壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,均可直接下載獲得文件，所見所得，電腦查看更方便。Q 197216396 或 11970985
文獻(xiàn)翻譯
題 目 水冷式空調(diào)機(jī)的性能特征模型
學(xué)生姓名
專業(yè)班級(jí)
學(xué) 號(hào)
院 （系）
指導(dǎo)教師(職稱)
完成時(shí)間
水冷式空調(diào)機(jī)的性能特征模擬
W.L. Lee *, Hua Chen, F.W.H. Yik
摘要
為了提高能源效率，水冷式空調(diào)系統(tǒng)（ WACS）被廣泛應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域,但在家庭中很少使用。人們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在還沒有數(shù)學(xué)模型和能量的模擬方案，用于詳細(xì)的調(diào)查和評(píng)估水冷式空調(diào)機(jī)的節(jié)能性能。為了提高水冷式空調(diào)在國(guó)內(nèi)行業(yè)的適用性，預(yù)測(cè)模型對(duì)能源性能分析的發(fā)展是必要的。本文論述的實(shí)證模型可用于研究使用水冷式空調(diào)機(jī)的運(yùn)行性能和能源消耗。該模型包括四個(gè)子模型已考慮到冷卻水系統(tǒng)的能量消耗。水冷式空調(diào)系統(tǒng)設(shè)立在環(huán)境室，以驗(yàn)證模型所得到的結(jié)果。在90 ％的額定容量時(shí)，水冷式空調(diào)系統(tǒng)的整體COP被發(fā)現(xiàn)是大于3的。用RMS比較預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，誤差在11％以內(nèi)。
關(guān)鍵詞：水冷式空調(diào)機(jī)；冷卻水系統(tǒng)；住宅樓；能耗模擬
1 引言
香港在過去二十年中，由于經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，高層住宅建筑物的能源消耗，特別是電力的使用，在急劇上升。先前對(duì)家庭能源統(tǒng)計(jì)的研究表明，從1990年到2000年，空調(diào)總耗能增加了80%，而人口增長(zhǎng)率僅為23%左右。在香港一個(gè)典型的住宅建筑內(nèi)，空調(diào)消耗占能源消耗的25%。這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)清楚的表明，采用節(jié)能措施對(duì)于減少空調(diào)的能源消耗是非常有價(jià)值的。
香港是是一個(gè)亞熱帶城市，夏天炎熱潮濕。在家庭中空調(diào)被廣泛應(yīng)用。這些空調(diào)大多是風(fēng)冷式窗口或是分割單元，這在香港和世界其他地方非常常見。鑒于空調(diào)設(shè)備輸出一個(gè)給定冷卻速率所需要的電力隨著進(jìn)入冷凝器的冷卻介質(zhì)溫度的增加而增加，在香港使用空冷機(jī)組是非常低效的，而且在夏天室外高度達(dá)到35度，也是原因之一。大多數(shù)空冷機(jī)組能達(dá)到的制冷系數(shù)（COP）比較低，在2.2到2.4之間。另外一個(gè)原因，提高空冷機(jī)組節(jié)能性能的最常見做法是把空冷機(jī)組放置在一個(gè)凹空間中，這樣的設(shè)計(jì)在香港是獨(dú)一無二的。這些空間可以滿足大多數(shù)居住著的需求。主要的一個(gè)原因是為了保證采光和自然通風(fēng)的最大化，這是有香港有關(guān)的建筑法規(guī)和業(yè)務(wù)法規(guī)規(guī)定的。然而，最有爭(zhēng)議的用途是當(dāng)空調(diào)換熱器無法進(jìn)行正常換熱時(shí)，可以保證空調(diào)散熱。根據(jù)一些研究，熱空氣射流將產(chǎn)生一個(gè)上升的空氣柱來提高環(huán)境溫度。這種效應(yīng)在上層尤為突出。
