蒸发冷却空调系统对新风中粒子及室内环境影响研究

作     者：肖璐 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜震宇

授予年度：2021年

学科分类：080705[工学-制冷及低温工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：直接蒸发冷却 淋水填料 气溶胶粒子 脱除效率 排风口 二氧化碳 

摘      要：人在室内的停留时间在一生中占比较大,室内空气品质显著影响人的身心健康和工作效率。合理的通风可以通过新风更替室内陈旧的空气,保证室内空气的新鲜度。直接蒸发冷却技术是通过水蒸发来冷却空气,当水蒸发时,它从周围的空气中吸收热量,因此空气被冷却,降温后的空气可作为室内送风。直接蒸发冷却空调不仅可以调节室内温湿度,而且还可以脱除掉空气中的气溶胶粒子,与传统人工制冷除湿空调相比更经济节能。新风粒子浓度直接影响室内空气品质,新风通过淋水填料段可以降低其中的粒子浓度,进而可以稀释室内的粒子浓度至较低的水平。层式送风具有送风路径短、通风能效高的特点。蒸发冷却与层式送风的结合确保在较高的送风温度下满足室内的舒适度。本文利用Workbench 2020R1平台进行建模、网格划分、结合用户自定义函数并行计算。基于多孔介质模型,建立了直接蒸发冷却填料的二维数值模型,模拟了不同淋水密度、迎面风速和粒径下淋水填料对新风中粒子的脱除效率。基于RNG k-e模型模拟湍流流场,拉格朗日离散相模型模拟粒子的运动场,建立了教室的三维数值模型。对于人员密度大的教室,考虑人员呼吸过程的二氧化碳浓度,分析在不同排风口的位置布置下的室内二氧化碳浓度分布、粒子浓度分布、热舒适、平均空气龄的分析,分析粒子随气流的迁移路径,确定最佳的排风口布置位置。通过Rosin-Rammler分布确定山西省太原市大气中粒子的粒径分布。对淋水填料脱除大气中粒径区间为1-10μm的气溶胶粒子的效率进行了数值计算。结果表明:当迎面风速和淋水密度恒定,随着粒子粒径的增加,粒子的穿透率依次递减;当粒径和迎面风速恒定,粒子的穿透率均随淋水密度的增加而减小;当粒径和淋水密度恒定,粒子的穿透率均随迎面风速的增加而增大。对不同排风口位置布置的教室室内环境的模拟,结果表明:排风口的位置反映室内气流组织的差异,影响室内空气品质,排风口位置在工作区顶部中间区域的效果最佳;逐时变化的室内热环境能满足热舒适,呼吸区的二氧化碳浓度及粒子浓度满足规范要求。