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1、空调房间内热能在传递过程中能耗 实验研究 郑州聚能节能工程技术有限公司 娄伟 娄山 郑州市颖达热力工程设计院 李沛林 摘要：空调热传递在室内实际上是经过二级传递，一级由末端装置传到室内空气，二级由室内空 气传至围护结构，笔者设计并组装了二套不同方式的空调末端装置，一套是普通的风机盘管系统，另一 套是直接冷却围护结构，通过试验探索空调末端装置在室内能量传递的特性。 关健词：空调热能传递、能耗、显热交换 1 问题的提出 众所周知，建筑物的显热传递通过围护结构传导和辐射散热传入室内，再通过围护结构对流散热 传导到室内空气。由于室内空气本身热容量很小，大部分热量被蓄存于围护结构中。在空调运行时，空 调
2、末端装置，通常是先输出冷气流冷却室内空气，再通过室内的低温空气降低围护结构的温度。因此空 调的热传递在室内，实际上是经过二级传递，一级由末端装置传到室内空气，另一级由室内空气传至围 护结构。在空调能耗的研究中，对上述空调能量传递的过程中，一级传递所产生能耗的研究较多，研究 人员对诸如风机盘管等末端装置的热交换效率作了大量测试， 标准的风机盘管测试台， 精确地测得风机 盘管内的热交换效率，而忽略了房间内的空气与围护结构的热交换效率。 基于以上问题，笔者设计了以下实验，组装二套不同方式的空调末端装置空调系统。一套按通常 空调方式以风机盘管作末端装置，一套采用通水壁板，直接冷却围护结构。在同样的只作
3、显热交换的工 况下，将室内空气降至试验时的规定温度，通过对实验测试结果的分析，探索空调末端装置在室内能量 传递的特性。 2 实验方案与实验装置 实验装置的设计： 实验装置如图 1 所示： 冷水箱管道泵调节阀通水壁板温度计热电偶温度计风机盘管流量计电动二通 阀平衡管供水管回水管冷冻水供水管溢流管温度计 本实验装置由二套系统组成。 风盘系统由冷水箱 1000X1000X2000mm、管道泵、风机盘管及相应的水系统测量装置。由于本实 验要求风机盘管只有显热交换的工况下，室内达到指定的 28.5，仅有一台风机盘管的热交换量不够， 因此，在原本装有一台 FP-5 风盘的房间中，又增加一台 FP-8 的风
4、盘及相应的测量装置。 通水壁板系统为 2 吨的冷水箱、管道泵、通水壁板及相应的水系统测量装置组成，通水壁板由三 合板、12 塑料软管、50 离心玻璃棉及塑料薄膜组成，塑料软管以 120mm 间距固定在三合板上， 试验房间四周墙壁上的 2200 高度内均匀布置通水壁板。 本实验做了二组不同工况下的能量消耗试验，一组是不断地调整试验的系统中的水量及水温，实 现在仅有显热的交换的先决条件下， 以最小的供水温度与试验指定 28.5室温的温差， 使室内达到并保 持试验室温。再分别测量出二系统的水流量，供、回水温及围护结构温度。另一组是在均为显热的交换 工况下同时运行二系统的瞬时能耗变化及稳定状态下能耗。
5、 实验的调节装置 实验中需调整供冷水温、供冷水量。 供冷水温调整： 本试验装置利用中央空调的 9冷水源及自来水， 混合流入 2 吨以上的生活水箱做 冷源，试验时调整自来水和冷水比例，即可得所需要水温，同时由于水箱存水量较实验系统循环水量大 得多，所以调整后的冷水水温较稳定，整个试验期间水温波动0.1， 水量调整：调整管道泵前的调节阀，即可调整水量。 实验的测试装置 实验中需要采集记录的数据有室内的空气温度、围护结构内的温度、实验的系统供、回水温度、 流量等。 室内空气温度的测量 本实验在所测的房间内均匀布置四个测量点，每个测量点在 1.8m、1.2m、0.6m 处分别放置0.1 的温度计，实验
6、时用人工采集，初始状态每四分钟记录一次，稳定状态 20 分钟记录一次。采用时取 各点平均数值。 围护结构内的温度测量 本实验在外围护结构不同的深度钻 6 个孔，每个孔设置一对铜-康铜 T 形热电偶，再将孔用保温材 料填实。数据采集是使用美国惠普公司生产的 Agilent34970A 采集/开关单元数据采集系统完成的。 系统供、回水温度监测 本实验在试验系统的供回水管上装有0.1温度计，同时在水箱的供回水处分别设置三对热电偶 温度计，以连续采集系统的供回水温度。 流量测量 实验中，选用水表和秒表组成的流量测量系统，通过测量和计算获得两个系统的冷媒水的平均流 量和管道泵的质量流量。 瞬间耗能量测定
