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毛细管网空调系统理论及其应用

更新时间:2019-12-24 15:05      刘伯温精选一码大公开:admin

  毛细管网平面辐射空调是根据仿生学原理发明的一种新型室内环境系统,植物的叶脉及动物皮肤下的血管都是通过管内流体来调节自身机体温度与周围环境平衡的成功范例.毛细管网平面辐射空调系统以其健康、舒适、绿色、环保等优势,为我们打造了真正意义上的生态化生存环境,被称为可以改变人类未来生活方式的先进暖通空调末端.

 

  毛细管网平面辐射空调系统在理论核心是,一方面通过设计计算对室内显热与潜热负荷进行剥离,并将后者与除湿新风负荷一起,由风系统全部承担;另一方面毛细管网作为干式末端,承担室内显热负荷.这种温湿度独立控制系统为低品位能源的使用提供了可能.符合"品位对应,温度对口,梯级利用"的原则.毛细管只需要承担空气在显热负荷,空气的湿负荷采用另外的除湿设备来承担,冷热源的温度可以提高到16度-20度.大大提高了主机效率,甚至不开制冷机组,直接利用地下水进行循环实现免费供冷.

 

   根据毛细管辐射空调系统的特点,建立了毛细管平面辐射空调系统动态仿真模型,研究分析了毛细管供回水温度、管间距等因素对换热量的影响,形制了毛细管系统用于夏季供冷和冬季供暖的单位面积传热量计算.研究结果表明,夏季随着供回水温度的升高,单位面积传热量明显降低,并且对流所占的比重逐渐减小,辐射换热所占比重逐渐增加.毛细管管间距增大时,单位面积传热量明显减小,顶板表面对流和辐射换热热流密度均减小,对流换热占总换热量的比重逐渐减小,辐射换热的比重逐渐增加.但管间距小到一定程度时,并不能明显增大传热量,管间距以15-20mm为宜.在研究过程中发现,毛细管加强了室内的长波辐射热热场,毛细管所产生的辐射效果十分明显的,在舒适度相同的前提下,夏季使用毛细管平面辐射空调系统时,可以将室内设计温度提高2度.这会带来空调负荷的明显降低,据测算,在供冷工况下,室内温度每提高1度,能耗减少8%-10%:而在供热工况,室内温度每降低1度,能耗降低10%-15%.因此,适当设定空调室内温度,是利用毛细管网系统进行节能的重要手段.

 

       在毛细管网平面辐射空调系统中,水力计算是困扰技术人员的一、个难题.对一个毛细管网络,当空调设计冷热负荷及回水温度确定以后,各管段的计算流量也就随之确定.如果选择比较大的比摩阻,则管道直径可以缩小,节省管材,但空调阻力增大,水泵能耗上升.由此可见,这是一个多目标优化的问题.我们经理研究发现,利用遗传算法可以解决多目标优化问题,即满足流量要求时,求解可作得单位长度压力损失取到尽量小值,同时管材耗费也取到最小值的最合适的流速和管径从而可计算出与其对应的单位长度压损的最小值,此时为最优状态.这样,毛细管平面空调系统的水力计算问题就转化成了求解多目标优化问题的PARETO最优解,这样就可以应用遗传算法了.在遗传算法中,求pareto最优解的方法主要有权重系数变换法、排列选择法、共享函数法,混合法等.因为各项目标函数的性质不同,第一个目标函数为压力损失,第二目标函数为消耗的材料,不能转化为单目标函数,因此权重系统变换算法不合适.根据毛细管空调系统特点,经过分析比较,选择并列选择法,来进行毛细管平面空调系统的水力计算.并列选择法是先按子目标函数的数目均等地将群体中的全部个体分为一些群体,然后再分配子目标函数到每一个群体,经理运算,选择出适合度比较高的一个新的子群体,随后再将这些新的子群体合并成一个完整群体.在这个完事的群体中,再进行变异运算和交叉运算,生成下一代的完整群体.如此进行,最后就可以得到满意 的pareto最优解.实际应用发现,基于遗传算法的毛细管网水力计算方法最方便快捷,是毛细管网水力计算方法的重大改进.

 

    毛细管网空调优点及前景展望

毛细管网空调具有节能、舒适、无软吹风感、可利用低位能源等一系列优点。在众多空调技术发展中毛细管网空调名列前茅,因此,毛细管空调 被专家称为"最优空调系统"

  为了降低空调能耗,提高能源利用率,改善民用建筑的室内环境,挖掘毛细管网空调 的节能潜力,今后,应进一步开发毛细管的功能,注重毛细管空调 与其他系统的集成.例如,毛细管系统与地源热泵系统联合,可以研究将地埋管更换为毛细管网.传统地源热泵往往需要挖掘深达百米的竖井群,而且运行后的水泵电量消耗大.用毛细管网代替后,空调系统的节能潜力会更大,并且施工过程中的能耗也将降下来:在空调 负荷比较大的场所,可能采用毛细管网与干式风机盘管结合.我国大部分民用建筑采用风机盘管加新风系统作为舒适性空调系统方案,风机盘管具有其特有的优势;可根据负荷情况进行调节,简单方便,运行维护成本低.但是传统的风机盘管运行时冷媒水的温度低室内空气露点温度,盘管表面潮湿而比较容易积存灰尘,进而成为滋生细菌的温床,大降低了空调房间的空气品质,通过对温湿度独立控制空调系统的研究,发现风机盘管内的冷媒也可以利用高温冷源,进而使其在运行过程中不再有冷凝水的产生,这便促进了"干式风机盘管"的出现.作为法度控制系统末端方式 的干式风机盘管同毛细管一样,夏季都是利用高温冷源对室内进行温度控制的.在房间冷负荷较大时,实行毛细管网空调与干式风机盘管联合运行,共同完成消除空调房间冷负荷的任务.

 

  国际制冷学会指出,节能、环保、健康是未来空调发展的方向,毛细管网空调在其中将担当重要的角色,发挥更大的作用。