基于封闭式冷却塔的毛细管辐射空调冷源研究

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建筑节能是缓解能源紧张局势、解决社会经济发展与能源供应不足这对矛盾的最有效措施之一。毛细管辐射空调系统是一种新型的高效节能、舒适的空调,在暖通空调领域应用前景广阔。本文在分析辐射空调系统及封闭式冷却塔国内外研究现状的基础上,对毛细管辐射空调系统夏季供冷工况进行了数值模拟,分析了不同供回水温度条件下,室内温度、速度场分布及室内热舒适性,确定了经济、合理的毛细管辐射空调系统冷冻水温度。随后,利用封闭式冷却塔的数学模型,通过计算机仿真研究了冷却塔冷却水出口温度同空气湿球温度的差值(即冷幅)与空气湿球温度之间的关系,并借助标准年气象资料,研究分析了我国典型地区可利用封闭式冷却塔向毛细管辐射空调系统直接供冷的理论小时数。首先,本文简要介绍了毛细管辐射空调系统的组成及特点,建立了毛细管辐射空调房间的三维物理模型,并运用CFD软件,模拟分析了当供水温度分别为18、19及20℃时,室内的温度、速度场分布情况。计算结果表明,三种条件下室内速度场分布适宜,气流速度均在0.2m/s以下,室内人员无吹风感;室内温度场分布均匀,垂直温度梯度较小。其中,当供水温度为18℃,室内绝大部分区域温度分布在25.1-26.4℃之间,室内人员感觉微凉;当供水温度为19℃,室内人员感觉舒适;当供水温度为20℃时,室内大部分区域温度分布在26.3-28.7℃之间,总体温度场符合舒适性要求,人体感觉微热。鉴于毛细管辐射空调系统以辐射传热为主导,为实现节能及更好的利用自然冷源,建议毛细管辐射空调系统冷冻水温度取为20℃左右。其次,应用热质交换理论,通过合理的假设,建立了封闭式冷却塔传热传质的数学模型,并对其进行了求解。进而利用Matlab软件编制了封闭式冷却塔的计算机仿真程序,并将仿真计算结果与实验数据进行了比较,验证了计算程序的正确性。计算结果表明封闭式冷却塔冷幅同空气湿球温度之间近似为线性关系,并利用Origin软件拟合出冷幅同空气湿球温度之间的函数关系式。最后,计算确定了可利用封闭式冷却塔直接向毛细管辐射空调系统供冷时室外空气湿球温度极大值。随后,借助标准年气象参数资料,研究分析了我国典型地区可利用封闭式冷却塔向毛细管辐射空调系统直接供冷的理论供冷小时数。结果表明,对于全年均需供冷的建筑,在我国西北、华北等地区,封闭式冷却塔理论供冷时数均超过全年供冷时数的60%,利用封闭式冷却塔向毛细管辐射空调系统直接供冷可节约大量的空调能耗。本课题的研究将为毛细管辐射空调系统的冷源探索出一条新的路子。
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