通风空调设备用蒸发冷却节能技术的研究

论文摘要

蒸发冷却空调机组自90年代末已经在我国新疆地区得到广泛使用，用于取代传统机械制冷。而单元式蒸发冷却空调机也自2002年开始逐渐在广东地区用于大空间工业厂房作为通风降温设备使用。当前能源短缺已成为影响国内乃至世界经济发展的重要因素。目前，我国有大量的工业厂房，其特点是空间大，而且内部往往有内热源存在，有的工业生产过程中还会产生一些有毒、有害气体，随着GBZ1—2002《工业企业设计卫生标准》等相关标准的提出，采用自然通风降温的方法已很难达到相关标准的要求，而采用传统机械制冷空调则投资、运行费用高，空气质量差，而蒸发冷却设备以其自身的特点，优于传统通风降温设备和机械制冷空调。另一方面，随着经济增长，大量的摩天大楼矗立在中国的大城市中，大楼里的照明、暖气、空调造成电力供应紧张，使得大楼过度消耗、浪费能源。最糟糕的是，大楼外面涂着银色或金色的反光玻璃薄膜使得周围气温大大提高，进一步加大了能源的消耗。这种情形下，蒸发冷却设备与机械制冷相结合使用的优势再一次得到突显。因此，本文对填料中直接蒸发冷却设备的热质交换机理进行了理论与实验研究。主要工作如下：1．在分析已有模型的基础上，针对各种类型的蒸发冷却淋水填料，建立了直接蒸发冷却设备无量纲数学模型。该模型是三个偏微分方程组成的方程组。计算中，避开了直接求解对流换热系数αa和气／水接触面积A，而是求两者的乘积αaA。结果显示偏微分方程组的数值解与实验测试值的误差很小。2．建立了BP神经网络模型并结合大量实验数据对模型进行训练，用部分实验数据对模型进行验证，结果显示建立的神经网络模型对蒸发冷却性能的预测结果良好。其次，在建立边界层理论模型中，考虑了动量源项的影响以减小数学模型和实际问题之间的偏差。3．为了验证理论模型的可靠性并进一步深入了解实际蒸发冷却过程中的热、质传递情况，自建了蒸发冷却填料测试实验台，并对影响填料性能的参数进风干球温度t1、进风相对湿度φ1、风速v、循环水水温tw1、阻力Δp、填料厚度δ做了测试。实验结果表明，风速小，效率高，但处理风量小，填料厚度（块数）增大，效率明显升高，但阻力也明显上升。进风干球温度t1、进风相对湿度φ1、循环水水温tw1和湿球温度ts在定风速时对效率影响不明显。淋水量足够大就可，主要应考虑布水均匀性。实验结果与理论计算趋势十分吻合。4．对通风空调用单元式蒸发冷却设备在非干燥地区普通工业厂房和有内热源的大空间工业厂房中的应用做测试，结果显示其节能、环保效果明显，在非干燥地区工业厂房、车间中可以作为通风降温设备推广使用。5．对通风空调用单元式直接蒸发冷却设备及蒸发冷却空调系统提出优化设计措施，以提高其降温和节能效果。以上研究为蒸发冷却空调处理设备的设计和实际应用提供了相应的理论基础和依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 蒸发冷却技术进展
• 1.2.1 直接蒸发冷却（DEC）
• 1.2.2 间接蒸发冷却（IEC）
• 1.2.3 两级蒸发冷却（IEC+DEC）
• 1.2.4 复合（多级）蒸发冷却
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外
• 1.3.2 国内
• 1.3.3 小结
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 直接蒸发冷却设备数学模型的建立及求解
• 2.1 直接蒸发冷却设备无量纲数学模型的建立
• 2.1.1 模型建立
• （1） 湿空气、水的质量平衡方程
• （2） 空气能量平衡方程
• （3） 水的能量平衡方程
• （4） 偏微分方程组
• 2.1.2 参数确定
• （1） 空间坐标无量纲化
• （2） 变量无量纲化（温度、含湿量）
• （3） 填料冷却效率公式
• a和A的确定'>（4） 参数α_a和A的确定
• 2.2 模型求解与结果分析
• 2.2.1 计算
• （1） 空气温度在填料中的变化过程
• （2） 空气含湿量在填料中的变化过程
• （3） 循环水水温在填料中的变化过程
• （4） 设备内部空气含湿量、温度的分布
• 2.2.2 数值解与实验测试值的对比
• 2.3 本章小结
• 第三章 神经网络模型的建立及边界层理论模型的改进
• 3.1 神经网络模型的提出
• 3.1.1 BP神经网络算法
• （1） 正向传播
• （2） 反向传播
• 3.1.2 网络结构设计
• （1） 隐含层层数确定
• （2） 隐含层的神经元数确定
• 3.1.3 网络训练及预测结果分析
• （1） 训练
• （2） 分析及讨论
• （3） 权值矩阵和偏置
• 3.2 边界层理论模型的改进
• 3.2.1 控制方程
• 3.2.2 边界条件
• 3.2.3 模型分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 实验研究
• 4.1 实验研究目的
• 4.2 实验台建立
• 4.3 测试仪器及实验方案
• 4.3.1 测试仪器
• 4.3.2 测点布置
• 4.3.3 实验方案
• 4.4 实验数据处理及实验结果分析
• 4.4.1 数据处理
• 4.4.2 实验结果分析
• （1） 风速v的影响
• 1的影响'>（2） 进风干球温度t₁的影响
• s的影响'>（3） 进风湿球温度t_s的影响
• 1的影响'>（4） 进风相对湿度φ₁的影响
• p关系'>（5） 风速v与阻力Δ_p关系
• （6） 淋水量的影响
• （7） 循环水温度的影响
• （8） 三维曲面分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 蒸发冷却设备及系统的优化设计
• 5.1 直接蒸发冷却设备优化设计
• 5.2 集中式蒸发冷却系统的优化设计
• （1） 集中式蒸发冷却系统
• （2） 夏季控制过程
• （3） 冬季控制过程（定露点控制）
• 5.3 半集中式蒸发冷却系统
• （1） 系统结构
• （2） 传统风机盘管+新风系统
• （3） 风机盘管+蒸发冷却新风系统
• 5.4 本章小结
• 第六章 蒸发冷却节能设备在工业厂房中的应用
• 6.1 蒸发冷却节能设备在我国各区域的适用性分析
• 6.2 在我国非干燥地区工业厂房中的应用分析
• 6.3 应用案例一
• （1） 经过直接蒸发冷却设备处理前后空气相对湿度比较
• （2） 经过直接蒸发冷却设备处理前后空气温度比较
• （3） 空气相对湿度与冷却效率、空气温降的关系
• 6.4 应用案例二
• （1） 电厂除尘空压机房
• （2） 选择降温设备
• （3） 室内负荷计算
• （4） 测试结果及分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 7.1 研究结论
• 7.2 创新点
• 7.3 不足之处
• 7.4 建议
• 参考文献
• 作者攻读博士学位期间发表的学术论文及专利申请
• 致谢