一种基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于流量冷量关系模型的风机盘管冷计量方法，基于风机盘管结构、送风量、供水流量，从而确定其内外表面热交换系数，进而确定其传热系数，根据供水温度设定风机盘管机器露点温度，进而确定风机盘管所能提供的换热效率系数和接触系数，进而确定风机盘管进口空气湿工况对应的干工况，进而确定风机盘管处理空气需要的换热效率系数，进而确定风机盘管出口空气湿工况对应的干工况，再利用能量守恒原理，最终得到基于流量测量后的风机盘管供冷末端的供冷量。该方法不需进行供热供回水温度差测量，使得操作步骤更加简洁、设备故障率低、安装更加方便、利于节能、可靠性高，且该方法经过现场实测数据验证，准确度较高。
【专利说明】一种基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冷量计量领域，特别涉及一种主要应用于风机盘管供冷末端的基于流 量计量的冷量计量方法。
【背景技术】
[0002] 风机盘管是通过机组内的风机不断的再循环室内空气，使空气通过冷水（热水） 盘管后被冷却（加热），以达到维持室内空气温度恒定的目的。风机盘管是中央空调系统理 想的末端，在我国民用及工业建筑领域被广泛使用，是应用最为广泛的供冷末端。随着我国 热计量工作的进行，通过计量获得的节能效果显而易见。随着我国高档住宅建筑的大量建 设，中央空调系统大量应用到住宅建筑中，冷量计量的需求也逐渐显现出来。
[0003] 为了保证夏季室内的舒适性，中央空调系统需要向室内提供维持室内温湿度的冷 量。根据计量参数选取的不同，目前国内已有的冷量计量方法可以分为以下几类：水侧测量 计量法、风侧冷量计量法、计时法、面积冷负荷指标法、实时冷负荷计算法。水侧测量计量法 的原理与热量表计量原理相同，通过实时监测供水流量及供回水温度来进行计量。计量精 度高。但安装复杂，投资较高，不适用于既有建筑改造。风侧冷量计量法计量装置简单易实 现，计量误差在20%左右，但湿度传感器易老化，设备更换频繁，只适用于定流量系统，冷量 调节范围有限。计时法简单方便易于实现，但由于未考虑供水温度及流量变化，且以额定制 冷量为基础进行计量，误差较大。面积冷负荷指标法简单易行，但计量精度较低，不能激励 用户的自主节能行为。实时冷负荷计算法计量精度高，但计算过程复杂，且室内热源变化 较大时，误差较大。
[0004] 采用干湿转换法，对于送风量，供水量，供水温度相同的同一风机盘管，如果某一 千工况的进出风口焓值及接触系数与某一湿工况的进出风口焓值及接触系数相同，则称这 个千工况为该湿工况的等价干工况。
[0005] 如图1所示：1、2点分别为风机盘管进出口干球温度，3点为机器露点。过3点的 等含湿量线与1、2点的等焓线交于1'、2'点。
[0006] 由干湿转换法原理可知，对于同一风机盘管，当送风量G，供水量W和进水温度twl 相等时，干工况1 z -2 z为湿工况1_2的等价千工况。
[0007] 干湿转换法经过严密热力学推导验证，将风机盘管湿工况转换为千工况。在进行 风机盘管传热系数计算过程中，避免了析湿系数的求解，大大简化了风机盘管传热系数求 解过程。
【发明内容】
[000S] 本发明的目的在于，针对现有冷量计量方法的共同缺点，尤其针对在进行冷量计 量时要进行温度的多点测量这一缺点，提出一种应用于风机盘管供冷末端的基于流量冷量 关系模型的冷计量方法，在精确计量冷量、合理解决现存冷量计量方法共同存在的问题的 前提下，特别地，不需进行温度的多点测量，使得计量更加简洁、设备故障率低、安装更加方 便、利于节能、可靠性高。
[0009] 本发明是通过下述技术方案来实现的：
[0010] -种基于流量冷量关系模型的风机盘管冷计量方法，该方法包括下述步骤：
[0011]步骤1 :根据风机盘管结构、风机盘管风速档位开关位置，确定风机盘管结构参 数，送风量Gid，设定风机盘管供水温度twl、室内空气温度状态（tuj， dij);
[0012]步骤2 :根据风机盘管结构及其在室内的分布情况，确定风机盘管内部阻力变化 特性，得到在该种分布情况下风机盘的流量分配系数μ id，进而根据总流量获得流过风机 盘管的流量值qmij ;
