空調系統(tǒng)設計外文翻譯---不同的室外設計條件對空調設備制冷性能和設計冷負荷的影響

1、<p><b>　　外文資料譯文</b></p><p>　　不同的室外設計條件對空調設備制冷性能</p><p><b>　　和設計冷負荷的影響</b></p><p>　　Mehmet Azmi Aktacira, Orhan Bu yu kalaca b,Hu samettin Buluta, Tuncay

2、 Y?lmaz</p><p>　　Harran大學機械工程學院，Osmanbey大學，Sanl?urfa，土爾其Cukurova大學機械工程學院，阿達納，土爾其</p><p>　　收錄于2007年3月14日，采錄于2007年10月30日。</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　室外設計條件是建

3、筑物的能源效率重要的參數(shù)。不正確選擇戶外設計條件的結果是產(chǎn)生可預見的舒適性降低和能源的消耗。在這項研究中，對空調系統(tǒng)中的不同的戶外設計條件的影響統(tǒng)進行調查。為此，冷負荷和空調設備制冷量一樣的建筑，在分別位于阿達納，土耳其計算時，應采用不同的戶外ASHRAE推薦的設計條件 ，目前，在土耳其使用的設計數(shù)據(jù)是每日最高干濕球溫度的7月21日，這是大家普遍認同的作為設計日。冷卻盤管的能力，從不同的戶外設計條件產(chǎn)生的冷卻盤管的能力被考慮在這項研究中

4、，進行互相比較?？照{系統(tǒng)的成本分析也要被確定。很明顯選擇室外設計條件是一個很關鍵的一步，在計算建筑冷負荷和設計空調設備的制冷能力方面。 </p><p>　　2007年Elsevier有限公司保留所有權利。 關鍵詞：天氣設計數(shù)據(jù)，暖通空調系統(tǒng)，冷負荷，成本分析</p><p><b>　　1. 導言</b></p><p>　　當?shù)氐臍夂驐l

5、件是建筑物能源效率的重要參數(shù)。因為建筑物中的能源消耗和建筑物系統(tǒng)的能效變化一樣，取決于當?shù)氐臍夂驐l件。在暖通空調系統(tǒng)應用中，氣候條件好的設計會提高舒適度和增加建筑物的能效。</p><p>　　氣象資料信息的室外設計條件是設計的宗旨，它顯示了某一特定地點在它氣候里的特點。它影響著建筑物負荷和經(jīng)濟性設計。不正確的選擇室外條件會導致產(chǎn)生不好的精神和舒適性。如果一些非常保守的，極端的情況采取了，會產(chǎn)生不經(jīng)濟的設計和超出

6、規(guī)定規(guī)格。如果負荷被低估了，設備和系統(tǒng)操作會受到影響。為了克服這個問題，Yoshida 和 Terai 建造了自回歸移動平均天氣模型，通過應用一種確定技術恢復為原始天氣數(shù)據(jù)。Li et al.研究了亞熱帶地區(qū)氣候對冷負荷的影響。他們發(fā)現(xiàn)發(fā)達國家室外氣候條件對冷負荷的影響較少，相比于目前的室外設計數(shù)據(jù)和方法，通過當?shù)氐慕ㄖ凸こ虒嵺`。Zogou and Stamatelos提供了一個關于氣候條件對熱泵系統(tǒng)影響的討論，并且指出氣候條件顯著改

7、變了熱泵系統(tǒng)的性能，這顯著導致了一個情況就是家庭可能取暖或制冷。這個選擇作為征求各界對可持續(xù)發(fā)展的理由。Lam研究了氣候對建筑物空調上的消耗能量影響后發(fā)現(xiàn)并預報每年的冷負荷，最高冷負荷和每年的電力消耗以14%的速率增加。Bulut et al.采用了土兒其最新的制冷和加熱數(shù)據(jù)。他們使用了當前的本地區(qū)的數(shù)據(jù)來研究且發(fā)表在他們的研究中，為了</p><p>　　室外設計條件相應的規(guī)范水平在美國的幾個城市中最先發(fā)展，然