然而，它們只要用于大型商業(yè)建筑在家庭中很少使用。由于為了保證水和空氣進(jìn)入蒸發(fā)式冷卻塔來冷卻冷凝水，泵和風(fēng)機(jī)需要額外的電力，而且現(xiàn)在缺乏水冷式空調(diào)系統(tǒng)在家庭中廣泛應(yīng)用的整體效益的詳細(xì)分析。計(jì)算機(jī)模擬是研究水冷式空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行性能和能量消耗的一個(gè)非常有用的工具。參考了近年來水冷式空調(diào)系統(tǒng)在商業(yè)建筑中的應(yīng)用研究，值得注意的是，雖然性能數(shù)據(jù)和仿真工具被廣泛使用，但他們也很難用于對(duì)家庭用水冷空調(diào)系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)估。主要原因是它們?cè)诓煌闹评淞?，不同的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)，不同的容量控制中相差很大。此外，不同于中央冷水機(jī)組，至今沒有數(shù)學(xué)模型用于預(yù)測(cè)家庭用水冷冷水機(jī)組的性能和能量使用。
有兩種基本的數(shù)學(xué)模型，用于分析空調(diào)系統(tǒng)的性能。首先是一個(gè)很詳細(xì)的模型，考慮到組成單元各部件的相互作用。詳細(xì)的模型一般基于質(zhì)量和能量的平衡，并用于研究機(jī)組的動(dòng)態(tài)性能。然而，這些模型是非常復(fù)雜的，需要消耗大量的計(jì)算時(shí)間和輸入非常詳盡的能量模擬。另一種是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過代數(shù)方程把輸入和輸出直接聯(lián)系起來。代數(shù)方程由性能數(shù)據(jù)和詳盡的模型輸出推導(dǎo)出的。這樣就減少了輸入的要求以及模擬運(yùn)行的計(jì)算時(shí)間。在這項(xiàng)研究中，由于各部件的動(dòng)態(tài)信息不可用于能量分析，所以才用實(shí)證研究的方法。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷拈_發(fā)，參考了制造商的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是現(xiàn)成的但不能展現(xiàn)成一個(gè)用于定性和定量分析的表格形式。因此，由此得到的模型可用于預(yù)測(cè)在不同操作條件下的單位制冷量，冷凝器的散熱量，性能系數(shù)，水冷式空調(diào)系統(tǒng)的性能和水冷式空調(diào)機(jī)的整體耗電量。
在驗(yàn)證所得到的模型時(shí)，在水冷式空調(diào)系統(tǒng)的工作原型組成的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。該水冷式空調(diào)系統(tǒng)包括一個(gè)3.36KW的水冷式分體裝置和一個(gè)獨(dú)立的冷卻水系統(tǒng)。獨(dú)立的冷凝器系統(tǒng)包括一個(gè)自組裝的冷卻塔和一個(gè)恒定轉(zhuǎn)速的循環(huán)泵，它一對(duì)一的連接到水冷式分體裝置。在試驗(yàn)中，動(dòng)態(tài)特性對(duì)不同的負(fù)載條件作出反應(yīng)，對(duì)所得到的COP和能量消耗進(jìn)行測(cè)定和評(píng)價(jià)。此模型在成功驗(yàn)證后在未來可用于評(píng)定高層建筑采用水冷式空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性能。
2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷拈_發(fā)
在香港，典型的現(xiàn)代高層住宅樓包含大量的公寓，每一個(gè)公寓包括一至數(shù)間臥室，一個(gè)組合的客廳和餐廳，對(duì)于更大的公寓，包括獨(dú)立的客廳和餐廳及其他房間如廚房和浴室。臥室，客廳和餐廳（或組合的客廳和餐廳）通常設(shè)有獨(dú)立的窗口或獨(dú)立式空調(diào)。假定每個(gè)房間都設(shè)有獨(dú)立的水冷式空調(diào)，水冷式空調(diào)器可以是窗口式或分體式加上一個(gè)獨(dú)立的冷卻水系統(tǒng)。測(cè)試水冷式空調(diào)系統(tǒng)性能的試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶ㄋ膫€(gè)相互聯(lián)系的部分，分別是蒸發(fā)器，冷凝器，冷卻塔和能量消耗模型。能量消耗模型考慮到了包括恒定速率的循環(huán)泵和冷卻塔的獨(dú)立冷卻水系統(tǒng)的能量使用。