[0013]步骤3 :根据上述流过风机盘管的流量值qmU、风机盘管结构参数，确定风机盘管 内表面热交换系数α ηυ ;
[0014]步骤4 :根据风机盘管送风量Gi」、风机盘管结构参数，确定风机盘管外表面热交换 系数a wij ;
[0015]步骤5 :根据步骤3得到的风机盘管内表面热交换系数α⑷、步骤4得到的外表面 热交换系数确定风机盘管在干工况下的传热系数Kij ;
[0016]步骤6 :根据室内空气状态（tUj，扎），假定风机盘管机器露点温度t3ij、确定风机 盘管湿工况对应的干工况空气状态t' ;
[0017] 步骤7 :根据步骤2得到的风机盘管供水流量qinij、步骤4得到的风机盘管外表面 热交换系数a wij、步骤5得到的风机盘管传热系数Kid、风机盘管结构参数、送风量确定 风机盘管所能提供的换热效率系数e Hj、接触系数e2ij;
[0018] 步骤8 :根据上述风机盘管所能提供的接触系数ε 2ij、步骤6得到的干工况状态 t' uj、机器露点温度t3ij，确定风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数^^;
[0019] 步骤9 :判断上述风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数与步骤7得到 的风机盘管所能提供的换热效率系数ε Uj，若两者之差满足计算精度要求，则说明风机盘 管机器露点温度t3y.假设正确，否则，重复步骤6 ;
[0020] 步骤10 :根据能量守恒定律，确定第（i，j)台风机盘管供冷量Qij及用户内所有风 机盘管的总供冷量仏。
[0021 ] 得到的总供冷量Qi就是基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量的冷量计量 值。
[0022] 进一步地，所述步骤2根据总流量获得流过风机盘管的流量值q_，按如下过程 进行：
[0023] (2a)根据风机盘管结构参数，确定风机盘管局部阻力系数ξυ、风机盘管管径 dnij ;
[0024] (2b)根据上述风机盘管局部阻力系数ξ w风机盘管换热盘管管径dnU，根据风机 盘管之间串并联关系，得到风机盘管的流量分配系数μ ^;
[0025] 见式：2· 307 v。0.251。μ μ Σ ξ = const
[0026] 其中
【权利要求】
1. 一种基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在于，该方法包括下 述步骤： 步骤1 :根据风机盘管结构、风机盘管风速档位开关位置，确定风机盘管结构参数，送 风量Gy设定风机盘管供水温度twl、室内空气温度状态（t山，dij); 步骤2 :根据风机盘管结构及其在室内的分布情况，确定风机盘管内部阻力变化特性， 得到在该种分布情况下风机盘的流量分配系数μ m进而根据总流量获得流过风机盘管的 流量值qmij ; 步骤3 :根据上述流过风机盘管的流量值q^、风机盘管结构参数，确定风机盘管内表 面热交换系数a nij ; 步骤4 :根据风机盘管送风量Gp风机盘管结构参数，确定风机盘管外表面热交换系数 Q wij ； 步骤5 :根据步骤3得到的风机盘管内表面热交换系数步骤4得到的风机盘管外 表面热交换系数awU，确定风机盘管在干工况下的传热系数Kg ; 步骤6 :根据室内空气状态（tlu，屯）、假定风机盘管机器露点温度t3U，确定风机盘管 湿工况对应的干工况空气状态t' nj ; 步骤7 :根据步骤2得到的风机盘管供水流量q^、步骤4得到的风机盘管外表面热交 换系数α __、步骤5得到的风机盘管传热系数Κ^、风机盘管结构参数、送风量Gu，确定风机 盘管所能提供的换热效率系数ε w、接触系数ε 2ij ; 步骤8 :根据上述风机盘管所能提供的接触系数ε 、步骤6得到的干工况状态t' nj、 机器露点温度t3ij，确定风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数; 步骤9 :判断上述风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数?；；与步骤7得到的风 机盘管所能提供的换热效率系数ε w，若两者之差满足计算精度要求，则说明风机盘管机 器露点温度t3y.假设正确，否则，重复步骤6 ; 步骤10 :根据能量守恒定律，确定风机盘管供冷量Qu及用户内所有风机盘管的总供冷 量Qi。
