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全热换热器新风机组风道流场数值模拟优化及噪声特性研究

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全热换热器新风机组风道流场数值模拟优化及噪声特性研究

作者：洪玉华浙江理工大学

学位级别：硕士

在实现碳达峰、碳中和及追求高质量经济发展的道路上,一方面人们对室内空气品质的要求不断提高,另一方面政府也在积极倡导节能减排,这造成了改善室内空气品质与节能减排之间的矛盾。全热换热器新风机组作为解决这个矛盾的理想设备之一,... 详细信息

在实现碳达峰、碳中和及追求高质量经济发展的道路上,一方面人们对室内空气品质的要求不断提高,另一方面政府也在积极倡导节能减排,这造成了改善室内空气品质与节能减排之间的矛盾。全热换热器新风机组作为解决这个矛盾的理想设备之一,具有广阔的应用前景,备受国内外的关注。与一般风道流场相比,全热换热器新风机组因全热换热器芯体和离心风机的存在使得内部流场流动状况复杂,本文主要采用数值模拟的方法,使得内部流场可视化,结合实验与理论分析结论,对全热换热器新风机组进行风道流场和噪声特性的研究,论文主要工作如下:(1)本文对全热换热器新风机组风道流场进行了简化,对单新风流域流场进行了三维稳态数值模拟分析,详细分析了机组内部流场截面处的压力场、速度场及流线分布,以及机组整体和离心风机箱体内部的速度矢量分布情况,为深入研究全热换热器新风机组风道空间的三维流动情况提供了参考依据。同时对机组出口流量进行实验测量,验证了流场模型的准确性。(2)基于稳态流场信息,提出了改变离心风机在箱体内轴向位置的结构优化方案,并进行仿真模拟,模拟结果表明,离心风机在箱体内往y轴负方向偏移20 mm是最优方案,在机组3种转速下,转速2472 r/min下流量提高最多,为16 m/h,提高了10.5%。并将模拟得到的优化方案流场与原型流场进行比较,分析机组流量提高的原因:优化方案使得叶轮蜗舌附近高静压区域减小,近蜗舌区域流道上的流动分离减少,同时叶轮进口处区域低压区的压力相对更低,更便于气流被吸进入叶轮流道内部;平衡风机两叶轮入口处的气流,使得气流速度沿轴向分布更加均匀,中心区域低速区面积减小;箱体内整体涡旋范围得到了有效控制,箱体左侧入口处的涡旋基本消除,减少了涡流损失。(3)本文在离心风机在箱体内往y轴负方向偏移20 mm结构优化方案基础上提出添加导流片来改善离心风机入口气流的均匀性,设计四种不同偏转方向的导流片,仿真模拟结果显示采用混合偏转方向的导流片能提高机组流量最多,与未采用导流片的机组流量相比,转速2582 r/min下流量增加最多,为5 m/h,提高了2.8%。分析未采用导流片和分别采用四种导流片机组的流场,发现采用混合导流片的机组离心风机箱体入口面处气流沿x轴正方向速度分量最大,有利于气流进入箱体,同时离心风机箱体入口处均匀性较未添加导流片机组也有所提高。(4)对全热换热器新风机组气动声源进行理论分析,将偶极子声源作为主要气动声源。对机组进行噪声实验测试,测点处噪声在中低频段有较大的声压级。采用Fluent宽频噪声模型得出机组表面的偶极子声源分布,三个转速下机组内部最大表面声功率级出现在离心风机叶轮表面,并且采取两种优化措施后的机组最大表面声功率级要小于机组原型。以叶轮表面为噪声源,开启FW-H方程的声比拟模型计算得到测点处的噪声频谱与噪声声压级,声压级数值与实验相接近,优化后的机组测点噪声声压级低于机组原型。

关键词：新风机组非对称双吸前向离心风机内部流场数值模拟气动噪声

垂直土壤—空气换热器与新风机组耦合系统研究

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垂直土壤—空气换热器与新风机组耦合系统研究

作者：张哲宁北京建筑大学

学位级别：硕士

目前建筑能耗占比已超过全球各个领域能源消耗总量的三分之一,为降低传统暖通空调系统所带来的建筑能耗,各种被动式技术与可再生能源的利用正在逐渐增加,地热能作为最常见的可再生能源之一,已经受到了各国广泛地关注。土壤-空气换热器（... 详细信息

