1、 共 8 页 第 页1运行压力对新夏季空调系统性能的影响摘要：对夏季蒸汽空调系统在不同压力下的性能进行了研究，把结果与大气蒸汽的夏季空调系统相比较，并且提出一种夏季空调系统，这种系统改变了传统夏季蒸汽空调的运转。对这个被提出的在不同压力下的系统性能进行了定量的研究，还对传统系统和改造系统的性能进行了比较。结果发现压力变化严重影响着传统蒸汽系统的效率，而压力变化对改造系统来说却略有改变。式中：h焓 （kJ/kg） p压力（Pa）水蒸气全压（Pa） 干球温度时饱和水蒸气压力（Pa）vp vsW湿度比（g/kg） 气体常数（J/kg.K）aRT温度（K） 干球温度（K）dbT露点温度（K） 湿球温度
2、（K）dp wpv比容（ ） kgm/3希腊字母相对湿度1 介绍在文献1-10里叙述了不同的夏季空调系统，下面是其中的几个例子：1.户外干热条件下的夏季空调系统：如图 1 所示，这个系统由降温（1-2）和等焓加湿（2-3）这两个过程组成。这个系统被用于干热户外条件。这个系统的设备布置和共 8 页 第 页2工况变化过程见图 1 所示。2.加热、加湿户外条件的夏季空调系统：见图 2，这个系统包括显冷却和潜冷却相结合的过程（1-2）组成。以便把空气输送到低湿度的设计环境，冷却盘管会把温度降低到低于室内设计环境的湿度。结果，空气需被微热处理（2-3）来把它的干球温度送到室内所需的设计温度。这个系统需
3、要的设备布置和工况变化过程如图 2 所示。3.混合式夏季空调系统：见图 3，这个系统包括混合过程（3-4）和显冷却过程（4-5） 。设备布置和工况变化过程见图 3 所示。4.带除湿机的夏季空调系统：当室外是热湿环境时，在冷却盘管的表面上会有蒸汽冷凝的可能。结果，当盘管表面温度低于 0时有可能在冷却盘管上结霜。为了避免在冷却盘管性能的减少，在空气经过空调房间之前需要安装一个除霜系统，空气也需要再加热。这增加了压缩机功率成本，制冷系统也变的更复杂，更昂贵。为了避免除霜问题，在进行冷却过程（2-3）之前插入了一个绝热的除湿机（1-2） ，如图 4。此图表示了在这个系统中的设备和工况变化过程。共 8
4、页 第 页3(5)夏季蒸发冷却空调系统：如图 5 所示，这个系统由一个独立的过程组成，这个过程是等焓蒸发冷却过程（1-2） 。这个系统适用于加热、干燥室外设计条件。由于没有制冷机组和压缩机所需的电力消耗，所以这个系统的原始成本和运行成本非常低，设备布置和工况变化过程如图 5 所示。由于它的原始成本和运行成本低，这个蒸发冷却系统很受人们的关注，尤其在加热和干燥室外条件方面。这个优点已经激发我们做出一个被改造的蒸发冷却系统。这个被改造的蒸发冷却系统改善了传统蒸发冷却的热性能，只是成本略有所增，见图5。2 分析如图 6 所示，上面提出的被改造的蒸发冷却系统由如下几个过程组成：1、绝热干燥过程（1-2
5、）：在这个过程中，吸收或吸附材料被用于除去空气中的水分。常见的吸收物质有 和 ，常用吸附性材料有硅酸。应该说明的是那些42SOH3N吸收物质能通过室外的干热空气来使之受热而再生。2、通过热交换器显冷过程（2-3）：在这个过程中，是通过进入换热器与室外空气交换热量来使经除湿的空气达到与室外接近的温度（在工况 1 处） 。另外，通过与室外空气混合来使经干燥空气的温度降低至接近室外空气的温度。还有一个办法就是， 共 8 页 第 页4经除湿的热空气可以与经处理的低于室外温度的空气换热，结果，工况 3 的干球温度会比工况 1 的干球温度低。3、加湿过程（3-4）：在 3-4 过程中，把周围环境的水喷射入
6、经干燥的空气中，使之达到室内设计条件，从以上的描述中明显的看出，经改造后的系统与传统的蒸汽系统不同，改造系统包括第一个干燥过程 2-3，这个干燥过程是在热交换器中进行的而没有制冷系统。干燥过程的结果是，干空气能够携带更多的喷淋水；由于从携带喷淋水的干空气中吸收了更多的潜热，所以可以获得更低的温度。传统的蒸发冷却系统由过程 3-4 组成。如图 6 所示，在传统过程中，如果对空气直接加湿，在过程 1-5 中，能达到 ，然后系统产生工况 5，这比经改造的系统45所产生的干球温度还要高，见图 6。在此值得一提的是，经改造的蒸发系统的耗费比传统的蒸发系统的耗费稍微高些，因为增湿器和换热器会带来附加费用。
7、诸如吸收剂和吸附剂这样的物质价格不贵而且能够被再循环使用。例如，像硅石这样的吸附剂通过利用室外的干热空气使之干燥而被再次循环使用。相对来说在过程当中所使用的热交换器价格并不高，而且能够被一个既简单又直接的混合过程所替代，这个混合过程是从加湿器出来的相对热空气与来自于周围环境的相对冷空气混合的程。3 数学分析为了研究被介绍的改造蒸汽系统的改良之处，我们做了定量的使用，并介绍一个描述改造系统的数学模型。下面是描述全过程特性的方程式：（1）adbvRTp（2）0.62VPW(3)().vs(4)()1532.WdbwvPT（5）(7)86(7)2501.3dbdbhT(6)9.()2323.159.