2. 根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在 于，所述步骤2根据总流量获得流过风机盘管的流量值q^，按如下过程进行： (2a)根据风机盘管结构参数，确定风机盘管局部阻力系数ξρ风机盘管换热盘管管 径 dnij ; (2b)根据上述风机盘管局部阻力系数ξρ风机盘管换热盘管管径d_，根据风机盘管 之间串并联关系，得到风机盘管的流量分配系数μ ij; 见式：2· 307 vj2%，。7\。.25/(1山°.25切 J Σ ξ u = const
其中："(f :1· 9 v u为第（i，j)台风机盘管内流体的运动粘度系数，m2/s ; L为第（i，j)台风机盘管换热盘管长度，m ; qm为流量表所测供水干管总流量值，kg/h ; (2c)根据上述各风机盘管的流量分配系数μ υ，得到流过风机盘管的流量值〇^; 见式：Qmij = I1 ijQm 其中：qmij为流过第（i，j)台风机盘管的供水流量值，kg/h。
3. 根据权利要求2所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在 于，所述第（i，j)台风机盘管Vu表示某层第i户第j台风机盘管，l<i< n，l< j<m。
4. 根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在 于，所述步骤3确定风机盘管内表面热交换系数按如下过程进行： (3a)根据流过风机盘管的流量值qjj、风机盘管换热盘管管径，由流速流量之间的 关系，确定风机盘管换热盘管内流体流速Vij ;
其中：900为换算系数； P为流体密度，kg/m3 ; dnij为第（i，j)台风机盘管换热盘管内径，m ; (3b)根据上述风机盘管换热盘管内流体流速Vij，由雷诺数定义式，得到盘管内流体的 雷诺常数ReiJ ;
其中：为流过第（i，j)台风机盘管换热盘管的流体流速，m/s ; (3c)根据上述风机盘管换热盘管内流体的雷诺常数Reij，根据圆管内流体流动准则方 程，得到盘管内流体的努谢尔特数NUij ;
其中：Refb_为第（i，j)台风机盘管换热盘管内流体雷诺数； Prfu.为第（i，j)台风机盘管换热盘管内流体普朗特数； 为第（i，j)台风机盘管管壁温度下普朗特数； (dnij/l)2/3为修正盘管长度的影响； (3d)根据上述风机盘管换热盘管内流体的努谢尔特数N_，根据对流换热系数定义式， 得到风机盘管内表面热交换系数anij ;
其中：NuU为第（i，j)台风机盘管换热盘管内流体努谢尔特数； Awij为第（i，j)台风机盘管换热盘管内流体导热系数，WAmK)。
5. 根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在 于，所述步骤4确定风机盘管外表面热交换系数a __，按如下过程进行： (4a)根据风机盘管送风量Gp风机盘管结构参数，得到风机盘管最窄界面处风速 Vmaxij * 见式：Vmaxij - SlijSfijVyij/ ( (Slij_dQij) (Sfij- δ fij)) 其中：slu为第（i，j)台风机盘管换热盘管管中心距，m ; sfij为第（i，j)台风机盘管换热盘管肋间距，m ; Vyij为第（i，j)台风机盘管迎面风速，m/s ; dQij为第（i，j)台风机盘管换热盘管管外径，m ; S fij为第（i，j)台风机盘管换热盘管肋片厚度，m ; (4b)根据上述风机盘管最窄界面处风速vmaxip根据雷诺数定义式，得到风机盘管风侧 的雷诺数ReaiJ ; 见式：Μ，,=
其中^为第（i，j)台风机盘管最窄界面处风速，m/s ; vaij为流过第（i，j)台风机盘管换热盘管空气运动粘度系数，m2/s; cU为当量直径，m;