2.1 冷凝器模型
冷凝器模型利用能量平衡原理來確定冷凝水系統(tǒng)的散熱量和操作條件，它滿足下面的公式：
Qcond =Cpwmw（Twl-Twe） （1）
Qcond=Qevp-Wcomp （2）
R N G =（Twl-Twe）=Qevp+WcompCPWmw（3）
2.2 蒸發(fā)器模型
蒸發(fā)器通常是直接膨脹（DX）型，類似于冷凝器模型，蒸發(fā)器模型滿足下列能量平衡方程：
Qevp =ma（har-has） （4）
Qevp =mref（herl-here） （5）
下面的理性氣體方程可用于確定濕空氣的性質(zhì)：
h=1.006T+ω（2501+1.805T） （6）
ω=（2501-2.381t）ωs-1.006(T-t)2501+1.805T-4.186t（7）
由于水冷式空調(diào)各部件操作條件的動(dòng)態(tài)變化，直接用herl和here計(jì)算蒸發(fā)器的冷量（Qevp）是很困難的，因?yàn)樵谡舭l(fā)器中熱量和質(zhì)量傳遞的動(dòng)力是蒸發(fā)器和冷凝器之間的壓力差，這相應(yīng)地取決于室內(nèi)空氣溫度（Tia）和冷凝器進(jìn)水溫度（Twe）。為方便起見，Qevp假定為室內(nèi)空氣溫度（Tia）和冷凝器進(jìn)水溫度（Twe）的函數(shù)。為了提高該模型的適用性，把不同容量的同類機(jī)組安裝在一個(gè)住宅公寓內(nèi)，機(jī)組性能數(shù)據(jù)以額定條件下的分?jǐn)?shù)值為標(biāo)準(zhǔn)。因此Eq（5）可以假定為
qevp =QevpQR =a0+a1Tia+a2Twe （8）
系數(shù)a0和a1根據(jù)制造商提供的性能數(shù)據(jù)用回歸分析法求得。
2.3 冷卻塔模型
通過冷凝器的冷卻水循環(huán)由吹入冷卻塔的空氣冷卻。在冷卻塔中的傳熱包括潛熱部分和顯熱部分，根據(jù)冷卻塔模型的性能傳熱量可由下面的公式表示：
Qclt=Qcond=Cpwmw(Twl-Twe) （9）
Qclt=mclta(hcltad-hcltas) （10）
RNG = QcltCpwmw=(Twl-Twe) （11）
冷凝器進(jìn)水溫度（Twe）取決于冷卻塔的性能，通常認(rèn)為是環(huán)境濕球溫度和在施加恒定的水流量時(shí)冷卻塔的范圍（RNG）的函數(shù)。冷凝器進(jìn)水溫度可用下面的公式表示：
Twe=c0+c1toa+c2toa2+c3RNG+c4RNG2+ c5toaRNG+c6toa2RNG+c7toaRNG2+c8toa2RNG2 （12）
其中系數(shù)c0到c8由根據(jù)制造商提供的性能數(shù)據(jù)用回歸分析法求得。注意，小容量的冷卻塔不適用于商業(yè)市場(chǎng)，回歸模型是參照更大容量冷卻塔的性能數(shù)據(jù)開發(fā)的。得到的系數(shù)見表1。
表1
冷卻塔模型系數(shù)
c0 2.5264
c1 0.8566
c2 0.0028
c3 2.1849
c4 -0.0604
c5 -0.0745
c6 0.0004
c7 24.9447
c8 -0.00002
表2
水冷式空調(diào)模型系數(shù)
設(shè)備容量
2KW 2.6KW 3.36KW 5.3KW
a0 0.3491 0.2855 0.3567 0.3167
a1 -0.0076 -0.0070 -0.0071 -0.0072
a2 0.0322 0.0339 0.0318 0.0331
b0 0.3298 0.4687 0.3062 0.4061
b1 0.0206 0.0172 0.0167 0.0170
b2 0.0186 0.0105 0.0163 0.0103
wF 0.1364 0.1261 0.0947 0.1032
2.4 功耗模型
電源輸入空調(diào)機(jī)一分為二，一個(gè)是壓縮機(jī)消耗（Wcomp）另一個(gè)是循環(huán)水泵和冷卻塔風(fēng)扇消耗（WF）。這兩部分將隨瞬時(shí)冷卻一個(gè)住宅公寓所需空調(diào)數(shù)量的變化而變化。