目前建筑能耗占比已超过全球各个领域能源消耗总量的三分之一,为降低传统暖通空调系统所带来的建筑能耗,各种被动式技术与可再生能源的利用正在逐渐增加,地热能作为最常见的可再生能源之一,已经受到了各国广泛地关注。土壤-空气换热器（EAHX）系统作为地热能应用的技术热点之一,在降低被动式低能耗建筑冷热负荷方面具有明显的潜力,但传统水平式EAHX系统因存在占地面积较大、浅层土壤温度不稳定、冷凝水难以集中排出、无法满足建筑室内送风温度要求等问题而造成应用推广困难。为解决这些问题,本文提出了一种垂直土壤-空气换热器（VEAHX）系统及其与新风机组耦合系统,研究内容基于数值分析和实验研究。本文首先提出了一种VEAHX系统,提出的VEAHX系统相较于现有的EAHX系统具有占地面积更小、深层土壤换热更充分、冷凝水更易收集排出等优势。为优化VEAHX系统的相关参数并提升其实际应用潜力,基于ANSYS Fluent平台建立了VEAHX系统的数值模型,并通过现有文献中的实验数据对该数值模型进行了验证。验证结果表明,数值计算结果与实验数据在夏季和冬季所对应的最大绝对值相对误差分别为8.1%和7.2%。基于建立的VEAHX系统数值模型,研究了不同因素对系统热性能的影响。研究结果表明,风管材料对系统热性能的影响可基本忽略,但考虑到系统整体的使用年限,更推荐使用不锈钢或球墨铸铁材料。风管在出口段处敷设保温层后可以适当减小风管间距,保温层的厚度和长度分别宜为30mm和3m。风管直径越大,其对系统热性能的削弱就越明显,但此时系统运行时的COP较大,然而较小的风管直径无法满足建筑室内新风量需求,风管直径宜为150mm-200mm。风管深度越大,空气流经风管时的沿程阻力损失就越大,同时,空气流经风管时的速度大小决定了系统送风风机的能耗,此时应综合考虑系统的热性能、能耗大小以及建造成本。地下水渗流可以有效消除系统因长期运行而导致风管周围土壤热量/冷量堆积的问题,更有利于系统的换热。为满足被动式低能耗建筑室内送风温度和人员热舒适性要求,本文提出了一种VEAHX耦合新风机组系统,在VEAHX系统数值模型的基础上耦合建立了新风机组数值模型,并通过搭建两室法实验平台进行相关实验验证,验证结果表明,数值计算结果与实验数据的最大绝对值相对误差基本均在10%以内。基于建立的数值模型研究了耦合系统的实际热性能,研究结果表明,耦合系统可基本承担被动式低能耗建筑室内的冷热负荷,并可在一定程度上视为建筑物的独立冷热源。系统在冬季最大可提供约30℃的温升,同时可将其出口空气温度保持在18℃-20℃,夏季保持在22℃-24℃。系统对室外空气温度波动起到了很好的平抑作用,这种平抑作用随着时间的延长更为明显,该作用可以增强室内人员的热舒适性。本文提出的VEAHX系统及其与新风机组耦合系统可大大降低传统暖通空调系统所带来的建筑能耗,研究内容对提出系统的进一步优化具有一定的指导意义,并为其进一步推广应用提供了可能性。

关键词：土壤-空气换热器垂直风管数值研究换热性能新风机组

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新风机组的PM2.5过滤性能综合评价研究

新风机组的PM2.5过滤性能综合评价研究

作者：王晓飞重庆大学

学位级别：硕士

随着工业的发展,大气污染日益严重,悬浮在空气中的颗粒物不仅影响空气的能见度,还会对人体造成危害,因而受到广泛的关注。2011年以来,我国中东部地区雾霾天气频繁出现,细颗粒物（PM2.5）开始进入公众视野。虽然PM2.5只是室外大气中很少... 详细信息