8、W wbwbTLnLnT共 8 页 第 页5(7)1()6789()5.031()2323. 29.5dpv dpTPLnLnT(8)()().(). .vs dbdb公式（1-8）包含 10 个未知数，有 ， ，W， ， ，h，v 和 。这表TwpvwpdpT明在每个步骤中，如果给出两个条件，那么其他八个特性就能被估算出来。为得到系统特性的定量描述，过程如下：1.根据任何两个已知参数和公式（1-8） ，可以得到所有室外设计条件，通常这些已知参数是 和 。dbT2.在除湿机出口处能获知两个参数，那就是焓 和相对湿度 。焓 = ，因为2h22h1除湿过程是一个等焓过程，相对湿度是一个设计参数，它
9、由除湿过程的程度所决定。通过让室外空气穿过一个装有吸收剂或吸收材料的长孔柱状物，除湿程度会有所增加。其余特性用公式（1-8）能被估算出。3.在热交换器出口处会有两个参数被获知。这就是湿度比 和干球温度 ，温3W3dbT度比 = ，因为在这个过程中空气中蒸汽含量不变。同时，干球温度 是一个由3W2热交换器效率决定的设计参数。用高效率的热交换器，可以达到干球温度 。另外，1db不用使用热交换器，而是以某种方法在 和 之间，通过把工况2下的干空气与工1dbT况1下的室外空气相混合，来获得具有干球温度的空气。4.在增湿器出口处可获得两个参数，这就是焓 和相对湿度 ，焓 = ，因4h44h3为增湿过程是
10、一个绝热过程，相对湿度是一个设计参数，它被选择合适的增湿程度所控制。通过增加增湿程度可以获得较低的干球温度，用 ， 和公式（1-8）可计算42出系统出口的干球温度和其他参数。我以下面的方式来研究传统蒸汽系统的特性：1.根据任何两个已知特性和公式1-8，可以获得所有的室外设计条件。2.在除湿器出口处可获取两个参数，这就是焓 和相对湿度 。 = ，因为增2h2h1湿过程是一个等焓过程，相对湿度是一个被通过选择合适的增湿程度所控制的参数。只要用两个已知参数就能把公式1-8中相对应的每一个公式用数字的方式解答出其余未知。我们定义了制冷系数（COP）来作为运行风机所需电力的净制冷作用效率。在传统系统中这
11、被定义为： pmTcCOPaT在改造系统中比在传统系统中大得多，而P在改造系统中比在传统稍微大些。结果，改造系统比传统系统有较好的COP。共 8 页 第 页64 结果图7显示了传统蒸发系统在不同的压力下入口干球温度 对出口干球温度 的1dbT2dbT影响。从这个图可以明显地看出，无论干球入口温度是多少（ =1%） ，压力从1atm降低至约5kPa时，会引起出口干球温度降低约19。同时，我们也观察到相同的趋势，当 =5%时，增加入口相对湿度，系统性能会有所减，并会使压力线非常密，这样就减1小了压力对系统性能的影响。图8表示了 对传统蒸汽系统的影响，很容易看出， 降低会导致系统性能降低，2 2p例
12、如，当 =100%，入口干球温度 =30时，出口干球温度从 在100kPa和5kPa之1dbT2dbT间的差额约为4.9。图9表示了改造系统中在不同压力下入口干球温度 对出口干球温度 的影响。1db4db从图中很明显地看出，当压力下降时，在任何已知入口干球温度的 条件下出口干球温度 开始增加。这次温度上升幅度非常小，低温时看不出来有什么变化，当入口4dbT干球温度增加时，开始逐渐增加。. 共 8 页 第 页7图10表示出口相对湿度对系统性能的影响，可以欲知，改变压力的缩减量对出口相对湿度 的变化没有太大的影响，而在任何压力下，出口相对湿度对系统性能有相4当大的影响。图11研究了除湿器出口相对湿
13、度改变时所带来的影响。很明显，2增加除湿器入口湿度 ，减小压力2差作用，很难看出有什么变化。但当除湿器出口相对湿度 =1%时，我2们能看出压力变化的影响是最显著的，尤其是在入口干球温度 在低1dbT温时，此处压力降低会引起出口干球温度上升。例如，压力为10kPa、入口干球温度 为25、出口干球1dbT温度为 为7.1与压力为80kPa、4入口干球温度 为25、出口干球温度为 为5.3，这两组数据所构成的点温差1dbT4dbT为1.8。这可以说明，除湿器相对湿度 随着压力变化对改变出口干球温度 有着2 4dbT最重要的影响。5.结论这篇文章对在不同压力下蒸发空调系统和新夏季空调系统的运行进行了研
14、究。用共 8 页 第 页8一个数学建模来描述两个系统在不同压力下的性能。建成这个模型之后，对蒸汽系统的性能作了定量的研究，并对在不同压力下的性能和在大气压下的性能进行了比较。结果发现，在低压下的性能约提高了100%，并发现入口处和出口处的相对湿度是两个主要参数，它们对在不同压力下的性能有着重要的影响，而且随着入口干球温度的增长系统性能却下降，除非入口湿度不变、湿度也非常低。而对新夏季空调系统来说压力影响非常小，有时是无关紧要的，且也不总有某个趋势。在最好的条件下，系统性能能增长8%，同时也发现除湿器出口相对湿度是影响性能的主要参数。参考文献1. S. C. Arora and S. Domku
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