8、后在通過美國供暖，制冷和空調工程師協(xié)會發(fā)展起來。氣象數(shù)據(jù)包括干球溫度、濕球溫度以及露點溫度，它們的數(shù)值在一定形式上必須一致，同樣還有相應的濕度。這些設計數(shù)據(jù)就是室外空氣條件，它們超越了一個特殊時期段。溫暖的季節(jié)溫度和濕度條件相符的年度百分值是0.4 ， 1.0和2.0 。冷季條件是基于關于年度百分的99.6和99.0 。這些 0.4 ％ ， 1.0 ％和2.0 ％的年度代表的數(shù)值發(fā)生或超過的一共有35 h， 88 h和175 h，分別是

9、，平均來說，每一年，在這段期間的紀錄。在實際應用中主要依據(jù)風險水平做為選擇的頻率。代表氣候設計數(shù)據(jù)數(shù)頻率發(fā)生還將使設計者能考慮各種業(yè)務高峰期的條件。</p><p>　　本設計的主要目標是探討在空調系統(tǒng)中選擇室外設計條件產(chǎn)生的影響。該分析共分三個主要步諏。第一步，利用不同的室外設計條件，例如ASHRAE給出的數(shù)據(jù)和在土爾其工程師們給出的數(shù)據(jù)，針對同一個建筑，計算出其總負荷。第二步，為一樣的建筑物依據(jù)設計選型全空氣

10、中央空調設備，各項戶外設計條件考慮在研究中。最后，分析了在制冷季節(jié)的空調系統(tǒng)的費用消耗。</p><p>　　2. 描述該樣本建筑</p><p>　　為了進行分析，一所高中的建筑物被選中。這所樣本建筑物位于土爾其的阿達納。阿達納，農(nóng)業(yè)和工業(yè)中心，全國第五大城市，靠近地中海。它是炎熱和潮濕的制冷季節(jié)。樣本房間有三個幾乎一樣的地板。圖1顯示了第一層的建筑平面圖?？偟慕ㄖ锩娣e是1628MM，

11、墻的外表面是淺色的，最長的墻面是北墻和南墻。樣本建筑被用做高校，使用時間是08：00到17：00。這所學校有224個學生，15個教師，4個官員和3個勞工。這個建筑物有14個教室，3個實驗室，5個辦公室，1個圖書館，1個計算機房和3個走廊。整個建筑符合土爾其國家標準TS-825的熱絕緣規(guī)定，</p><p>　　圖1顯示了這個建筑外層的傳熱系數(shù)。</p><p><b>　　3.

12、室外設計條件</b></p><p>　　在分析中，采用阿達納的各種戶外設計工況數(shù)據(jù)。詳細的數(shù)據(jù)由表2給出。正象表中顯示的那樣，有五個數(shù)據(jù)規(guī)定。第一個數(shù)據(jù)規(guī)定是被土爾其工程師使用的當前的室外設計條件。第二和第三個數(shù)據(jù)規(guī)定是滿足系統(tǒng)冷凝和蒸發(fā)的室外設計條件，依據(jù)ASHRAE規(guī)定的分別在0.4%，1%和2%的頻率下。第四個數(shù)據(jù)設定是最個干球溫度和最大濕球溫度，它們是由ASHRAE分別在0.4%，1%和2%

13、的頻率下給出的。最后一個數(shù)據(jù)設定是以7月21日作為設計日的每日最高干球溫度，其中的計算的氣象數(shù)據(jù)取自于土耳其國家氣象服務中心。</p><p><b>　　4. 空調系統(tǒng)</b></p><p>　　樣本建筑物采用了全空氣定風量空調系統(tǒng)。這個系統(tǒng)主要由空氣處理單元，空氣冷卻設備，供回風機，管道和控制器件組成。圖2是一個完整的中央空調空氣處理系統(tǒng)典型的運行方式。<

14、/p><p>　　回風與經(jīng)空氣處理設備處理過的新風混合，然后經(jīng)過空氣冷卻設備，室外空氣比回風要熱和濕一些。因此，這個冷卻過程主要包括冷卻和除濕，被處理過的空氣離開空氣冷卻器到達狀態(tài)點（S）。經(jīng)處理過的空氣源源不斷的送入需要被空調的房間，到達狀態(tài)點（R），完成整個循環(huán)。圖3在圖表上顯示了夏天空調系統(tǒng)處理過程的各個狀態(tài)點。</p><p><b>　　5. 計算冷負荷</b>

