一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)房間動態(tài)熱力參數(shù)的仿真和節(jié)能

一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)房間動態(tài)熱力參數(shù)的仿真研究和節(jié)能分析摘要：針對一個空調(diào)房間為研究對象，利用熱動力特性,建立動態(tài)數(shù)學(xué)模型,求解得到空調(diào)房間采用一次回風(fēng)后瞬態(tài)熱力學(xué)參數(shù)變化關(guān)系.并比較房間內(nèi)在無內(nèi)熱源、有恒定內(nèi)熱源、變內(nèi)熱源和一次回風(fēng)有、無能量損失的狀況下溫度隨時間的變化規(guī)律.結(jié)果表明，空調(diào)房間設(shè)有一次性回風(fēng)系統(tǒng)，室內(nèi)溫度比無回風(fēng)時更容易達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，回風(fēng)量越大，達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)所需的時間越短.從而達(dá)到節(jié)能的目的。研究結(jié)果為進(jìn)一步空調(diào)房間的空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量自動調(diào)節(jié)和建筑節(jié)能研究提供了前提和依據(jù)。關(guān)鍵字：動態(tài)特性空調(diào)房間節(jié)能模擬1前言空調(diào)的耗能量占國民經(jīng)濟(jì)的比例是可觀的，節(jié)約能源勢在必行。傳統(tǒng)的空調(diào)設(shè)計方法,計算選用設(shè)備時往往取安全系數(shù)較大;一些已投入使用的高檔建筑，絕大部分時間內(nèi)設(shè)備處于部分負(fù)荷的低效率高能耗運(yùn)行狀態(tài)。因此，許多研究者在預(yù)測和分析空調(diào)耗能系統(tǒng)動態(tài)特性（負(fù)載）和供能裝置的匹配方面做了大量工作。本文從熱動力學(xué)角度出發(fā)，建立帶有一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的房間的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，從理論上對一次性回風(fēng)系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)特性進(jìn)行模擬、預(yù)測和分析。2數(shù)學(xué)模型建立選取空調(diào)房間為對象，以墻壁內(nèi)壁面作為控制容積。在下面假設(shè)下建立數(shù)學(xué)模型：(1)空氣看作理想氣體；（2）房間地面五個墻壁使用相同材料，地面鋪設(shè)隔熱較好的建材;（3）僅考慮室內(nèi)氣體熱容變化，不考慮建筑材料的熱容變化；（4）無輻射傳熱。2.1一次回風(fēng)過程無能量損失后房間溫度動態(tài)模型：2.2一次回風(fēng)過程中有能量損失后房間溫度動態(tài)模型：2.3室外溫度回歸表達(dá)式：3結(jié)果和討論將上述方程組聯(lián)立求解，輸入初始值，可以得到模擬和預(yù)測的結(jié)果。3.1送室外新風(fēng)并內(nèi)置變熱源：圖2送室外新風(fēng)并內(nèi)置變內(nèi)熱源室內(nèi)溫度模擬結(jié)果顯示，以恒定的內(nèi)熱源加熱時，在室外條件的影響下，使室內(nèi)的的溫度波動較大。因此，該研究中（如圖2所示），選取不同的變內(nèi)熱源，對室內(nèi)溫度有著實質(zhì)性影響。6在0-12小時內(nèi)供熱量按正弦曲線逐增，溫度上升明顯；在12-24小時內(nèi)供熱量按某一曲線逐減，而且在17-24小時內(nèi)和T2的雙重影響使室內(nèi)溫度近似直線下降到最低點，整個加熱過程最大近似4K，波動較大。在遞增內(nèi)熱源周期，如7、8、9、10系列，曲線較平坦，分析后取10加熱較為合理。但是10在18點過后下降而引起明顯降溫，說明在18點過后應(yīng)繼續(xù)按遞增曲線方式供熱，11符合實際要求。因此，根據(jù)室外溫度變化而動態(tài)地改變供熱量，既可使趨于平穩(wěn)，又可節(jié)能。3.2房間供熱送風(fēng)并設(shè)有一次性回風(fēng)系統(tǒng)，回風(fēng)無能量損失：在送恒定量空調(diào)風(fēng)的基礎(chǔ)上，建立一次回風(fēng)系統(tǒng)，并在此過程中不考慮回風(fēng)與室外空氣發(fā)生熱交換，即回風(fēng)無能量損失。圖3送空調(diào)風(fēng)并設(shè)有一次性回風(fēng)系統(tǒng)，回風(fēng)無能量損失室內(nèi)溫度圖3中，空調(diào)房間建立一次回風(fēng)系統(tǒng)，比較無回風(fēng)、有回風(fēng)以及加大回風(fēng)時相應(yīng)的0、1、2、3可發(fā)現(xiàn)，越增加回風(fēng)量，室內(nèi)溫度越容易達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，且平均溫度有所上升。在20點左右，1，2，3三線趨向于同一溫度并保持以后時段溫度不變，故回風(fēng)量越大，越容易達(dá)到平穩(wěn)時刻。3.3房間供熱送風(fēng)并設(shè)有一次性回風(fēng)系統(tǒng)，回風(fēng)有能量損失圖4送空調(diào)風(fēng)并設(shè)有一次性回風(fēng)系統(tǒng)，回風(fēng)有能量損失室內(nèi)溫度在一次回風(fēng)中，所回之風(fēng)與室外空氣發(fā)生熱交換，即回風(fēng)有能量損失。圖4所示，先假設(shè)回風(fēng)溫度與的溫度差為恒定值（如、2或3），0，1，2三條曲線在6-8時分別進(jìn)入平穩(wěn)狀態(tài)，之后，三條曲線變化趨勢基本相同，彼此溫差也保持在1-2。是關(guān)于t的擬合溫度，由于溫差較小，3更快達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)。4結(jié)論：在建立的動態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，對一次回風(fēng)空調(diào)房間的熱力動態(tài)參數(shù)進(jìn)行模擬和分析，并作了節(jié)能性的討論。結(jié)果表明，由于室外溫度的影響，變內(nèi)熱源比恒內(nèi)熱源更容易調(diào)節(jié)供熱量的增加或減小，從而使室內(nèi)溫度、空氣質(zhì)量很快達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，同時也節(jié)約了能源。設(shè)有一次性回風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)房間，室內(nèi)溫度比無回風(fēng)時更容易達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，回風(fēng)量越大，達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)所需的時間越短；供熱過程中，回風(fēng)量越大，室內(nèi)溫度越高；制冷過程中，回風(fēng)量越大，室內(nèi)溫度越低，從而也達(dá)到節(jié)能的目的。符號說明:U---------內(nèi)能(J);M---------質(zhì)量(kg);Cp--------定壓比熱(J/kgK);Cv--------定容比熱(J/kgK);T----------溫度(K);t-----------時間(h);k----------換熱系數(shù)(J/m2hK);V-----------體積(m3);A----------換熱面積(m2);R-----------氣體常數(shù)；Q----------熱量(J)下標(biāo)：in-------室內(nèi)的；i-----------送風(fēng)；o----------排風(fēng)；r----------回風(fēng)；2--------室外的；n-------房間內(nèi)熱源；s-------回風(fēng)能量損失參考文獻(xiàn)[1]丁國良,張春路，制冷空調(diào)裝置仿真與優(yōu)化，北京：科學(xué)出版社,2000[2]丁麗娟，數(shù)值計算方法，北京：北京理工大學(xué)出版社,1998[3]李岱森，簡明供熱設(shè)計手冊，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1990[4]章熙民,任澤霈,梅飛鳴，