9蒸发冷却与置换通风复合空调系统测试研究 .docx

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1、精品名师归纳总结蒸发冷却与置换通风复合空调系统测试研究西安工程高校 黄翔 向瑾武俊梅摘要： 本文分析了现有蒸发冷却空调系统和置换通风空调系统存在的不足,对蒸发冷却与置换通风复合系统的结合机理及优点进行了阐述。对新疆高校体育馆空调系统工程进行了现场测试，实测数据说明选用二级蒸发冷却空气处理机组处理后的送风空气达到了设计要 求，指出工作区水平方向上温度分布匀称，工作区垂直温度梯度与送风速度成反比例关 系。通过实测，建议蒸发冷却与置换通风复合空调系统应用于本类似测试建筑物时，系统送风速度范畴取 0.4 0.5 m/s。关键词： 蒸发冷却。置换通风。测试。温度梯度0 引言国家“十一五”规划提出了节能降

2、耗和污染减排的规划目标，蒸发冷却空调技术是适应这一时代背景的技术，目前，此技术在我国西北的区，特殊是新疆的区近百个工程中得到了应用 1 。然而在这些工程中，一般都采纳传统的顶部混合送风系统，此系统却存在能耗高，风道尺寸大，噪音较大的问题。近年来，随着置换通风技术在我国的不断讨论与进展，此技术已应用到了许多实际工程中，而且越来越受到设计人员和业主的高度重视。然而由于受空间、垂直温度梯度及送风速度限制，置换通风所能供应的风量和冷量较小。对于冷负荷较大的场合，一般都与辐射末端 冷却顶板或辐射的板）结合使用。笔者通过讨论 23 ，对蒸发冷却与置换通风复合空调系统进行了理论和设计方法分析。本文对新疆高校

3、体育馆工程进行了现场测试，实测数据说明选用二级蒸发冷却空气处理机组处理后的送风空气达到了设计要求，并分析了工作区垂直方向温度梯度变化情形， 以及随送风速度 送风量）的变化关系。1 蒸发冷却与置换通风1.1 蒸发冷却存在的不足蒸发冷却只能实现对空气等焓降温顺等湿降温两个冷却过程 图 1 所示），被处理空气最大降温到空气的露点温度，从而打算蒸发冷却的温降是有限的。 目前所使用的多级蒸发冷却最多为三级结构，降温接 近被处理空气的露点温度。混合通风中，当大温差送 风时，就再要增加机组处理的功能段，或连续增加间 接段，或增加除湿段，以满意要求。这样机组成本、 运行费用也随之增加。图 1 蒸发冷却处理过程

4、图1.2 置换通风存在的不足a. 送风温度高，供冷才能有限置换通风由于热力分层现象而使得室内温度场存在一明显的垂直温度分布，从舒服性考虑，这一垂直温差不应太大，以免人体产生脚凉头暖的不适感。依据ISO7730 标准，对于静坐着的活动量水平，的板上方0.1m 和 1.1m 间的垂直温差不应大于3。出于此种考虑，送风温差一般为46，送风温度一般为19 21。又由于受空间和送风速度限制，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结因此置换通风所能供应的风量和冷量也就较小。对于冷负荷较大的场合，一般都与辐射末端冷却顶板或辐射的板）结合使用，由冷却顶板负责大部分室内负荷，而置换通风负责少部分负荷。b

5、. 与机械制冷结合，能耗过大常规机械制冷的供水温度为 59，一般为 7，处理后的送风空气温度一般为 16 左右，而置换通风的送风温度为，这就使得机械制冷空调机组处理后的送风空气仍需加热升温处理，从而增加能耗。另外，机械制冷由于使用制冷压缩机，压缩机本身也是一个高能耗部件。如上所述，将蒸发冷却与置换通风相结合起来，不仅可以发挥彼此的优点，更可以相互补偿各自的不足。1.3 蒸发冷却与置换通风的结合蒸发冷却 +置换通风空调系统不同于蒸发冷却+混合通风空调系统，它适用于主要的热源和污染源是观众，此外灯光负荷也占相当比例的报告厅、影剧院等一些公共大厅建筑中，另外仍有一些高大工业厂房中。这一类建筑中，热污

6、染流形成一种自下而上的流淌， 靠近顶棚的的方空气温度及污染源浓度均高于下部区域。应用置换通风系统将蒸发冷却机组处理的全新风新奇空气直接送向观众，而在顶棚邻近设排风口将热污染空气排走，会产生良好的通风成效和节能效益。在西北的区的置换通风系统中，蒸发冷却比常规机械制冷有着明显的节能优势。常规机械制冷的冷水供水温度为5 9oC，一般为 7oC，处理的空气温度一般为16oC 左右，而置换通风系统中的送风温差不受限制4 ，因此送风温度可接近室温，这就使得机械制冷空调机组处理的空气仍需加热处理，增加了能耗。而蒸发冷却系统可以克服这点，当系统的冷 水供水温度为 18oC 左右时，无论经一级或两级蒸发冷却机组