15、</p><p>　　為了設計和選擇空調系統(tǒng)的形式，確定這個建筑物的熱負荷和冷負荷很重要。天氣數(shù)據(jù)對計算正確的負荷很重要。然而，選擇大部分正確的數(shù)據(jù)可能是一個困難的問題。傳統(tǒng)的負荷計算方法是分成兩部分進行，是最高負荷判斷和年負荷。每個周期的天氣數(shù)據(jù)模擬計算，負荷判斷和天氣元素是相互關系，也就是溫度，太陽的放射線，濕氣含量，等等，但很難被考慮。年天氣數(shù)據(jù)被用來參考年負荷計算，對于詳細的負荷變化由于數(shù)據(jù)時期的短小無法

16、取得數(shù)據(jù)。</p><p>　　一個建筑的冷負荷由通過建筑圍護結構的外部負荷和來自人，燈光，器械和其他的熱來源產(chǎn)生的內負荷兩部分組成。為了設計和選擇一個合理型號的空調系統(tǒng)，每個地域的的最大冷負荷一定是基于設計日子，包括室內和室外設計條件。</p><p>　　在這項研究中，建筑物的室內條件選用作50%的相對濕度和26度干球溫度。RTS方法被用做計算冷負荷。RTS方法，被Spitler et

17、 al.介紹在2001 ASHRAE手冊, 原則 [7], 是一中新的單一化方法設計冷負荷計算,而且它是起源于“熱平衡方法”。</p><p>　　該樣本建筑物的總冷負荷和部分冷負荷和熱感覺比的計算是利用當前的室外設計數(shù)據(jù)（表2）給出的在表3列明的不同的小時。從這個表中可以看出該建筑物的冷負荷最大值發(fā)生在14：00，總計的冷負荷的39%的負荷來源于窗戶，16%是來自于圍護結構，剩余的部分是來自于內在的熱源。<

18、;/p><p>　　該樣品建筑物每小時的冷負荷是利用不同的戶外設計數(shù)據(jù)組計算出來的，通過圖表可以看出來冷負荷受到了那些被挑選的天氣數(shù)據(jù)組的影響，雖然趨勢是相同的。最大值冷負荷是通過當前數(shù)據(jù)組獲得。它是根據(jù)被ASHRAE推薦的冷卻和蒸發(fā)溫度數(shù)據(jù)組波動。DAILYMAX 和 ASHRAE-1數(shù)據(jù)組產(chǎn)生幾乎一樣的結果。</p><p>　　戶外最大設計冷負荷和SHR是參考表4給出的數(shù)據(jù)計算的，最大設

19、計冷負荷（127 .51KW）是通過當前數(shù)據(jù)組算出的。表4也表明了比率設計冷負荷依據(jù)設計冷負荷也是從當前組獲得的。設計冷卻負荷用 ASHRAE_04 、 ASHRAE_1,ASHRAE_2, ASHRAE_EVAP_04, ASHRAE_EVAP_1 和ASHRAE_EVAP_2 是 2% 、 4% 、 7% 、 9% 、 11% 和 12% 比當前數(shù)據(jù)組算出負荷分別要少。在DAILY MAX數(shù)據(jù)組情況下，設計負荷要比當前組少4%。SH

20、R 幾乎不依賴數(shù)據(jù)組變化，它在有的組是大約 0.88 。（表4）</p><p>　　6. 使用不同室外設計條件的空調設備性能的計算。</p><p>　　鑒于以上給出建筑物的最大冷負荷和SHR計算出冷卻盤管的最大設計容量和最大供應空氣比率，最小新選空氣流量要求和供應空氣溫度作為輸入?yún)?shù)。在計算過程中規(guī)定一個迭代辦法，一個計算機程序為此被編寫出來。在計算中，被供應溫度的空調房間設定為16度