7、 通过冷媒水的供回水温差和流量计算获得。 3 实验分析 按照实验步骤，在室外温度 37.3，相对湿度 68%时。试验系统首先分别提供 25冷水，观察室 内降温和风机盘管，通水壁板是否结露。运行一段时间后，再逐步降低供水温度，和调整水量，直至室 内温度达 28.5，直接观察风机盘管和通水壁板未有冷凝水。所获得数据如下表所示。 表 1 风盘系统及通水壁板系统温度测定表 风盘系统 通水壁板系统 流量 升/分钟 31.635.5 进水温度 19.722.4 回水温度 20.923.2 室内平均温度 28.728.6 壁面温度 29.127.8 从表 1 可知，风盘系统干式运行供冷水温度 19.7，与室
8、内温度温差 9。直接冷却供冷水温度 22.4，与室内温度温差 6.4。 表 2 围护结构各点温度 位置 1 2 3 45678 风机盘管 38.3 36.2 35.4 33.232.23130.229.2 冷温壁板 38.3 36.7 36.1 35.232.430.229.127.8 注：在墙体由外至内均布 8 个位置点，其中位置 1 为墙体最外侧，位置 8 为墙体最内侧。 第二组试验在室外温度 37.7，相对湿度 69%。试验系统风盘系统供水流量 31.6 升/分钟，温度为 19.7。通水壁板供水流量 35.5 升/分钟，温度 22.4。同时开机并采集数据，获得二种空调方式，房 间内温度变
9、化，如图 2 所示，系统供回水温度变化，围护结构温度瞬间耗能等参数如图 3 所示。 图2:房间温度变化图 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 051015202530354045505560 时间(分) 温度 图3 冷温瞬时耗能 0 200 400 600 800 1000 0 10 20 30 40 50 70 时间(s) 冷量(w) 风 机 盘 管 冷 温 从图 2 可知，二种方式的空调室内温度降低。 从图 3 可看出在系统初始运行时， 风盘系统运行随着室温的降低逐步减少供回温差， 在 50 分钟后， 保持 1.2。通水壁板系统运地初期供回水温差较大，为 3.
10、4，随着围护结构温度降低，供回水温差逐 步减少，在系统运行 30 分钟后，保持温差 0.8。 在初始运行时， 风盘系统空调耗能要小于通水壁板耗能。 在稳定运行状态下， 风盘系统耗能 170748 卡/小时，通水壁板耗能 127872 卡/小时。 4 结论 4.1 在本实验条件下，室外温度 37.7，湿度 69%，室内温度 28.5。末端装置显热交换，采用风机盘 管，在室内二次热交换方式，空调耗能 170748 卡/小时，采用通水盘管一次热交换，空调耗能 127872 卡/小时。实验数据显示，室内二次热交换增加空调耗能 24.2%。 4.2 实验数据显示，风机盘管热交换，空调冷源 19.7，与室
11、内 28.7温度差 9.0。通水壁板空调冷 源 22.4，室内温度 28.6，温差 6.7。二次热交换冷源与空调达到温度的温差要大于一次热交换冷 源与空调达到的温差。 4.3 实验表明空调热传递在室内存在二级热传递，二级传递增加了空调能耗。 参考文献 (1) 吕崇德. 热工参数测量与处理. 北京:清华大学出版社，2001 (2) 汪荣鑫. 数理统计，西安交通大学出版社，1996 (3) 叶卫平. 方安平. 于本方. Origin7.0 科技绘图及数据分析. 北京机械工业出版社，2004 (4) 徐征. 低温辐射供冷方式设计问题的探讨. 全国暖通空调制冷学会文集，2006 (5) 郁惟昌. 影响干工况运行的各种因素. 暖通空调，2007.37(10):76-79 娄伟，男，1970 年 11 月生，工程师，地址：河南郑州大河锦江饭店 2501 室，邮政编码：450003, 电话：13603714030 传真： （0371）67265481, E-mail:louweihome