7、处理的空气，就可以满意置换通风送风温度的要求。而在某些干燥的区，特殊在新疆的区，可直接利用自然冷源或冷却 塔来供应 18oC 左右的冷水。由此可见，置换通风系统在我国西北的区与蒸发冷却空调系统结合起来，不仅有着特殊的自然条件，而且无需再热系统，可以达到节能的成效。2 工程测试结果分析2.1 工程简况实测对象为新疆高校体育馆，该馆是一座多功能体育建筑，呈方形平面93.5m 65.3m），中间的方形竞赛大厅面积910m2 ，能容纳4200 个观众席。大厅最高点标高29.2m，大厅四周12 层布置有训练馆，乒乓球馆，器械健美馆，跆拳道馆等。观众席采纳蒸发冷却与置换通风复合空调系统，阶梯形观众席下为送

8、风静压箱，送风口为方形风口，设置在观众席阶梯的踢面上。观众席设计温度2327 ，相对湿度 80%。新风机组选用二级蒸发冷却空气处理机组，全负荷运行时，新风依次经过间接蒸发冷却段、直接蒸发冷却段后进入室内。2.2 实测手段与方法空气处理机组测试，主要测试了不同室外温度条件下，空气经蒸发冷却机组处理后的送风温度值。观众席温度场测试是在基本没有人员负荷的情形下进行的。考虑到体育馆的对称性，所以只在包含南墙的半个馆内布置了测线。每条测线上沿竖直方向布置测点以测出温度沿高度的变化，测线上各测点的相对高度位置见图 2，其余测线可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结上测点的布置与测线1 相同。送风

9、、排风温度测点分别在对应位置处布置，并通过在截面上测多点取平均的方法获得平均温度。各测试对象及测量外表见表1。图 2 测线 1 各点位置布置图表 1 测试对象及其外表对象室外干、湿球温度工作区空气温度工作区风速仪器、外表厂家通风干湿球温度计上海科荣外表有限公司0.1刻度水银温度计温湿度 /风速仪河北省红星外表厂清华同方测试结果与分析测试时间为 2007 年 7 月 12 日和 2007 年 7 月 13 日。机组处理后空气温度随室外空气温度的变化关系对所测数据进行整理，选取了7 组数据进行分析。4030/ 值度温201001234数据组567室外空气干球温度室外空气湿球温度处理后空气干球温度送

10、风口处空气干球温度2.3a.图 3 机组处理后空气温度随室外空气温度的变化关系图 3 为测出的室外空气干球温度、室外空气湿球温度、空气处理后在风机前的温度及观众席中间看台送风口处的送风温度。从图中可以看出，室外空气干球温度越高，湿球温度越小，即空气越干燥，就二级蒸发冷却机组处理的空气温降越大。经二级蒸发冷却处理后的空气干球温度比处理前的空气湿球温度低，按效率公式运算，效率超过100% ，符合二级蒸发冷却机组特性。观众席送风口处的送风温度在19 22 之间。依据置换通风的设计运算3 ，一般置换通风的送风温差为46 。本空调系统设计中，观众席人员停留区的设计温度为2328，送风口处的送风温度基本满

11、意要求，空调系统选用二级蒸发冷却机组达到了蒸发冷却与置换通风相结合空调系统的设计要求。送风机前到送风口之间的处理空气温升为4.5左右，就一般设计而言，此值偏大，说明保温措施做的仍不够好。假如将保温设施做到位，掌握温升在2左右，就机组处理后的空气温度就会高一些，所需处理空气的冷量就少一些，投资就会削减。另外，送风温度的上升，不仅降低了空气处理设备的能耗，而且仍延长了室外冷空气免费供冷的时间。b. 垂直和水平温度分布及其随送风速度送风量）的变化关系1 ） 测试位置为主席台对面的中间区域看台，红色座椅区。3 组测线分别布置在此区域的第一排 测线 2）、第三排 测线 3）、第六排 测线 4），测线距离

12、送风口0.4m，中间区域看台总落差3m 。测试时间为2007 年 7 月 12 日下午15:40 ，晴天，室外干球温度t=32.8，室外湿球温度ts=16.5。现场实测图见图4。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 4 新疆高校体育馆现场测试图1）工作区空气温度随高度和测线的变化如图 5 所示，三条测线上的温度都随高度的增加而上升。第六排测线上各高度的温度都比下两层测线上各高度的温度高。图 5 各测线上断面温度随高度的变化图6 各测线上断面风速随高度的变化2）工作区风速随高度和测线的变化如图 6 所示，三条测线上的风速都随高度的增加而降低，在某一高度风速会降低到可忽视不计。3）送