21、，根據(jù)ASHRAE標準通風率要求，該樣本建筑物的最低新鮮空氣通風要求為7000平方米每小時。表格5給出了冷卻盤管的設計量，本研究中所有室外設計條件參考的總的新風流動比率和混合比。通過這個表可以看出冷卻盤管的負荷設計和總的混合風流速都是以當前數(shù)據(jù)組取的最大值。表格5也給出了了冷卻盤管的設計能力符合，它是建立在當前數(shù)據(jù)組的基礎上，以及最大混合風的比率，在考慮了所有室外設計條件的基礎之上。通過表格5可以看出ASHRAE數(shù)據(jù)組情況下冷負荷產(chǎn)生了

22、最小冷盤管負荷。通過這些數(shù)據(jù)組比較，這個冷卻盤管的設計能力比當前的數(shù)據(jù)組少了21%。在DAILY MAX 數(shù)據(jù)組情況下，通過七月21日的往年最大干球和最大濕球溫度設計出來的冷卻盤管的負荷比當前數(shù)據(jù)組低了11%。值的注目的是結果之一是表格5給出的結果，它顯示了從ASHRAE設計情況為0.4水平線挑選出的最大干球和濕球溫度計算</p><p>　　7. 空調系統(tǒng)成本分析</p><p>　　在

23、這部分的研究中，全空氣中央空調系統(tǒng)的成本分析數(shù)據(jù)來源于ASHRAE_04 、 ASHRAE_1 和 ASHRAE_2 數(shù)據(jù)設定。當前數(shù)據(jù)組產(chǎn)生的負荷只與ashrae_04 ， ashrae_1和ashrae_2數(shù)據(jù)集相比較，因為依據(jù)它們設計的冷卻盤管負荷比其他數(shù)據(jù)組的低一些。</p><p>　　空氣處理機組和制冷系統(tǒng)是從當?shù)氐呐ㄔO備供應商中挑選出來的?？諝馓幚頇C組包含風扇，冷卻盤管，過濾器，混合和排氣裝置。該

24、機組對空氣流動速率采集的數(shù)據(jù)值是40000KG/H。在空氣處理機組中給風機和回風機需提供的電源分別是15千瓦和12.5千瓦。對于空調系統(tǒng)，在整個系統(tǒng)運作時質量流是連續(xù)的，因此，即使是部分負荷的情況，風機也需要最大的電源。對與當前組，正常制冷系統(tǒng)名義下冷凝系統(tǒng)的需要條件是185KW，而電源要求是80KW每單位。該機組的壓縮機是一個按比例控制系統(tǒng)負荷運作的單位。</p><p>　　很明顯，這是眾所周知的壓縮機根據(jù)不

25、同的冷卻負荷在實際運行中通常部分運行。每當操作負荷低于設計負荷，制冷機組中的壓縮機就按比例相應減少制冷能力，為了節(jié)省能源。在案件ASHRAE_04, ASHRAE_1 和 ASHRAE_2中，制冷系統(tǒng)額定操作條件下凈產(chǎn)冷量是146千瓦，而電力需要是66千瓦。壓縮機在制冷系統(tǒng)中分四個部分按比例控制其為部分負荷運作?？照{系統(tǒng)的經(jīng)營成本在有風機和制冷機組的電力消耗。阿達納的供冷期是184天，從4月15日到9月15日。中央空調系統(tǒng)的每日運行時間

26、是9小時（從8：00到17：00）。電力價格是0.10元/千瓦每小時。在這項研究中，Aktacir et al.等人給出了程序用于計算空調系統(tǒng)的季節(jié)性經(jīng)營成本。首先，使用每小時冷卻負荷的冷卻季節(jié)冷卻盤管制冷情況是21天，計算逐時冷負荷需要每小時室外空氣數(shù)據(jù)。利用Bulut et al給出的氣象數(shù)據(jù)模型可以把每小時氣象數(shù)據(jù)計算出來。</p><p>　　超出21天以外的冷卻日子不用計算負荷。因此，基于小時計算的每個

27、月21天的負荷得出，由辛普森積分法和季節(jié)平均值計算出了冷卻盤管的逐時冷負荷。其次，制冷機組的制冷性能和室外空氣溫度的變化和COP的承擔的部分負荷變化被考慮進來。部分負荷比被定義為：PLR= Qchil/Qchil，full（1）</p><p>　　這里Qchil是制冷機的逐時冷負荷，大約等于冷卻盤管每小時的負荷，Qchil，full是冷凝器的全部冷負荷。自動控制系統(tǒng)的制冷機組，將依靠PLR的值為壓縮機選擇一個合