壓縮機(jī)消耗（Wcomp）將隨室內(nèi)溫度（Tia），冷凝器進(jìn)水溫度（Twe），空調(diào)器的冷負(fù)荷（Qevp）的變化而變化。整個(gè)COP包括凝結(jié)水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)能量的使用，這可以由以下方程表示：
wcomp= WcompWR=b0+b1Tia+b2Twe（13）
COP= QevpW （14）
由于循環(huán)泵和冷卻塔風(fēng)扇通常沒有控制容量的設(shè)置，所以可以認(rèn)為當(dāng)水冷式空調(diào)的壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入功率（WF）是一直是最大的。但當(dāng)壓縮機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，輸入功率變?yōu)?，因此，當(dāng)瞬時(shí)冷卻需求量是QL時(shí)，水冷空調(diào)系統(tǒng)總的輸入功率（W）可用下式表示：
W=（wcompQLqevpQR+wF）WR （15）
wF=WFWR (16)
基于以上模型，用于水冷式空調(diào)系統(tǒng)的性能建模所需的數(shù)據(jù)已經(jīng)簡(jiǎn)化，包括：模型系數(shù)（a0到a2，b0到b2，c0到c8）；循環(huán)泵和冷卻塔風(fēng)扇的額定輸入功率（wF）；額定制冷量（QR）以及不同容量的水冷式空調(diào)的電力需求（WR）。
用回歸分析法對(duì)從廠商技術(shù)手冊(cè)獲得的性能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到模型系數(shù)。數(shù)據(jù)見表2。為了保證在同一個(gè)住宅公寓內(nèi)安裝不同容量的機(jī)組，四種空調(diào)模型已經(jīng)開發(fā)出來，每個(gè)設(shè)備的容量分別為2.0 kW, 2.6 kW, 3.36 kW和5.3 kW。流程圖如圖1所示。
圖1.水冷式空調(diào)模擬流程圖
3 水冷式空調(diào)系統(tǒng)的樣機(jī)和試驗(yàn)
3.1 樣機(jī)設(shè)計(jì)
為了驗(yàn)證水冷式空調(diào)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，水冷式空調(diào)機(jī)組樣機(jī)安裝在了實(shí)驗(yàn)室中，如圖2所示。
圖2.水冷式空調(diào)系統(tǒng)原型
水冷式空調(diào)樣機(jī)包括室內(nèi)機(jī)，室外機(jī)，冷卻塔和循環(huán)泵。額定制冷量3.36KW，額定功耗0.88KW。結(jié)構(gòu)如圖3所示。制冷劑R22被廣泛應(yīng)用。室內(nèi)機(jī)包括毛細(xì)管，銅管和鋁翅片制成的直接膨脹型蒸發(fā)器。室外機(jī)包括連接在封閉式壓縮機(jī)上的管筒式水冷冷凝器。因?yàn)樾∪萘坷鋮s塔不用于商業(yè)市場(chǎng)，所以冷卻塔是自組建的。冷卻塔和循環(huán)泵的規(guī)格見表3。
表3
獨(dú)立的冷卻水系統(tǒng)的規(guī)格
元件 規(guī)格
冷卻塔
冷卻塔風(fēng)扇 35.2W，空氣流量10.8L/min
塑料包裝尺寸 53cm × 53cm × 50cm
外形尺寸 60cm × 60cm ×125cm
循環(huán)泵 132W，水流量25L/min
壓縮機(jī)無法進(jìn)行容量調(diào)節(jié)，依照室內(nèi)空氣溫度設(shè)定值控制冷量的輸出，冷卻塔容量和輸入空調(diào)器的總功率也是用的這種控制方式。水冷式空調(diào)系統(tǒng)原型設(shè)有控制冷凝水的溫度和容量的裝置，以維持毛細(xì)管在適度的冷凝壓力下有效運(yùn)行。
3.2 實(shí)驗(yàn)裝置
該裝置的性能是在一個(gè)環(huán)保室中測(cè)試的，如圖4所示。室內(nèi)和室外裝置安置在完全隔離的房間中，一個(gè)房間模擬室外環(huán)境另一個(gè)模擬室內(nèi)環(huán)境。在室內(nèi)室，熱發(fā)生器和濕度發(fā)生器通過調(diào)整顯熱和潛熱的輸出來模擬香港典型臥室中的不
圖3.試驗(yàn)裝置
同的室內(nèi)工作條件。一套空氣處理裝置用于保持室外室的溫度和相對(duì)濕度處于理想狀態(tài)。在試驗(yàn)中房間熱負(fù)荷和室內(nèi)冷負(fù)荷見表4。
