一種基于流量冷量關系模型的風機盤管冷量計量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于流量冷量關系模型的風機盤管冷計量方法，基于風機盤管結(jié)構(gòu)、送風量、供水流量，從而確定其內(nèi)外表面熱交換系數(shù)，進而確定其傳熱系數(shù)，根據(jù)供水溫度設定風機盤管機器露點溫度，進而確定風機盤管所能提供的換熱效率系數(shù)和接觸系數(shù)，進而確定風機盤管進口空氣濕工況對應的干工況，進而確定風機盤管處理空氣需要的換熱效率系數(shù)，進而確定風機盤管出口空氣濕工況對應的干工況，再利用能量守恒原理，最終得到基于流量測量后的風機盤管供冷末端的供冷量。該方法不需進行供熱供回水溫度差測量，使得操作步驟更加簡潔、設備故障率低、安裝更加方便、利于節(jié)能、可靠性高，且該方法經(jīng)過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)驗證，準確度較高。
【專利說明】一種基于流量冷量關系模型的風機盤管冷量計量方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及冷量計量領域，特別涉及一種主要應用于風機盤管供冷末端的基于流 量計量的冷量計量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 風機盤管是通過機組內(nèi)的風機不斷的再循環(huán)室內(nèi)空氣，使空氣通過冷水（熱水） 盤管后被冷卻（加熱），以達到維持室內(nèi)空氣溫度恒定的目的。風機盤管是中央空調(diào)系統(tǒng)理 想的末端，在我國民用及工業(yè)建筑領域被廣泛使用，是應用最為廣泛的供冷末端。隨著我國 熱計量工作的進行，通過計量獲得的節(jié)能效果顯而易見。隨著我國高檔住宅建筑的大量建 設，中央空調(diào)系統(tǒng)大量應用到住宅建筑中，冷量計量的需求也逐漸顯現(xiàn)出來。
[0003] 為了保證夏季室內(nèi)的舒適性，中央空調(diào)系統(tǒng)需要向室內(nèi)提供維持室內(nèi)溫濕度的冷 量。根據(jù)計量參數(shù)選取的不同，目前國內(nèi)已有的冷量計量方法可以分為以下幾類：水側(cè)測量 計量法、風側(cè)冷量計量法、計時法、面積冷負荷指標法、實時冷負荷計算法。水側(cè)測量計量法 的原理與熱量表計量原理相同，通過實時監(jiān)測供水流量及供回水溫度來進行計量。計量精 度高。但安裝復雜，投資較高，不適用于既有建筑改造。風側(cè)冷量計量法計量裝置簡單易實 現(xiàn)，計量誤差在20%左右，但濕度傳感器易老化，設備更換頻繁，只適用于定流量系統(tǒng)，冷量 調(diào)節(jié)范圍有限。計時法簡單方便易于實現(xiàn)，但由于未考慮供水溫度及流量變化，且以額定制 冷量為基礎進行計量，誤差較大。面積冷負荷指標法簡單易行，但計量精度較低，不能激勵 用戶的自主節(jié)能行為。實時冷負荷計算法計量精度高，但計算過程復雜，且室內(nèi)熱源變化 較大時，誤差較大。
[0004] 采用干濕轉(zhuǎn)換法，對于送風量，供水量，供水溫度相同的同一風機盤管，如果某一 千工況的進出風口焓值及接觸系數(shù)與某一濕工況的進出風口焓值及接觸系數(shù)相同，則稱這 個千工況為該濕工況的等價干工況。
[0005] 如圖1所示：1、2點分別為風機盤管進出口干球溫度，3點為機器露點。過3點的 等含濕量線與1、2點的等焓線交于1'、2'點。
[0006] 由干濕轉(zhuǎn)換法原理可知，對于同一風機盤管，當送風量G，供水量W和進水溫度twl 相等時，干工況1 z -2 z為濕工況1_2的等價千工況。
[0007] 干濕轉(zhuǎn)換法經(jīng)過嚴密熱力學推導驗證，將風機盤管濕工況轉(zhuǎn)換為千工況。在進行 風機盤管傳熱系數(shù)計算過程中，避免了析濕系數(shù)的求解，大大簡化了風機盤管傳熱系數(shù)求 解過程。


【發(fā)明內(nèi)容】

[000S] 本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有冷量計量方法的共同缺點，尤其針對在進行冷量計 量時要進行溫度的多點測量這一缺點，提出一種應用于風機盤管供冷末端的基于流量冷量 關系模型的冷計量方法，在精確計量冷量、合理解決現(xiàn)存冷量計量方法共同存在的問題的 前提下，特別地，不需進行溫度的多點測量，使得計量更加簡潔、設備故障率低、安裝更加方 便、利于節(jié)能、可靠性高。