随着工业的发展,大气污染日益严重,悬浮在空气中的颗粒物不仅影响空气的能见度,还会对人体造成危害,因而受到广泛的关注。2011年以来,我国中东部地区雾霾天气频繁出现,细颗粒物（PM2.5）开始进入公众视野。虽然PM2.5只是室外大气中很少的一部分,但是其粒径较小,往往携带大量有毒害物质,能够长时间停留在大气中,持续影响空气质量和人体健康。对于设有集中空调通风系统的建筑来说,室外空气一般都需要经过空调系统处理后送入室内。为了从源头上控制PM2.5,有效降低室内PM2.5浓度,本研究对不同等级过滤器的PM2.5过滤性能进行了研究,并针对不同地区的PM2.5污染现状,提出适用的过滤器组合方案,并对其性能进行综合评价,为新风机组的设计选型提供参考和借鉴。本文首先对过滤器的机理和特性进行阐述,并对其影响因素进行了分析和研究。然后按照国内外相关标准的要求,设计并搭建了新风机组过滤性能实验台。利用该实验台,测试了不同等级过滤器对PM2.5的过滤效率及阻力值,并绘制了风量阻力曲线。通过对实验数据的分析可以看出各等级过滤器对PM2.5的计数效率均略大于计重效率。在对过滤器进行选型计算时,建议采用计重效率,使其与PM2.5控制的相关标准保持一致。其次,根据单个过滤器的过滤性能,设计了过滤器组合方案,研究了两级、三级组合方案对PM2.5的计重效率。当两级组合方案不能满足要求时,可以对新风进行三级过滤,使其综合效率进一步升高。在此基础上,对过滤器的寿命进行了理论计算,给出了不同组合条件下,末级过滤器寿命的相对变化。最后,结合室外PM2.5污染情况,给出了具体算例,综合考虑不同方案的效率、阻力、寿命和成本等因素,对适用方案进行综合评价,从而确定最佳方案。本文通过对过滤机理的理论研究,阐述了过滤器的特性指标,并对其影响因素进行了分析,利用新风机组过滤性能实验台对过滤器的PM2.5过滤性能进行实验研究,给出了不同等级过滤器对PM2.5的计数和计重效率,为进一步分析计数效率和计重效率的关系,提供基础数据。在此基础上,分析了不同过滤器组合方案的各评价指标,为新风机组的设计选型提供参考,具有实际应用价值。

关键词：新风机组 PM2.5 过滤效率综合评价设计选型

双冷源新风机组的送风参数控制实验与Modelica仿真研究

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双冷源新风机组的送风参数控制实验与Modelica仿真研究

作者：刘佳莉长安大学

学位级别：硕士

温湿度独立控制空调系统作为近几年集中空调系统的新趋势,主要通过新风机组送入含湿量较低的室外新鲜空气降低室内空气含湿量以及室内CO浓度,实现对建筑热环境和湿环境的调控。由于新风负荷在空调负荷中的占比高,节能潜力显著,对其实施... 详细信息

温湿度独立控制空调系统作为近几年集中空调系统的新趋势,主要通过新风机组送入含湿量较低的室外新鲜空气降低室内空气含湿量以及室内CO浓度,实现对建筑热环境和湿环境的调控。由于新风负荷在空调负荷中的占比高,节能潜力显著,对其实施优化控制尤为重要。为实现送风参数的有效控制,满足室内湿度和空气质量的要求,新风机组需要不断改变运行状态以适应动态变化的室内外参数。另外,为了充分挖掘不同梯次冷源的优势,实现对送风参数更精确地控制,双冷源新风机组也逐渐应用于实际工程领域,其采用高温和低温两种不同温度的冷冻水双级换热处理新风,空调系统的显热负荷和部分湿负荷主要通过高温表冷器换热去除,而低温冷源负责降低空调系统的大部分潜热负荷,这种新风处理方式可以大大提高新风机组的除湿能力,比传统方式更节省运行能耗。如果新风机组按照设计工况运行,提供固定的冷量,势必在一定程度上造成能量浪费,所以新风机组变工况运行是必要的,为此,通过调节高低温能量阀的开度,探究了高、低温表冷器单独使用以及同时使用时,不同水量对送风参数的影响特性;在保持高、低温表冷器水流量不变的情况下,调节新风机转速,研究不同新风量对送风参数的影响特性。在上述这两种情况下,同时观察室内新风送风参数变化,发现高、低温能量阀同时开启且高温阀开度在40%、低温阀开度在70%和高温阀开度在10%、低温阀开度在100%这个区间变化时对室内的温湿度调控效果最佳且系统运行能耗较低,除此之外,无论是变水量参数实验还是变风量参数实验,其高、低温冷冻水侧能耗和整体能耗都比常规运行状态要小10%左右,具有较高的节能潜力。为进一步探究双冷源新风机组的特性,本文利用Open Modelica和Mworks这两个软件,搭建了基于Modelica的双冷源新风机组的仿真模型,按照和实验相同变水量和变风量环境参数设置,对比高、低能量阀进出口水温和室内新风送风参数,发现高温冷冻水出口水温误差约为6%,低温冷冻水出口水温误差不超过2%,说明模型对低温侧的仿真更精准,室内新风送风温湿度以及含湿量的误差均在10%以内,这是由于高温侧模型没有考虑到外界环境散耗的部分热量。除此以外,在此模型的基础上加入了PID控制模块,实现新风机组出口送风状态参数控制。在改变风量的情况下观察高低温冷冻水侧各自出口流量的变化,与实验变风量运行策略下的高低温冷水机组的能耗作比较,发现基于PID控制的运行策略节电率和节能率变化是一致的,总能耗和总电耗均可节省10%左右,而且相对于高温冷水机组来说,低温冷水机组更节能省电。