為了保持空調(diào)在低負(fù)載條件下也能工作，特將室內(nèi)溫度設(shè)置為17℃。室內(nèi)溫度和濕度發(fā)生器的輸出范圍設(shè)置成0.5KW-3KW（額定容量從15%到90%）間隔是0.5KW，而SHR的范圍是0.7-0.8，間隔是0.05。通過能耗模擬軟件HTB2和聚類分析法確定負(fù)載條件。在仿真模擬中，假定包絡(luò)線設(shè)計(jì)，電器負(fù)荷，通風(fēng)速率都遵循香港建筑環(huán)境評(píng)估法（HK-BEAM-04），室外最高溫度與2005年香港最大的濕球和干球溫度相一致。
通過閥門將冷卻水流量調(diào)節(jié)為22.6l/min，冷卻水流量的測(cè)定是通過渦輪流量計(jì)。為了測(cè)量冷量，在室內(nèi)機(jī)的返回和供應(yīng)空氣流中安裝兩對(duì)濕球和干球溫度傳感器。同樣，在冷卻塔的供應(yīng)和排氣流中也安裝兩對(duì)干球和濕球溫度傳感器，用于測(cè)定總的散熱量。通過熱風(fēng)速儀測(cè)量空氣流量。由功率表測(cè)量輸入的功率。所有的溫度計(jì)，流量計(jì)和功率傳感器與連個(gè)數(shù)據(jù)記錄器相連。主要儀器的精度見表5。
3.3 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?
對(duì)測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：
用公式（4），（6），（7）計(jì)算制冷量；公式（1）計(jì)算總散熱量；公式（14）計(jì)算COP。在驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較。由于數(shù)據(jù)非常多，所以選用最大室內(nèi)冷負(fù)荷3KW和最小室內(nèi)冷負(fù)荷0.5KW下的結(jié)果作為最具代表性的數(shù)據(jù)，見圖4-7。
圖4.室內(nèi)冷負(fù)荷是3KW時(shí)，在不同室外條件下 Qevp，Qcon，COP值。(a) Toa=35℃,RH=50%; (b) Toa=30℃ ,RH=50%;(c) Toa=25℃,RH=50%。
圖4和5表示在室內(nèi)冷負(fù)荷是3KW，室外溫度在35-25℃范圍內(nèi)，間隔為5℃，制冷量，散熱量，COP，冷凝器進(jìn)水溫度，功率消耗與操作時(shí)間的比較?？梢钥闯觯A(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)分布和試驗(yàn)結(jié)果分布相差不大于15%。而且，預(yù)測(cè)值總是高于實(shí)驗(yàn)值。這是因?yàn)樵撃Ｐ涂偸羌僭O(shè)忽略空調(diào)設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)室外溫度設(shè)定為35℃時(shí)，相差會(huì)更明顯。這是由于惡劣的室外條件下冷卻塔的傳熱和傳質(zhì)性能相對(duì)較差。當(dāng)室內(nèi)冷負(fù)荷逐漸降低到0.5KW時(shí)，會(huì)出現(xiàn)類似的差異。見圖6,7。
表4
試驗(yàn)控制條件
條件 變化范圍
室內(nèi)室 17℃ DB（恒定）
室內(nèi)冷負(fù)荷
總量 0.5-3KW，間隔0.5KW
SHR 0.8
室外室 20-35℃ DB/50%RH
表5
主要儀器精度
參數(shù) 縮寫 儀器 范圍和單位 精度
溫度 T和t 鉑電阻溫度計(jì) -50-100℃ ±（0.05%rdg+0.5℃）
水流量 mw 渦輪流量計(jì) 4-100L/min ±2%
空氣流量 ma 熱風(fēng)速儀 0-5m/s ±2%
功率 W 功率計(jì)7330 0-1 × 106 Aac ±（0.25%F.S.）
3.4 在測(cè)量中儀器精度的誤差
表5給出了儀器的精度，可用于確定，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算的水冷式空調(diào)系統(tǒng)的性能參數(shù)的誤差。可以根據(jù)獨(dú)立變量（vi）的個(gè)數(shù)來計(jì)算結(jié)果R（公式（17）），如果這些變量的測(cè)量值誤差可以確定，則結(jié)果的誤差可用克萊恩和麥克林托克法估算出來，見公式18。