[0009] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0010] -種基于流量冷量關系模型的風機盤管冷計量方法，該方法包括下述步驟：
[0011]步驟1 :根據(jù)風機盤管結(jié)構(gòu)、風機盤管風速檔位開關位置，確定風機盤管結(jié)構(gòu)參 數(shù)，送風量Gid，設定風機盤管供水溫度twl、室內(nèi)空氣溫度狀態(tài)（tuj， dij);
[0012]步驟2 :根據(jù)風機盤管結(jié)構(gòu)及其在室內(nèi)的分布情況，確定風機盤管內(nèi)部阻力變化 特性，得到在該種分布情況下風機盤的流量分配系數(shù)μ id，進而根據(jù)總流量獲得流過風機 盤管的流量值qmij ;
[0013]步驟3 :根據(jù)上述流過風機盤管的流量值qmU、風機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定風機盤管 內(nèi)表面熱交換系數(shù)α ηυ ;
[0014]步驟4 :根據(jù)風機盤管送風量Gi」、風機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定風機盤管外表面熱交換 系數(shù)a wij ;
[0015]步驟5 :根據(jù)步驟3得到的風機盤管內(nèi)表面熱交換系數(shù)α⑷、步驟4得到的外表面 熱交換系數(shù)確定風機盤管在干工況下的傳熱系數(shù)Kij ;
[0016]步驟6 :根據(jù)室內(nèi)空氣狀態(tài)（tUj，扎），假定風機盤管機器露點溫度t3ij、確定風機 盤管濕工況對應的干工況空氣狀態(tài)t' ;
[0017] 步驟7 :根據(jù)步驟2得到的風機盤管供水流量qinij、步驟4得到的風機盤管外表面 熱交換系數(shù)a wij、步驟5得到的風機盤管傳熱系數(shù)Kid、風機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)、送風量確定 風機盤管所能提供的換熱效率系數(shù)e Hj、接觸系數(shù)e2ij;
[0018] 步驟8 :根據(jù)上述風機盤管所能提供的接觸系數(shù)ε 2ij、步驟6得到的干工況狀態(tài) t' uj、機器露點溫度t3ij，確定風機盤管進行空氣處理所需要的換熱效率系數(shù)^^;
[0019] 步驟9 :判斷上述風機盤管進行空氣處理所需要的換熱效率系數(shù)與步驟7得到 的風機盤管所能提供的換熱效率系數(shù)ε Uj，若兩者之差滿足計算精度要求，則說明風機盤 管機器露點溫度t3y.假設正確，否則，重復步驟6 ;
[0020] 步驟10 :根據(jù)能量守恒定律，確定第（i，j)臺風機盤管供冷量Qij及用戶內(nèi)所有風 機盤管的總供冷量仏。
[0021 ] 得到的總供冷量Qi就是基于流量冷量關系模型的風機盤管冷量計量的冷量計量 值。
[0022] 進一步地，所述步驟2根據(jù)總流量獲得流過風機盤管的流量值q_，按如下過程 進行：
[0023] (2a)根據(jù)風機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定風機盤管局部阻力系數(shù)ξυ、風機盤管管徑 dnij ;
[0024] (2b)根據(jù)上述風機盤管局部阻力系數(shù)ξ w風機盤管換熱盤管管徑dnU，根據(jù)風機 盤管之間串并聯(lián)關系，得到風機盤管的流量分配系數(shù)μ ^;
[0025] 見式：2· 307 v。0.251。μ μ Σ ξ = const
[0026] 其中

【權(quán)利要求】
1. 一種基于流量冷量關系模型的風機盤管冷量計量方法，其特征在于，該方法包括下 述步驟： 步驟1 :根據(jù)風機盤管結(jié)構(gòu)、風機盤管風速檔位開關位置，確定風機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)，送 風量Gy設定風機盤管供水溫度twl、室內(nèi)空氣溫度狀態(tài)（t山，dij); 步驟2 :根據(jù)風機盤管結(jié)構(gòu)及其在室內(nèi)的分布情況，確定風機盤管內(nèi)部阻力變化特性， 得到在該種分布情況下風機盤的流量分配系數(shù)μ m進而根據(jù)總流量獲得流過風機盤管的 流量值qmij ; 步驟3 :根據(jù)上述流過風機盤管的流量值q^、風機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定風機盤管內(nèi)表 面熱交換系數(shù)a nij ; 步驟4 :根據(jù)風機盤管送風量Gp風機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定風機盤管外表面熱交換系數(shù) Q wij ； 步驟5 :根據(jù)步驟3得到的風機盤管內(nèi)表面熱交換系數(shù)步驟4得到的風機盤管外 表面熱交換系數(shù)awU，確定風機盤管在干工況下的傳熱系數(shù)Kg ; 步驟6 :根據(jù)室內(nèi)空氣狀態(tài)（tlu，屯）、假定風機盤管機器露點溫度t3U，確定風機盤管 濕工況對應的干工況空氣狀態(tài)t' nj ; 步驟7 :根據(jù)步驟2得到的風機盤管供水流量q^、步驟4得到的風機盤管外表面熱交 換系數(shù)α __、步驟5得到的風機盤管傳熱系數(shù)Κ^、風機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)、送風量Gu，確定風機 盤管所能提供的換熱效率系數(shù)ε w、接觸系數(shù)ε 2ij ; 步驟8 :根據(jù)上述風機盤管所能提供的接觸系數(shù)ε 、步驟6得到的干工況狀態(tài)t' nj、 機器露點溫度t3ij，確定風機盤管進行空氣處理所需要的換熱效率系數(shù); 步驟9 :判斷上述風機盤管進行空氣處理所需要的換熱效率系數(shù)?；；與步驟7得到的風 機盤管所能提供的換熱效率系數(shù)ε w，若兩者之差滿足計算精度要求，則說明風機盤管機 器露點溫度t3y.假設正確，否則，重復步驟6 ; 步驟10 :根據(jù)能量守恒定律，確定風機盤管供冷量Qu及用戶內(nèi)所有風機盤管的總供冷 量Qi。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流量冷量關系模型的風機盤管冷量計量方法，其特征在 于，所述步驟2根據(jù)總流量獲得流過風機盤管的流量值q^，按如下過程進行： (2a)根據(jù)風機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定風機盤管局部阻力系數(shù)ξρ風機盤管換熱盤管管 徑 dnij ; (2b)根據(jù)上述風機盤管局部阻力系數(shù)ξρ風機盤管換熱盤管管徑d_，根據(jù)風機盤管 之間串并聯(lián)關系，得到風機盤管的流量分配系數(shù)μ ij; 見式：2· 307 vj2%，。7\。.25/(1山°.25切 J Σ ξ u = const
其中："(f :1· 9 v u為第（i，j)臺風機盤管內(nèi)流體的運動粘度系數(shù)，m2/s ; L為第（i，j)臺風機盤管換熱盤管長度，m ; qm為流量表所測供水干管總流量值，kg/h ; (2c)根據(jù)上述各風機盤管的流量分配系數(shù)μ υ，得到流過風機盤管的流量值〇^; 見式：Qmij = I1 ijQm 其中：qmij為流過第（i，j)臺風機盤管的供水流量值，kg/h。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于流量冷量關系模型的風機盤管冷量計量方法，其特征在 于，所述第（i，j)臺風機盤管Vu表示某層第i戶第j臺風機盤管，l<i< n，l< j<m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流量冷量關系模型的風機盤管冷量計量方法，其特征在 于，所述步驟3確定風機盤管內(nèi)表面熱交換系數(shù)按如下過程進行： (3a)根據(jù)流過風機盤管的流量值qjj、風機盤管換熱盤管管徑，由流速流量之間的 關系，確定風機盤管換熱盤管內(nèi)流體流速Vij ;
其中：900為換算系數(shù)； P為流體密度，kg/m3 ; dnij為第（i，j)臺風機盤管換熱盤管內(nèi)徑，m ; (3b)根據(jù)上述風機盤管換熱盤管內(nèi)流體流速Vij，由雷諾數(shù)定義式，得到盤管內(nèi)流體的 雷諾常數(shù)ReiJ ;
其中：為流過第（i，j)臺風機盤管換熱盤管的流體流速，m/s ; (3c)根據(jù)上述風機盤管換熱盤管內(nèi)流體的雷諾常數(shù)Reij，根據(jù)圓管內(nèi)流體流動準則方 程，得到盤管內(nèi)流體的努謝爾特數(shù)NUij ;
其中：Refb_為第（i，j)臺風機盤管換熱盤管內(nèi)流體雷諾數(shù)； Prfu.為第（i，j)臺風機盤管換熱盤管內(nèi)流體普朗特數(shù)； 為第（i，j)臺風機盤管管壁溫度下普朗特數(shù)； (dnij/l)2/3為修正盤管長度的影響； (3d)根據(jù)上述風機盤管換熱盤管內(nèi)流體的努謝爾特數(shù)N_，根據(jù)對流換熱系數(shù)定義式， 得到風機盤管內(nèi)表面熱交換系數(shù)anij ;