28、適的操作步驟。在制冷季節(jié)的21個月里，利用生產(chǎn)商和室外逐時溫度提供的數(shù)據(jù)通過在電源要求下控制室外逐時冷負荷來決定是滿負荷還部分負荷運轉。利用辛普森積分法可以把平均季節(jié)冷負荷計算出來。利用冷卻盤管的冷負荷求出的平均季節(jié)冷負荷和季節(jié)平均每小時部分負荷比，壓縮機的季節(jié)平均負荷被測定出來。最后，從Qchil,av,Pchil,av運行時的相應負荷，可以計算出季節(jié)性能源的消耗，也就是，制冷機組的經(jīng)營成本。</p><p>

29、　　表6和表7分別給出了制冷機組在當前組和ASHRAE_04, ASHRAE_1 and ASHRAE_2的季節(jié)平均運營成本。季節(jié)平均每小時部分負荷比，季節(jié)平均每小時操作步驟，季節(jié)平均每小時電能消耗也都在表中給出。制冷機組的壓縮機在實際運行中通常處于部分負荷運行情況，因為冷負荷的變化。從表6可以看出，從選定的當前組制冷系統(tǒng)的運行1小時，在第2步（ 25-50 ％ ） ， 4 h在第3步（ 50-75 ％ ）及四小時，在第4步（ 75 -

30、100 ％ ）。在樣本ASHRAE_04,ASHRAE_1 and ASHRAE_2組中，制冷系統(tǒng)運行1小時，在第2步（ 20-40 ％ ），4 h在第3步（ 40-60 ％ ）和5 h在第4步（ 60-80 ％ ）。</p><p>　　因此，制冷系統(tǒng)在整個制冷季節(jié)從來沒有滿負荷運轉過。根據(jù)ASHRAE組數(shù)據(jù)計算的空調系統(tǒng)，其初始投資比當前組數(shù)據(jù)設定的系統(tǒng)減少了8%。不過，依據(jù)當前組數(shù)據(jù)設定的空氣處理系統(tǒng)在實際

31、運行中與按比例控制的基本上沒有區(qū)別。這是因為制冷系統(tǒng)的壓縮機是根據(jù)負荷的大小按比例來進行運行的這一事實。但是，如果制冷機組與負荷是已選定而不是按比例運行的，則其運營成本比當前組低了大約5%。</p><p>　　當該控制系統(tǒng)與同一設計數(shù)據(jù)比較時，它的開關控制系統(tǒng)的運營成本比當前組數(shù)據(jù)大12%，比按比例控制的ASHRAE數(shù)據(jù)組大6%。在計算開關系統(tǒng)在實際運行時的經(jīng)營成本時，假設最高啟動負荷比額定的高5倍。</

32、p><p><b>　　8. 結論</b></p><p>　　在這項研究中，室外設計條件對空調系統(tǒng)系統(tǒng)和冷負荷的影響被研究出來了。很明顯可以看出來室外氣候條件是計算冷負荷的一個因素。在土爾其阿達納的樣本建筑物的大約一半的冷負荷來源于建筑物圍護結構，受天氣影響很重。研究結果表明，目前土爾其使用的用來設計和選擇空氣空調系統(tǒng)的戶外設計條件一般都很嚴格。暖通空調設備設計負荷過大

33、不符合經(jīng)濟原則，因為它會導致空調系統(tǒng)初次投資和經(jīng)營成本同時增加。</p><p>　　可以看到，制冷機組的控制系統(tǒng)是一個空調系統(tǒng)重要的組成部分，是一個節(jié)省能源很重要的方面。根據(jù)實際經(jīng)營條件，暖通空調系統(tǒng)運行于部分負荷，因此，能效高的設備應該被選中。工程師和建筑設計師應該選擇和評估適當?shù)膽敉庠O計條件，在可接受的風險水平之下根據(jù)他們的應用選擇最佳的空氣調節(jié)設備。在暖通空調系統(tǒng)的設計和選型階段，設計師和工程師和工程師也