回风的焓值，kJ/kg（aho——送风的焓值，kJ/kg（a全空气系统水侧换热量可按以下公式计算： Q0=cVρ∆式中Q0——系统水侧换热量，V——空调水平均流量，m³/h；∆t——空调进出水温差，℃；ρ——水平均密度，kg/m³；c——平均温度下水的比热容，kJ/（kg·℃）。忽略系统漏风，机组进出口风量应一致，但由于测试存在误差，其数值往往并不完全一致，可通过二者平衡率检验测试的准确性，计算公式如下： ∆1=Gw+式中Gw、Gn——新风风量和回风风量，二者之和为机组的进口风量，mGc——混风量，即机组出口的送风风量m3/h∆1——机组进出口风量平衡率，∆1不大于全空气处理机组的供冷（热）量用于承担新风负荷、室内负荷，故而新风负荷、室内负荷、供冷（热）量之间的热平衡∆2 ∆2=1-Qw式中Qa——机组风侧供冷（热）量，Qw——机组水侧供冷（热）量，kW∆2——机组风侧水侧测试换热量平衡率，∆2不大于系统风侧换热量和水侧换热量的热平衡∆3 ∆3=1-Qa式中Qa——机组风侧供冷（热）量，Q0——机组水侧供冷（热）量，kW∆3——机组风侧水侧测试换热量平衡率，∆3不大于3.实验系统及装置实验系统由冷热源系统和末端空调系统组成，本实验主要进行末端全空气系统的运行性能实验。空气处理机组通过表冷器（加热器）将新风与回风的混合空气进行制冷（制热）通过风管系统送至房间，空调冷冻水（热水）由冷热源系统送至空气处理机组表冷器（加热器）冷却（加热）新回风混合空气后，由回水管送回冷热源系统进行换热。系统平面示意图如图4所示。图4实验系统平面示意图系统设置有调节阀、测试仪表，图5所示。空气处理机组支管设有常开的调节蝶阀，设备检修时关闭，并可用于调节水流量。回水管设置电动比例积分调节阀，当通过空气处理机组控制面板启动机组时，阀门自动打开，机组停止运行时，阀门自动关闭，切断管路，此外，阀门能根据回风温度调节开度。由于设备布置在房间上部空间，为便于测试，空气处理机组回水管上均设置了热量表装置，热量表可实时监测管路供水温度、回水温度和水流量，并将信号传输至监控系统中呈现和储存。同理，为便于实验测试，全空气风系统上设置了多个风量传感装置，F1、F2、F3分别测试系统送风量、新风量和回风量。末端空调风系统上同时设置了多个温、湿度传感装置，T1、T2、T3分别系统送风空气温度和相对湿度、新风温度和相对湿度以及回风温度和相对湿度。此外，风系统预留多个手动测试孔，为实验开展手动测试、进行传感器测试值校核提供条件。图5风系统测试示意图4.实验步骤及方法本实验可开展夏季供冷和冬季供热2种实验模式。每个实验模式可进行空气处理机组变水流量、变供水温度、变新风比、变送风量的单因素或多因素变工况实验。风系统和水系统测试方法详见第5章测试内容。1）夏季供冷模式（1）实验前的准备实验前，学生提前学习实验指示书，了解实验内容，实验系统操作方法，复习本实验所涉及的专业理论知识，并应提前预习实验教材设备及系统性能测试的相关内容，掌握实验测试方法和原理。（2）启动系统和工况设定①检查系统设备通电状态是否正常，手动阀门开闭状态是否正常。②打开总电源开关。③启动自动监控系统，以便获取各传感器监测数据。④启动测试房间室温辅助系统，设定为供热模式，设定室内温度26℃（维持室内温度在26℃）。⑤通过空气处理机组控制面板，启动全空气系统，设定温度24℃（设定温度比26℃低2℃，确保空气处理机组在实验测试过程中一直为运行状态）。⑥启动冷热源系统。按启动水泵再启动冷热源机组的顺序启动冷热源系统，设定机组供水温度为7℃。⑦通过水管调节阀和风管干管调节阀进行水量和风量调节，使机组运行参数接近机组铭牌额定参数。（3）工况稳定进行工况调节后，需要系统稳定后才能进行相关参数的测试。水温、水流量、测试房间温度达到设定工况，且无大幅波动，干球温度波动不超±1℃；湿球温度波动不超±0.5℃；风量在额定工况下波动不超±10％，冷冻水温度波动不超过±0.2℃，水流量波动不超±0.2%，认为系统稳定。测量开始后不允许对机组和系统做任何调节。（4）进行实验测试①机组供水流量可从监控系统中获取回水支管流量计监测数据，每隔10min读1次数，连续测量30min，取每次读数的平均值作为测试的测定值。②机组供、回水温度可从监控系统中获取设备供回水支管温度传感器监测数据，每隔10min读1次数，连续测量30min，取每次读数的平均值作为测试的测定值。③新风、回风、送风的温度、相对湿度测试。可通过监控系统中获取其新风温湿度（T2读数）、回风温湿度（T3读数）和送风温湿度（T1读数），或通过风管预留的测试孔，使用温度湿度测试仪器测试，每隔10min读1次数，连续测量30min，取每次读数的平均值作为测试的测定值。④新风量、回风量、送风量测试。可通过监控系统中获取新风量（F2读数）、回风量（F3读数）和送风量（F1读数），或通过风管预留的测试孔，通过比托管或数字式风速计测试获得。