蒸发式风冷冷水机组性能分析与优化

摘要

建筑能耗在国家总能耗中占有重要比重，减少建筑能耗是实现我国能源环境可持续发展的必然要求。空调能耗是建筑能耗的主体，降低空调能耗，对促进建筑节能减排具有重要意义。风冷冷水机组具有结构紧凑、系统简单、安装方便及投资费用低等突出优点，在中小型建筑中得到了较广泛的应用。然而，与水冷式冷水机组相比，风冷式冷水机组能效较低，不利于建筑节能。因此，本文试图采用一种简单、可靠、有效的方法，来提高风冷冷水机组的能效，促进风冷冷水机组的运行节能。
　　蒸发式风冷冷水机组是将直接蒸发冷却器与风冷冷水机组相结合，通过直接蒸发冷却器降低冷凝器进风温度，从而降低机组冷凝温度，提高机组能效。本文在建立直接蒸发冷却器和风冷冷水机组数学模型基础上，通过MATLAB计算机软件编程，仿真分析了蒸发式风冷冷水机组的性能的影响因素:气候条件、迎面风速及填料厚度。为了更加准确合理地评价蒸发式风冷冷水机组在各地的节能潜力，本文提出采用机组季节能效比增加作为评价指标，并以该指标作为优化目标。优化了机组填料厚度，给出了蒸发式风冷冷水机组在我国各主要城市使用的最佳填料厚度。
　　为进一步考虑机组负荷随建筑负荷变化，同时考虑机组在不同冷凝控制策略时的节能潜力，本文还建立了蒸发式风冷冷水机组的详细分析模型，利用该模型，分析了机组在不同负荷率下的节能潜力大小。为进一步帮助工程设计人员分析设计蒸发式风冷冷水机组，在理论研究基础上，本文开发了机组计算软件包。通过本文的研究，可以得出以下有益结论:
　　(1)在给定的气候条件和迎面风速下，存在一个最佳的填料厚度，使得机组性能最佳。针对我国的气候条件，最佳填料厚度的取值在80～140mm之间。
　　(2)蒸发式风冷冷水机组性能受负荷率和冷凝控制策略的影响较大，比较分析结果表明:变冷凝温度控制比定冷凝温度控制具有更高的节能潜力。
　　(3)优化的蒸发式风冷冷水机组较传统风冷式冷水机组具有较高的节能潜力，有较大的推广应用前景，尤其是在我国西部和北部地区，节能潜力更大。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 我国建筑能耗发展趋势

1．1．2 空调能耗现状分析

1．2 传统式风冷冷水机组的缺陷

1．3 国内外研究动态

1．3．1 国外研究动态

1．3．2 国内研究动7态

1．4 问题的提出与主要研究内容

1．5 本课题研究方法

第二章 蒸发式风冷冷水机组的工作原理及填料模型

2．1 蒸发式风冷冷水机组的工作原理

2．2 直接蒸发冷却器工作原理

2．2．1 水与空气在填料中的热质交换过程

2．2．2 直接蒸发冷却热质交换数学模型

2．3 直接蒸发冷却器参数拟合结果

2．4 本章小结

第三章 蒸发式风冷冷水机组性能优化与节能潜力分析

3．1 风冷冷水机组拟合数学模型

3．2 蒸发式风冷冷水机组拟合数学模型

3．3 评价指标确定

3．4 机组EACC性能影响初探讨

3．4．1 填料厚度

3．4．2 迎面风速

3．5 机组EACC运行参数优化

3．6 本章小结

第四章 不同冷凝控制策略下的蒸发式风冷冷水机组节能潜力分析

4．1 蒸发式风冷冷水机组模型

4．1．1 压缩机数学模型

4．1．2 冷凝器模型

4．1．3 膨胀阀模型

4．1．4 蒸发器模型

4．1．5 蒸发式风冷冷水机组模型介绍

4．2 蒸发式风冷冷水机组冷凝风机控制策略

4．3 蒸发式风冷冷水机组系统仿真流程

4．4 传统式机组HPC与CTC控制策略比较

4．5 蒸发式机组EACC与传统式机组CACC比较

4．5．1 建筑负荷分析

4．5．2 HPC控制策略下EACC与CACC的比较

4．5．3 CTC控制策略下EACC与CACC的比较

4．5．4 CTC控制策略下与HPC控制策略下节能分析

4．6 本章小结

第五章 蒸发式风冷冷水机组优化与节能软件包开发

5．1 MATLAB图形用户界面设计技术简介

5．2 制冷剂R134a热物性计算界面设定

5．3 直接蒸发冷却器性能计算界面设定

5．4 蒸发式风冷冷水机组性能计算界面设定

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论及创新点

6．1．1 主要结论

6．1．2 主要创新点

6．2 研究展望

参考文献

致谢

附录A：攻读硕士学位期间的学术成果

附录B：蒸发式风冷冷水机组模型1部分仿真程序

附录C：蒸发式风冷冷水机组模型2部分仿真程序