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一次回风空调系统房间动态热力参数的仿真研究和节能分析

 前言

  空调的耗能量占国民经济的比例是可观的,节约能源势在必行。传统的空调设计方法,计算选用设备时往往取安全系数较大;一些已投入使用的高档建筑,绝大部分时间内设备处于部分负荷的低效率高能耗运行状态。因此,许多研究者在预测和分析空调耗能系统动态特性(负载)和供能装置的匹配方面做了大量工作。本文从热动力学角度出发,建立带有一次回风空调系统的房间的动态数学模型,从理论上对一次性回风系统空调系统动态特性进行模拟、预测和分析。

  数学模型建立选取空调房间为对象,以墙壁内壁面作为控制容积。在下面假设下建立数学模型:

  (1)空气看作理想气体;

  (2)房间地面五个墙壁使用相同材料,地面铺设隔热较好的建材;

  (3)仅考虑室内气体热容变化, 不考虑建筑材料的热容变化;

  (4)无辐射传热。

  2、一次回风空调房间

  2.1 一次回风过程无能量损失后房间温度动态模型:

  2.2 一次回风过程中有能量损失后房间温度动态模型:

  2.3 室外温度回归表达式:

  3、结果和讨论将上述方程组联立求解, 输入初始值,可以得到模拟和预测的结果。

  3.1 送室外新风并内置变热源:

  3.2 房间供热送风并设有一次性回风系统,回风无能量损失:

  在送恒定量空调风的基础上,建立一次回风系统,并在此过程中不考虑回风与室外空气发生热交换,即回风无能量损失。

  3.3 房间供热送风并设有一次性回风系统,回风有能量损失

  4、结论

  在建立的动态数学模型基础上, 对一次回风空调房间的热力动态参数进行模拟和分析,并作了节能性的讨论。 结果表明, 由于室外温度的影响,变内热源比恒内热源更容易调节供热量的增加或减小,从而使室内温度、空气质量很快达到平稳状态,同时也节约了能源。设有一次性回风系统的空调房间,室内温度比无回风时更容易达到平稳状态,回风量越大,达到平稳状态所需的时间越短;供热过程中,回风量越大,室内温度越高;制冷过程中,回风量越大,室内温度越低,从而也达到节能的目的。

  符号说明:U——内能(J); M——质量(kg);

  Cp——定压比热(J/kgK); Cv——定容比热(J/kgK);

  T——温度(K); t——时间(h);

  k——换热系数(J/m2hK); V——体积(m3);

  A——换热面积(m2); R——气体常数;

  Q——热量(J)

  下标:

  in——室内的; i——送风;

  o——排风; r——回风;

  2——室外的; n—— 房间内热源;

  s—— 回风能量损失

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