其中：NuU為第（i，j)臺風機盤管換熱盤管內(nèi)流體努謝爾特數(shù)； Awij為第（i，j)臺風機盤管換熱盤管內(nèi)流體導熱系數(shù)，WAmK)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流量冷量關系模型的風機盤管冷量計量方法，其特征在 于，所述步驟4確定風機盤管外表面熱交換系數(shù)a __，按如下過程進行： (4a)根據(jù)風機盤管送風量Gp風機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到風機盤管最窄界面處風速 Vmaxij * 見式：Vmaxij - SlijSfijVyij/ ( (Slij_dQij) (Sfij- δ fij)) 其中：slu為第（i，j)臺風機盤管換熱盤管管中心距，m ; sfij為第（i，j)臺風機盤管換熱盤管肋間距，m ; Vyij為第（i，j)臺風機盤管迎面風速，m/s ; dQij為第（i，j)臺風機盤管換熱盤管管外徑，m ; S fij為第（i，j)臺風機盤管換熱盤管肋片厚度，m ; (4b)根據(jù)上述風機盤管最窄界面處風速vmaxip根據(jù)雷諾數(shù)定義式，得到風機盤管風側(cè) 的雷諾數(shù)ReaiJ ; 見式：Μ，,=
其中^為第（i，j)臺風機盤管最窄界面處風速，m/s ; vaij為流過第（i，j)臺風機盤管換熱盤管空氣運動粘度系數(shù)，m2/s; cU為當量直徑，m;
(4c)根據(jù)上述風機盤管風側(cè)的雷諾數(shù)Re#得到風機盤管風側(cè)努謝爾特數(shù)NuaiJ ; 見式：Nuaij = CReaijg (Laij/de(liJ)s 其中：Re#為第（i，j)臺風機盤管風側(cè)雷諾數(shù)； Laij為第（i，j)臺風機盤管沿氣流方向肋長，m; C、g、s 為準則方程系數(shù)；C = Α(1· 36-0. 24Reaij/1000); g = 0. 45+0. 0066Laij/deqij ；s = -〇. 28+0. 08ReaiJ/1000 ； A = 0. 518-0. 02315 (LaiJ/deqiJ)+0. 000425 (LaiJ/deqiJ) 2-3 X 10^6 (LaiJ/deqiJ)3 ； (4d)根據(jù)上述風機盤管風側(cè)努謝爾特數(shù)Nuaip利用努謝爾特數(shù)定義式，得到風機盤管 外表面熱交換系數(shù)a wij ;
其中：b為準側(cè)方程系數(shù)，當風機盤管換熱盤管為順排管簇時取b = 1，當風機盤管換熱 盤管為叉排管簇時取b = 1.2 ; Nu@為第（i，j)臺風機盤管風側(cè)空氣努謝爾特數(shù)； Aaij為第（i，j)臺風機盤管風側(cè)空氣導熱系數(shù)，WAmK)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流量冷量關系模型的風機盤管冷量計量方法，其特征在 于，所述步驟5確定風機盤管在干工況下的傳熱系數(shù)1^，按如下過程進行： (5a)根據(jù)風機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到風機盤管肋表面全效率？V ; 見式：= 1 - Λ? '(/―? + /rf!； )(1 - "!；) 其中：ffu_為第（i，j)臺風機盤管換熱盤管單位管長肋片面積，m2 ; fdij為第（i，j)臺風機盤管換熱盤管肋片間管子外表面積，m2; n ij為第（i，j)臺風機盤管換熱盤管肋效率； (5b)根據(jù)上述風機盤管肋表面全效率、步驟3得到的風機盤管內(nèi)表面熱交換系數(shù) α _、步驟4得到的風機盤管外表面熱交換系數(shù)α __、風機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)，忽略風機盤管管 壁導熱系數(shù)，得到風機盤管在干工況下的傳熱系數(shù)Kg ;