关键词：新风机组双冷源变工况运行策略 Modelica

温湿度独立控制空调系统双冷源新风机组送风参数控制策略研究

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温湿度独立控制空调系统双冷源新风机组送风参数控制策略研究

作者：岳雪强长安大学

学位级别：硕士

温湿度独立控制空调系统(简称THIC空调系统)是一种新的中央空调系统形式和设计理念。THIC空调系统中新风机组需要承担全部的室内潜热负荷,新风送风参数的调控效果对新风机组的除湿能力和运行能耗至关重要。其中,双冷源新风机组可以利用... 详细信息

温湿度独立控制空调系统(简称THIC空调系统)是一种新的中央空调系统形式和设计理念。THIC空调系统中新风机组需要承担全部的室内潜热负荷,新风送风参数的调控效果对新风机组的除湿能力和运行能耗至关重要。其中,双冷源新风机组可以利用两种不同工作温度的冷冻水处理新风,可提高能源的利用率,大大提高系统的能效比,更好适应室内湿负荷变化。但是常规新风机组按照设计的进风参数和出风参数定工况运行,按照固定的新风冷负荷提供冷量。而新风机组实际运行过程中,室外新风参数一直在变化,室内湿负荷也在发生变化,并且新风冷负荷大部分时间低于设计工况,这使得新风机组提供的冷量大于房间除湿所需,增加机组能耗。如果新风机组能够变工况运行,根据室外新风参数和室内湿负荷的变化调整冷冻水流量,进而使新风送风参数恰好满足房间除湿需求,便可以降低新风机组的整体能耗,这对提高能源利用率、精确控制新风送风参数具有重要意义。为此,本研究提出了一种高、低温冷冻水根据房间湿负荷需求提供冷量的双冷源新风机组送风温湿度控制策略,以应对室外新风焓值变化和室内湿负荷变化;编写用于控制双冷源新风机组送风温湿度的Python程序。该程序可通过湿负荷和新风量计算出送风温湿度和高、低温冷负荷,并根据高、低温冷负荷控制冷冻水提供的冷量。物理实验结果显示,所提策略可对能量阀、风机进行有效调控,实现高、低温冷冻水冷量与高、低温冷负荷相匹配,达到实时控制新风送风温湿度的目标;与常规新风处理方式相比,在定送风参数实验中,全天高、低温冷冻水冷量分别可减少6.7 k Wh、2.1 k Wh,在变送风参数实验中,全天高、低温冷冻水冷量分别可减少9.8 k Wh、6.5 k Wh。为探讨双冷源新风机组的变风量运行策略,搭建了双冷源新风机组仿真模型,对按室内人数和按室内CO浓度变新风量的控制策略进行仿真模拟。通过对比室内温湿度、机组运行能耗的实际数据和模拟数据,验证了模型的准确性;在此基础上构建了按室内人数和按室内CO浓度变新风量的控制策略,二楼西侧办公室的夏季设计日9:00～18:00模拟结果显示,与常规双冷源新风机组运行方式相比,按室内人数和按室内CO浓度变新风量的运行策略可分别节省风量23%、40%,节省能耗26.32 k Wh、33.85 k Wh。