R=f（v1，v2，…，vn） （17）
δR = i=1n{([?R?vi]δvi)2} （18）
公式（19）-（21）由公式（4）（1）（14）導(dǎo)出，可用于計(jì)算Qevp，Qcon和COP。
δQevpQevp =（δmama）2+δtar2+δtas2（tar-tas）2 （19）
δQconQcon =δmwmw2+δTwl2+δTwe2（Twl-Twe）2 （20）
δCOPCOP =δQevpQevp2+（δWW）2 （21）
試驗(yàn)結(jié)果的誤差是根據(jù)各獨(dú)立變量的測(cè)量誤差計(jì)算得到的，見表6。它們?cè)?%-28%的范圍內(nèi)。在計(jì)算時(shí)，設(shè)定的流量和功率讀數(shù)視為各儀器的滿量程讀數(shù)。因此，結(jié)果的誤差會(huì)很小，實(shí)際誤差可能比計(jì)算誤差更大。
表6
水冷式空調(diào)系統(tǒng)計(jì)算誤差
設(shè)定數(shù)據(jù)參數(shù)
空氣
ma 0.09kg/s
Tar 17℃
Tas 7℃
Tar-Tas 10℃
tar 12℃
tas 6℃
tar-tas 6℃
水
mw 0.376kg/s
Twl 25℃
Twe 22.5℃
Twl-Twe 2.5℃
測(cè)量讀數(shù)誤差
δma/ma 0.002
δmw/mw 0.002
δW/W 0.0025
δTa 0.5℃
δTw 0.5℃
δta 0.5℃
實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算誤差
δQevp/Qevp 0.0707（7%）
δQcon/Qcon 0.2828（28%）
δCOP/COP 0.0707（7%）
表7
預(yù)測(cè)的Qevp，W和COP的平均值與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比
條件 冷卻輸出 總功率 整體COP
Toa(℃)室內(nèi)冷負(fù)荷(KW)測(cè)量值 預(yù)測(cè)值 RMS(%) 測(cè)量值 預(yù)測(cè)值 RMS（%） 測(cè)量值 預(yù)測(cè)值 RMS(%)
35 3.0 3329.6 3541.3 6.51 1187.7 1068.8 8.49 2.80 3.06 9.30
2.5 3281.3 3573.2 10.2 1164.9 1068.3 9.41 2.75 3.03 10.5
2.0 3132.3 3315.2 6.46 1156.1 1068.8 6.38 2.71 2.88 6.87
1.5 3007.1 3077.4 4.3 1148.4 1068.8 5.36 2.62 2.77 5.89
1.0 2724.0 3018.6 4.63 1143.9 1068.8 5.44 2.55 2.69 5.82
0.5 2812.9 2768.0 4.19 1132.5 1068.9 4.26 2.48 2.59 4.58
30 3.0 3414.7 3558.1 2.10 1443.3 1068.7 5.05 3.07 3.23 5.34
2.5 3323.3 3351.7 7.60 1127.7 1086.8 3.78 2.95 3.06 3.94
2.0 3218.4 3315.7 7.12 1109.6 1076.6 3.93 2.89 2.98 4.20
1.5 3102.7 3122.6 2.04 1109.2 1086.8 2.37 2.80 2.86 2.41
1.0 2958.5 3044.5 4.12 1108.5 1086.7 2.72 2.74 2.80 2.85
0.5 2875.2 2735.8 6.23 1077.4 1086.8 2.57 2.66 2.78 5.01
25 3.0 3503.8 3563.9 5.72 1101.8 1064.4 3.53 3.21 3.35 3.34
2.5 3312.0 3393.4 2.58 1101.8 1065.5 3.37 3.10 3.15 2.18
2.0 3144.4 3216.3 2.67 1086.2 1067.2 1.96 2.89 2.94 2.01
1.5 3032.2 3050.9 1.26 1076.1 1065.5 1.28 2.84 2.89 1.30
1.0 2987.3 3005.4 2.34 1082.0 1064.5 3.14 2.8 2.82 3.18