当采用手动测试获取时，出口平面上的测点不应少于6点，且应均匀布置，以平均值作为测定值。⑤机组风机输入功率可通过电功率表进行测试，每个工况测试起始和结束记录功率数据，并记录实验时长。风机运行频率可从风机变频器显示面板中查看。⑥以上各测试参数应在同测试时间段内同步进行测试。（5）平衡校验①对实验测试数据进行处理，校核风量平衡率∆1，∆1不大于②对实验测试数据进行处理，校核热平衡率∆2、∆3，二者均不大于③若实验测试满足准确性要求，则可进行其他工况调节和测试，否则，需检查测试仪器是否存在问题，测试过程是否不规范，或者系统尚未稳定，排除问题后，再重新进行实验。（6）变工况调节①水温调节通过冷热源机组控制面板设定，机组供水温度，制冷工况供水温度调节范围宜5~12℃。②水量调节调节全空气系统回水干管调节阀，改变进入机组的水流量，供水流量调节范围宜按机组额定流量0.8~1.2倍范围进行变工况调节。③新风比调节通过调节全空气系统混风阀，改变系统新风比。④送风量调节依次关闭风管调节阀1、2、3、4，系统通过自动维持干管静压值稳定的方法调节机组送风机频率，改变总送风量。⑤根据实验设计内容，完成单一因素调节或多因素组合调节后，按步骤③④⑤进行实验。（7）关闭系统完成实验之后，按顺序关闭系统（冷热源设备——空调水泵——末端设备），再关闭测试房间温湿度控制系统和自动监控系统。记录全空气机组铭牌参数。2）夏季供热模式（1）实验前的准备实验前，学生提前学习实验指示书，了解实验内容，实验系统操作方法，复习本实验所涉及的专业理论知识，并应提前预习实验教材设备及系统性能测试的相关内容，掌握实验测试方法和原理。（2）启动系统和工况设定①检查系统设备通电状态是否正常，手动阀门开闭状态是否正常。②打开总电源开关。③启动自动监控系统，以便获取各传感器监测数据。④启动测试房间室温辅助系统，设定为供冷模式，设定室内温度18℃（维持室内温度在18℃）。⑤通过空气处理机组控制面板，启动全空气系统，设定温度20℃（设定温度比20℃低2℃，确保空气处理机组在实验测试过程中一直为运行状态）。⑥启动冷热源系统。按启动水泵再启动冷热源机组的顺序启动冷热源系统，设定机组供水温度为45℃。⑦通过水管调节阀和风管干管调节阀进行水量和风量调节，使机组运行参数接近机组铭牌额定参数。（3）工况稳定进行工况调节后，需要系统稳定后才能进行相关参数的测试。水温、水流量、测试房间温度达到设定工况，且无大幅波动，干球温度波动不超±1℃；湿球温度波动不超±0.5℃；风量在额定工况下波动不超±10％，热水温度波动不超±0.7℃，水流量波动不超±0.2%，认为系统稳定。测量开始后不允许对机组和系统做任何调节。（4）进行实验测试按“供冷实验模式”实验测试方法进行实验测试。（5）平衡校验按“供冷实验模式”平衡校验方法进行平衡校验。（6）变工况调节①水温调节通过冷热源机组控制面板设定，机组供水温度，冬季供水温度调节范围宜45-60℃。②水量调节调节全空气系统回水干管调节阀，改变进入机组的水流量，供水流量调节范围宜按机组额定流量0.8-1.2倍范围进行变工况调节。③新风比调节通过调节全空气系统混风阀，改变系统新风比。④送风量调节依次关闭风管调节阀1、2、3、4，系统通过自动维持干管静压值稳定的方法调节机组送风机频率，改变总送风量。⑤根据实验设计内容，完成单一因素调节或多因素组合调节后，按步骤（3）（4）（5）进行实验。（7）关闭系统完成实验之后，按顺序关闭系统（冷热源设备——空调水泵——末端设备），再关闭测试房间温湿度控制系统和自动监控系统。记录全空气机组铭牌参数。5.实验数据记录表1全空气机组铭牌参数参数数值供冷量/kW供热量/kW风量/(m³·h-1)水流量φ机外静压/Pa输入功率/W表2全空气系统实验数据记录表工况编号设定供水温度设定水流量新风比支管阀门开闭情况参数测试次数或点位123456新风管风速回风管风速送风风速/(m·s-1)新风温度/℃新风相对湿度/%回风温度/℃回风相对湿度/%送风温度/℃送风相对湿度/%进水温度/℃出水温度/℃水流量/(m³·h-1)风机运行频率/Hz风机功率/W其他工况实验数据记录表同REF_Ref25394\h表2全空气系统实验数据记录表。6.实验数据处理及分析1）实验数据处理表3全空气系统各工况实验数据计算表参数工况1工况2工况3工况4工况5……运行参数新风量/(m³·h-1)回风量/(m³·h-1)送风量/(m³·h-1)新风比新风焓值/(kJ·kg-1)回风焓值/(kJ·kg-1)混风焓值/(kJ·kg-1)送风焓值/(kJ·kg-1)供水温度/℃水流量/(m³·h-1)换热指标机组承担的新风冷（热）负荷/kW机组承担的室内冷（热）负荷/kW机组总的供冷（热）量/kW能耗指标风机频率/kW风机耗功率/W2）实验分析（1）绘制不同供水温度、水流量下空气处理