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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

发布时间：2006-12-07　阅读次数：

摘要：针对一个空调房间为研究对象，利用热动力特性, 建立动态数学模型,求解得到空调房间采用一次回风后瞬态热力学参数变化关系. 并比较房间内在无内热源、有恒定内热源、变内热源和一次回风有、无能量损失的状况下温度随时间的变化规律. 结果表明，空调房间设有一次性回风系统，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.从而达到节能的目的。研究结果为进一步空调房间的空调系统风量自动调节和建筑节能研究提供了前提和依据。

关键词：动态特性空调房间节能模拟

1 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。

2 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。

一次回风空调房间物理模型图见图1。

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：

图2 送室外新风并内置变内热源室内温度

模拟结果显示，以恒定的内热源加热时，在室外条件的影响下，使室内的的温度波动较大。因此，该研究中（如图2所示），选取不同的变内热源，对室内温度有着实质性影响。6在0 - 12小时内供热量按正弦曲线逐增，温度上升明显；在12 -24小时内供热量按某一曲线逐减，而且在17-24小时内和T2的双重影响使室内温度近似直线下降到最低点，整个加热过程最大近似4K，波动较大。在递增内热源周期，如7、8、9、10系列，曲线较平坦，分析后取10加热较为合理。但是10在18点过后下降而引起明显降温，说明在18点过后应继续按递增曲线方式供热，11符合实际要求。因此，根据室外温度变化而动态地改变供热量，既可使趋于平稳，又可节能。

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。

图3 送空调风并设有一次性回风系统，回风无能量损失室内温度

图3中，空调房间建立一次回风系统，比较无回风、有回风以及加大回风时相应的0、1、2、3可发现，越增加回风量，室内温度越容易达到平稳状态，且平均温度有所上升。在20点左右，1，2，3三线趋向于同一温度并保持以后时段温度不变，故回风量越大，越容易达到平稳时刻。

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

图4 送空调风并设有一次性回风系统，回风有能量损失室内温度

在一次回风中，所回之风与室外空气发生热交换，即回风有能量损失。图4 所示，先假设回风温度与的温度差为恒定值（如、2或3），0，1，2三条曲线在6-8时分别进入平稳状态，之后，三条曲线变化趋势基本相同，彼此温差也保持在1-2 。是关于t的拟合温度，由于温差较小，3更快达到平稳状态。

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。