0.5 2962.6 2933.3 2.88 1071.5 1067.7 1.98 2.75 2.77 1.94
在其他負(fù)載條件下，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測(cè)值進(jìn)行計(jì)算比較，整個(gè)運(yùn)行過程中Qevp, Qcon, Wcomp,COP, Twe和W的平均值見表7。可以看出它們有很強(qiáng)的相關(guān)性。評(píng)估整個(gè)運(yùn)行周期參數(shù)的均方根誤差也計(jì)算了出來，范圍是0.87-10.9%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的最大誤差是7%，該誤差在允許范圍內(nèi)。還應(yīng)當(dāng)注意，該水冷式空調(diào)機(jī)組的COP一般大于3，在相同的室外條件下比空冷式空調(diào)機(jī)組的COP大。當(dāng)室外溫度為25℃時(shí)，COP的最大值是額定量的90%。這一研究結(jié)果與其他的對(duì)水冷式空調(diào)機(jī)組的研究結(jié)果相一致。
結(jié)果證實(shí)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢杂脕硌芯克涫娇照{(diào)機(jī)組的性能，而且在為了確定使用水冷式空調(diào)裝置住宅的全年電能消費(fèi)方面穩(wěn)態(tài)模型的使用被認(rèn)為是足夠的。
圖5.室內(nèi)冷負(fù)荷為3KW時(shí)，在不同的室外條件下Twe和W值。(a) Toa=35℃,RH=50%; (b) Toa=30℃ ,RH=50%;(c) Toa=25℃,RH=50%。
圖6.室內(nèi)冷負(fù)荷是0.5KW時(shí)，在不同室外條件下 Qeav，Qcon，COP值。(a) Toa=35℃,RH=50%; (b) Toa=30℃ ,RH=50%;(c) Toa=25℃,RH=50%。
圖7.室內(nèi)冷負(fù)荷為0.5KW時(shí)，在不同的室外條件下Twe和W值。(a) Toa=35℃,RH=50%; (b) Toa=30℃ ,RH=50%;(c) Toa=25℃,RH=50%。
4 結(jié)論
根據(jù)制造商提供的數(shù)據(jù)，建立水冷空調(diào)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)而預(yù)測(cè)其性能和功耗，在不同的室內(nèi)冷負(fù)荷和室外環(huán)境的條件下，預(yù)測(cè)結(jié)果于實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致，均方根誤差在11%。這表明開發(fā)數(shù)學(xué)模型為水冷空調(diào)應(yīng)用于住宅建筑時(shí)的能效評(píng)價(jià)提供一個(gè)良好的基礎(chǔ)。此外，這個(gè)沒有公開的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為進(jìn)一步研究水冷空調(diào)的性能提供非常有用的信息。
參考文獻(xiàn)
[1] Census and Statistics Department, Hong Kong Energy Statistics, Annual Report, 2000th edition, Hong Kong SAR Government, 2001.
[2] Electrical and Mechanical Services Department, Hong Kong Energy Enduse Data (1990–2000), The Hong Kong SAR Government, 2002.
[3] G.E. John, Water-cooled air-conditioner could be a hit in Las Vegas, Review Journal (2002) .
[4] Electrical and Mechanical Services Department, The Hong Kong Energy Efficiency Labelling Scheme for Domestic Appliances, The Hong Kong SAR Government, 1995–2000.