13、风速度对垂直温度分布的影响结合图 5、图 6 可以看出，送风风速对垂直温度梯度有较大的影响。风速越大，垂直温度梯度越大。由于置换通风送风方式属于非等温自由射流。对于非等温自由射流，由于射流与四周介质的密度不同，在浮力和重力不平稳条件下，射流将发生变形，即水平射出 或与水平可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结面成肯定角度射出）的射流轴将发生弯曲，其判据为阿基M 德数 A5。r可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结阿基 M 德数是一个简洁的比率，其可以表示为浮力和惯性力的比值，定义式为6 ：1）式中：为冷热空气的密度差 kg/m 3）。 g 为重力加速度 取 9.81m/s2

14、）。 L 为特点长度m）。为空气的密度 kg/m 3）。为空气流速特点 m/s）。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结实际上阿基 M 德数有多种表达形式，也可表示成温度差和浓度差等，但基本的因素表达是一样的。阿基M 德数 Ar 可简洁的懂得为，Ar 值越大，浮力的作用越起主导作用。Ar值越小，惯性力 或速度）将越起主导作用。考虑射流轴弯曲的轴心轨迹运算式可用下式5 ：2）式中各符号的意义见图 7。Ar 值大小打算射流弯曲的大小。当 yi， d0， xi 和 为定值时， Ar 值与角度 成反比。从式 1）可知，当 g， L 和 为定值， 变化很小时，出风口风速越大，就阿基 M 德数

15、A r 值越小，那么射流弯曲角度 变大，竖直 y方向的速度重量也变大，就垂直向上的风量变大。假如工作区运算冷负荷不变，依据送风风量与温差成反比例关系，就工作区温度梯度变小。从第一排测线测试结果可得出，送风风速在0.25m/s 左右，坐姿时人体头脚的温差接近 3，符合 ISO7330 标准规定的人体舒服范畴。图 7 非等温射流轨迹运算第三、第六排送风风速在0.45m/s 左右，坐姿时人体头脚的温差介于23之间。相同送风速度下，高位置测线上的垂直温度梯度越小。以上数据实在室内工作区基本没人的情况下，测试得出的，假如考虑到有实际人员负荷，就工作区温度梯度又有变大的趋势。2 ） 测试位置为主席台东南角

16、的中间区域看台，绿色座椅区。3 组测线分别布置在此区域的第一排 测线 5）、第三排 测线 6）、第六排 测线 7），测线距离送风口0.4m，第五排到第九排总落差1.6m。测试时间为2007 年 7 月 12 日下午 15:40，晴天，室外干球温度t=32.8，室外湿球温度ts=16.5。现场实测图见图8。图 8 新疆高校体育馆绿座椅看台现场测试图图9 垂直方向上温度分布1） 工作区人体热源以上水平温度分布如图 9 所示，三条测线上的温度都随高度的增加而上升。在人体坐姿时头部以上的绝对高度处，即测线5 的 2.5m 相对高度、测线6 的 1.8m 相对高度及测线7 的 1.1m 相对高度，空气温

17、度大体相等，说明人体热源以外，水平方向上空气温度分布匀称。2） 结果分析置换通风是以浮力作用为动力源而形成空气自然对流射流为主要特点的通风空调方式，不开照明系统，体育馆内的主要热源是人体，室内空气将沿着人体四周进行自然对流换热，吸热后空气自然上升。由于人员头部以上没有发热源，因此空气温度相对稳固，在同一高度温度变化几乎很小。所以，在热源以上，水平方向上空气温度分布匀称。3 结论可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结依据实测得出，空调系统方式为蒸发冷却与置换通风复合系统的体育馆，空气处理机组选用二级蒸发冷却，经处理后的送风温度达到了室内设计要求。馆内夏季温度分布具有以下特点：1） 厅内

18、温度场在人体上部水平方向分布比较匀称，竖直方向具有下低上高特点，2m以下温度梯度更加明显。2） 工作区垂直方向温度梯度与送风速度送风量）成反比例关系。测试的送风速度范畴为 0.2 1.1m/s，送风风速在0.25 m/s 左右，坐姿时人体头脚的温差接近3，符合ISO7330 标准规定的人体舒服范畴。送风风速在0.45 m/s 左右，坐姿时人体头脚的温差介于 23 之间。建议蒸发冷却与置换通风复合空调系统应用于本类似测试建筑物时，系统送风速度范畴取 0.4 0.5 m/s。参考文献1 黄翔国内外蒸发冷却空调技术讨论进展1） J 暖通空调， 2007，372 ）： 24-282 向瑾，黄翔，武俊梅. 蒸发冷却与置换通风相结合空调系统的应用分析J. 建筑节能，2007， 357）： 12-143 向瑾，黄翔，武俊梅 . 蒸发冷却与置换通风复合空调系统的设计探讨C . 西安 : 2007 全国通风学组技术沟通大会4 公共建筑节能设计标准GB50189-2005 S.北京: 中国建筑工业出版社，20055 赵荣义，范存养等空气调剂第三版） M 北京：中国建筑工业出版社. 19946 周敏置换通风的技术经济性和设计方法讨论D 西安建筑科技高校，2004可编辑资料 - - - 欢迎下载