其中：a wij為第（i，j)臺風機盤管外表面熱交換系數(shù)，WAm2°C ); 為第（i，j)臺風機盤管肋表面全效率； τ υ為第（i，j)臺風機盤管肋化系數(shù)； a nij為第（i，j)臺風機盤管內(nèi)表面熱交換系數(shù)，WAm2°C )。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流量冷量關系模型的風機盤管冷量計量方法，其特征在 于，所述步驟6確定風機盤管濕工況對應的干工況空氣狀態(tài)t' w，按如下過程進行： (6a)根據(jù)室內(nèi)空氣狀態(tài)（tnj，屯），根據(jù)濕空氣焓值計算公式，得到室內(nèi)空氣狀態(tài)焓 值； 見式：iu = 1. 01^+(2500+1. 其中：L為室內(nèi)空氣焓值，kj/kg ; 為室內(nèi)空氣溫度，°C; du為室內(nèi)空氣含濕量，kg/kg ; (6b)根據(jù)風機盤管供水溫度twl，假定風機盤管機器露點溫度t3U，得到風機盤管機器 露點含濕量d3ij ; 見式：d3ij = 0· 〇2〇473t3i/+0. l〇3746t3ij+4· 47862 其中：t3ij為第（i，j)臺風機盤管機器露點溫度，°C ; (6c)根據(jù)上述室內(nèi)空氣狀態(tài)焓值、風機盤管機器露點含濕量d3ij，利用濕空氣焓值計算 公式反推，得到室內(nèi)空氣濕工況對應的干工況空氣狀態(tài)t' nj。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流量冷量關系模型的風機盤管冷量計量方法，其特征在 于，所述步驟7確定風機盤管所能提供的換熱效率系數(shù)接觸系數(shù)，按如下過程進 行： (7a)根據(jù)步驟2得到的供水流量〇^、步驟4得到的風機盤管內(nèi)表面熱交換系數(shù)awij、 步驟5得到的風機盤管傳熱系數(shù)Km風機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)、送風量Gy得到風機盤管所能提供 的換熱效率系數(shù)ε nj、接觸系數(shù)ε 2ij ;
其中：β" = (Κ#υν(6#ρ)，= (GuCpVkucJ ; L為第（i，j)臺風機盤管在干工況下的傳熱系數(shù)，WAm2°C ); Fu為第（i，j)臺風機盤管總換熱面積，m2 ; Gu為第（i，j)臺風機盤管送風量，m3/h ; cp、cw分別為空氣定壓比熱和冷水定壓比熱，J/(kg°C )。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流量冷量關系模型的風機盤管冷量計量方法，其特征在 于，所述步驟8確定風機盤管進行空氣處理所需要的換熱效率系數(shù)^;，按如下過程進行： (8a)根據(jù)上述風機盤管能提供的接觸系數(shù)、步驟6得到的風機盤管機器露點溫度 t3ij、室內(nèi)空氣濕工況對應的干工況空氣狀態(tài)t'nj，利用接觸系數(shù)熱工計算公式，反推得出 風機盤管出風口濕工況對應的干工況空氣狀態(tài)t' 2ij ; 見式：t 2ij - t Iij_ ε 2ij (t lij_t3ij) 其中：t' nj為第（i，j)臺風機盤管入口空氣濕工況對應干工況溫度，°c ; ε 2ij為第（i，j)臺風機盤管所能提供的接觸系數(shù)； t3ij為第（i，j)臺風機盤管機器露點溫度，°C ; (8b)根據(jù)上述風機盤管出風口濕工況對應的干工況空氣狀態(tài)t'2ij，利用風機盤管換熱 效率系數(shù)熱工計算公式，得到風機盤管進行空氣處理所需要的換熱效率系數(shù)
其中：t'2ij為第（i，j)臺風機盤管出口空氣濕工況對應干工況溫度，°C ; twl為第（i，j)臺風機盤管供水溫度，°C。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于流量冷量關系模型的風機盤管冷量計量方法，其特征 在于，所述步驟10確定風機盤管供冷量Qu及用戶內(nèi)所有風機盤管的總供冷量％，按如下過 程進行： (l〇a)根據(jù)步驟9的判斷，確定風機盤管進行空氣處理濕工況對應的干工況狀態(tài) (t lij， 2ij); (l〇b)根據(jù)上述風機盤管干工況狀態(tài)（t' lu，t' 2ip，利用能量守恒公式，得到風機盤 管的供冷量Qij; 見式：Q。· = VpU' nj-t'2iJ) 其中：t' nj為第（i，j)臺風機盤管入口空氣狀態(tài)對應干工況干球溫度，°C ; C 2ij為第（i，j)臺風機盤管出口空氣狀態(tài)對應干工況干球溫度，°C ; (l〇c)根據(jù)上述風機盤管的供冷量Qm利用系統(tǒng)能量守恒公式，得到用戶內(nèi)所有風機 盤管的總供冷量Qi;
其中：P為系統(tǒng)冷量修正系數(shù)，由現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)確定； Qu為房間內(nèi)第（i，j)臺風機盤管供冷量，W。
【文檔編號】G06F19/00GK104298888SQ201410565712
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】王智偉, 閆清, 楊鋒斌, 閆增峰 申請人:西安建筑科技大學