关键词：温湿度独立控制双冷源新风机组送风参数控制策略

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医院楼宇自控系统设计探讨

绿色建造与智能建筑 2023年第9期 78-80页

作者：宋茜云景利学甘肃省建筑设计研究院有限公司兰州730030

以某医院项目为例,基于“碳达峰、碳中和”背景,智能建筑时代导向及可持续发展理念,阐述了医院项目中楼宇自控系统建设的规范依据,提供了冷热源监控原理图,以期为同行设计人员提供参考。

关键词：医院楼宇自控新风机组空气处理机组冷热源

间接蒸发冷却新风机组净化室内PM2.5特性

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安全与环境学报 2020年第1期20卷 238-243页

作者：刘鹏卢军方超李无言贵州大学土木工程学院贵阳550025 重庆大学城市建设与环境工程学院重庆400045

为有效降低室内PM2.5,指导间接蒸发冷却新风机组的设计选型,推导了新风机组净化效力和净化能效评价指标的数学表达式,并利用自行研制的间接蒸发冷却新风机组,分析了2种过滤器在不同运行工况下净化PM2.5的特性。结果表明,MERV 7+16和MERV... 详细信息

为有效降低室内PM2.5,指导间接蒸发冷却新风机组的设计选型,推导了新风机组净化效力和净化能效评价指标的数学表达式,并利用自行研制的间接蒸发冷却新风机组,分析了2种过滤器在不同运行工况下净化PM2.5的特性。结果表明,MERV 7+16和MERV 7+13的计数效率均随颗粒物粒径增加而提高,且前者的计数效率高于后者;由于滤材的不同,MERV 7+16的初阻力更小。MERV 7+16的渗透系数更小,其净化效力也要大于MERV 7+13;由于PM10在室内的自然沉降作用更显著,过滤器对PM10的净化效力明显大于PM2.5和PM1。将室内新风负荷作为新风机组能耗的一部分,在对比天津和南宁地区新风机组的净化能效时发现,由于两地区冬季室外温度存在明显差异,导致处于天津地区的新风机组若要在冬季获得同等的洁净空气量,需付出更多的能耗代价。

关键词：环境工程学 PM2.5 评价指标新风机组间接蒸发冷却

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串列式双蒸发温度新风机组的性能研究

流体机械 2020年第6期48卷 84-88页

作者：翁文兵刁海健范志伟上海理工大学环境与建筑学院上海200093 上海理工大学上海200093

本文通过对双蒸发温度制冷循环的理论分析发现,随着高低压级蒸发温度差的提高,双蒸发温度制冷系统与单蒸发温度系统的制冷量和COP比值逐渐增大。在新风空气处理应用中,串列式双蒸发温度新风系统存在最佳高低压气缸容积比,在容积比0.8~1.... 详细信息

本文通过对双蒸发温度制冷循环的理论分析发现,随着高低压级蒸发温度差的提高,双蒸发温度制冷系统与单蒸发温度系统的制冷量和COP比值逐渐增大。在新风空气处理应用中,串列式双蒸发温度新风系统存在最佳高低压气缸容积比,在容积比0.8~1.3的情况下,系统COP最高。进一步样机实验测试,结果表明:在新风工况下,双蒸发系统45 Hz的工作频率就可以获得单蒸发系统55 Hz的制冷量,样机功率降低17%。

关键词：双蒸发温度新风机组 COP

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基于被动房建筑的新风机组性能试验研究

流体机械 2018年第7期46卷 64-68页

作者：陈剑波陈莹江盼上海理工大学上海200093

针对我国典型的寒冷地区被动房建筑的基本要求以及传统全热交换器的弊端,研发了一台具有制冷、制热、全热回收功能的新风机组。为满足不同季节被动房对新风温湿度变化时控温除湿需求,提出了不同工况下的运行控制模式。在焓差试验室测试... 详细信息

针对我国典型的寒冷地区被动房建筑的基本要求以及传统全热交换器的弊端,研发了一台具有制冷、制热、全热回收功能的新风机组。为满足不同季节被动房对新风温湿度变化时控温除湿需求,提出了不同工况下的运行控制模式。在焓差试验室测试了新风机组的制冷性能和全热回收性能。试验结果表明,机组达到设计技术参数,运行可靠,能高效运行,且在各个工况均能够满足国家相关规定的要求。本文的试验数据可以为今后相关产品的开发和实际推广提供一定的借鉴与参考。

关键词：新风机组被动房寒冷地区性能试验可靠性高效