[5] Anonymous, Building (planning) regulations, in: Laws of Hong Kong, The Hong Kong SAR Government, HK, 1984 (Chapter 123).
[6] T.T. Chow, Z. Lin, Prediction of on-coil temperature of condensers installed at tall-building re-entrant, Applied Thermal Engineering 19 (1999) 117–132.
[7] T.T. Chow, Z. Lin, J.P. Liu, Effect of condensing unit layout at building reentrant on split-type air-conditioner performance, Energy and Buildings 34 (3) (2002) 237–244.
[8] M. Bojic, M. Lee, F. Yik, Flow and temperature outside a high-rise residential building due to heat rejection by its air-conditioners, Energy and Buildings 33 (2001) 737–751.
[9] F.W.H. Yik, J. Burnett, I. Prescott, Predicting air-conditioning energy consumption of group of buildings using different heat rejection methods, Energy and Buildings 33 (2) (2001) 151–166.
[10] F.W.H. Yik, J. Burnett, I. Prescott, A study on the energy performance of three schemes for widening application of water-cooled air-conditioning systems in Hong Kong, Energy and Buildings 33 (2) (2001) 167–182.
[11] F.W.H. Yik, V.K.C. Lam, Chiller models for plant design studies, Building Services Engineering Research & Technology 19 (4) (1998) 233–241.
[12] S. Wang, Y. Chen, Novel and simple building load calculation model for building and system dynamic simulation, Applied Thermal Engineering 21 (6) (2001) 683–702.
[13] S.C. Sekhar, C.J. Yat, Energy simulation approach to air-conditioning system evaluation, Building and Environment 33 (6) (1998) 397–408.
[14] Solar Energy Laboratory, TRNSYS: A Transient System Simulation Program (Reference Manual), University of Wisconsin/Madison Press, Madison, WI, 2000.
[15] D.R. Clark, D. Gaithersburg, C.W. Hurley, C.R. Hill, Dynamic models for HVAC system components, ASHRAE Transaction 911B (1985) 737–751.
[16] D.J. Leverenz, N.E. Bergan, Development and validation of a reciprocating chiller model for hourly energy analysis programs, ASHRAE Transaction 89 (1a) (1983) 156–174.
[17] D.C. Hittle, An algorithm for modeling a direct expansion air-cooled condensing unit, ASHRAE Transaction 88 (2a) (1982) 655–678.
[18] ASHRAE Handbook: Fundamentals, American Society of Heating Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2001 (Chapter 6).
[19] F.W.H. Yik, BECON—A Building Energy Consumption Estimation Program User Manual, Department of Building Service Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, 2004.
[20] York Company, Technical Guide—RP 007 to 060Watersource Heat Pumps and Water Cooled Air Conditioners, York, A Johnson Controls Co., 2003.
[21] D.K. Alexander, HTB2 User Manual Version 2.0, Welsh School of Architecture, University of Wales College of Cardiff, 1994.
[22] SPSS Inc., SPSS 12.0 forWindows. User’sGuide[. m], SPSS Inc.,USA, 2003
[23] HK-BEAM Society, HK-BEAM—An Environment Assessment for Air Conditioned Office Premises. Version 4/04: New Buildings and Version 5/ 04: Existing Buildings, Building Environment Council, Hong Kong, 2004
[24] Hong Kong Observatory, Summary of Meteorological Observations in Hong Kong 2005, Hong Kong Observatory, 2006.
[25] E.O. Doebelin, Measurement Systems Application and Design, 3rd edition, McGraw-Hill, 1983.
[26] J.P. Holman, Experimental Methods for Engineers, 5th edition, McGraw- Hill, 1989.
[27] P.S.K. Sat, F.W.H. Yik, the Hong Kong Institution of Engineers, Comparison of predictions of the building energy simulation programs HTB2 and BECON with metered building energy data, HKIE Transactions 10 (3) (2003) 34–47.
[28] J.F. Kreider, A. Rabl, Heating and Cooling of Buildings: Design for Efficiency, McGraw-Hill, New York, 1994, pp. 497–500 (Chapter 10, Section 10.5).