恒温恒湿空调系统的节能设计及性能模拟

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1、中国工程热物理学会工程热力学与能源利用学术会议论文编号：091084恒温恒湿空调系统的节能设计及性能*模拟121俞春尧，郑幼明，张学军12浙江大学制冷与低温研究所，310027；浙江省博物馆，310007联系电话：0571-87952446；E-mail：xuejzhang@zju.edu.cn摘要：本文通过TRNSYS软件建立了恒温恒湿空调系统模型，在实验验证的基础之上，模拟并比较了该恒温恒湿空调系统在普通工作模式和节能工作模式下的运行情况，结果表明，对表冷器冷冻水流量进行动态调节具有非常理想的节能效果。关键词：恒温恒湿，节能，TRNSYS0引言恒温恒湿空调系统

2、在当今社会很多领域得到了广泛的应用，需求量不断地增加，而某些特殊领域对恒温恒湿空调系统温湿度控制精度及稳定性的要求也不断地提高。如博物馆，对文物保存的环境有极其严格的要求，特别是温度和湿度。对于文物艺术品的保[1][2]存，普遍认为20℃左右是比较适合的温度，不同的文物保存有不同的相对湿度要求。因此应用于博物馆的恒温恒湿空调系统需要较高的温湿度控制精度和稳定性。然而，为保证具有较高的温湿度控制精度，常规的恒温恒湿空调系统在空气的处理过程中存在非常大的热湿补偿，所以对需要常年运行的博物馆的恒温恒湿空调系统进行节能设计显得相当必要，若采用适当的节能技术，能使恒温恒湿空

3、调系统节能达到[3-6]20%~50%。1节能设计图1空气处理流程图图2带三通阀空气处理流程图Fig.1Flowdiagramoftheair-handingprocessFig.2Flowdiagramoftheair-handingprocesswitha*受浙江省文物局“浙江省可移动文物环境控制方法研究”项目资助three-wayvalve常规的恒温恒湿空调系统对空气处理工程如图1所示，空气先后经过表冷器、加热器和加湿器。空气在表冷器中被冷却除湿，然后经过加热器将温度补偿到所需要的温度，最后通过加湿器将湿度补偿到所需要的湿度。这个处理过程存在很大的能量补偿损

4、失。为了减少温度及湿度补偿过程产生的能量损失，最有效的技术手段就是对表冷器的冷冻水流量根据负荷要求进行动态调整，如图2所示：在表冷器入口处接入一个三通阀动态调整冷冻水流量，以尽可能减少空气处理过程中的热湿补偿。一般而言，恒温恒湿空调系统需要处理的工况通常可以分为以下四种：高温高湿（夏季），低温高湿（春季），[7]高温低湿（秋季），低温低湿（冬季）。尤其是对于春秋这样的过渡季节，可以根据温度或者湿度控制冷冻水流量，使其直接达到设定值，然后仅使用加热器或加湿器进行热湿补偿，使湿度或温度均达到设定值。2模拟和实验2.1TRNSYS模型TRNSYS（TRaNsientSy

5、stemSimulationProgram）又称动态系统仿真程序，是模块化的动态仿真软件。利用该软件模拟空调系统，可以直观地反映系统温湿度的变化及能耗情况。常规恒温恒湿空调系统模型如图3所示，温度和湿度分别由各自的PID调节器控制加热器和加湿器来达到所需要的精度。图3常规恒温恒湿空调系统模型Fig.3Modelofaconventionalsystem2.2实验装置TRNSYS模型的正确性与可信度需要实验进一步验证。实验装置主要包括一台如图4所示的Carrier空气处理机组，四台如图5所示的室外冷机，控制柜和PC等辅助设备。PID调节器自动调节冷冻水流量（通过三通

6、阀，如图6所示），加热器加热量及加湿器加湿量三者中的两者，控制被调空间的温度和湿度。可编程控制器（PLC）控制整套系统的自动运行及各部件的开停，如风机，水泵，冷机等的开停。PC机通过LabVIEW实现可操作界面，以及数据动态显示界面。图4Carrier空气处理机组图5室外冷机Fig.4Carrier’sAHUFig.5Coolersontheroof图6三通阀Fig.6Thethree-wayvalve2.3实验验证实验工况如下表1所示。被调空间周围环境有舒适性空调，保证温度和湿度相对稳定，所以可认为环境状态近似不发生变化。三通阀开度手动设定为100%开度，保持不

7、变。实验和模拟的温湿度情况如图7所示，从图中对比可以看出，在开机后一个小时，被调空间相对湿度实验值很好的稳定在60±5%范围内，被调空间温度实验值也很好的稳定在21±1℃范围内。而被调空间温湿度模拟值半小时后都稳定在设定值附近。实验的稳定时间比模拟的要长，原因是被调空间实际上存在较大的时间延迟。加热器和加湿器耗功的实验和模拟的情况如图8所示，稳定后实验加热器功耗约为2.40kW，而模拟加热器功耗约为2.33kW。稳定后加湿器实验功耗约为1.60kW，模拟加湿器功耗约为1.57kW。表1：实验验证工况Tab.1Theexperimentalconditionsofv

8、alida