(4c)根据上述风机盘管风侧的雷诺数Re#得到风机盘管风侧努谢尔特数NuaiJ ; 见式：Nuaij = CReaijg (Laij/de(liJ)s 其中：Re#为第（i，j)台风机盘管风侧雷诺数； Laij为第（i，j)台风机盘管沿气流方向肋长，m; C、g、s 为准则方程系数；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)根据上述风机盘管风侧努谢尔特数Nuaip利用努谢尔特数定义式，得到风机盘管 外表面热交换系数a wij ;
其中：b为准侧方程系数，当风机盘管换热盘管为顺排管簇时取b = 1，当风机盘管换热 盘管为叉排管簇时取b = 1.2 ; Nu@为第（i，j)台风机盘管风侧空气努谢尔特数； Aaij为第（i，j)台风机盘管风侧空气导热系数，WAmK)。
6.根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在 于，所述步骤5确定风机盘管在干工况下的传热系数1^，按如下过程进行： (5a)根据风机盘管结构参数，得到风机盘管肋表面全效率？V ; 见式：= 1 - Λ? '(/―? + /rf!； )(1 - "!；) 其中：ffu_为第（i，j)台风机盘管换热盘管单位管长肋片面积，m2 ; fdij为第（i，j)台风机盘管换热盘管肋片间管子外表面积，m2; n ij为第（i，j)台风机盘管换热盘管肋效率； (5b)根据上述风机盘管肋表面全效率、步骤3得到的风机盘管内表面热交换系数 α _、步骤4得到的风机盘管外表面热交换系数α __、风机盘管结构参数，忽略风机盘管管 壁导热系数，得到风机盘管在干工况下的传热系数Kg ;
其中：a wij为第（i，j)台风机盘管外表面热交换系数，WAm2°C ); 为第（i，j)台风机盘管肋表面全效率； τ υ为第（i，j)台风机盘管肋化系数； a nij为第（i，j)台风机盘管内表面热交换系数，WAm2°C )。
7. 根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在 于，所述步骤6确定风机盘管湿工况对应的干工况空气状态t' w，按如下过程进行： (6a)根据室内空气状态（tnj，屯），根据湿空气焓值计算公式，得到室内空气状态焓 值； 见式：iu = 1. 01^+(2500+1. 其中：L为室内空气焓值，kj/kg ; 为室内空气温度，°C; du为室内空气含湿量，kg/kg ; (6b)根据风机盘管供水温度twl，假定风机盘管机器露点温度t3U，得到风机盘管机器 露点含湿量d3ij ; 见式：d3ij = 0· 〇2〇473t3i/+0. l〇3746t3ij+4· 47862 其中：t3ij为第（i，j)台风机盘管机器露点温度，°C ; (6c)根据上述室内空气状态焓值、风机盘管机器露点含湿量d3ij，利用湿空气焓值计算 公式反推，得到室内空气湿工况对应的干工况空气状态t' nj。
8. 根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在 于，所述步骤7确定风机盘管所能提供的换热效率系数接触系数，按如下过程进 行： (7a)根据步骤2得到的供水流量〇^、步骤4得到的风机盘管内表面热交换系数awij、 步骤5得到的风机盘管传热系数Km风机盘管结构参数、送风量Gy得到风机盘管所能提供 的换热效率系数ε nj、接触系数ε 2ij ;
其中：β" = (Κ#υν(6#ρ)，= (GuCpVkucJ ; L为第（i，j)台风机盘管在干工况下的传热系数，WAm2°C ); Fu为第（i，j)台风机盘管总换热面积，m2 ; Gu为第（i，j)台风机盘管送风量，m3/h ; cp、cw分别为空气定压比热和冷水定压比热，J/(kg°C )。
9. 根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在 于，所述步骤8确定风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数^;，按如下过程进行： (8a)根据上述风机盘管能提供的接触系数、步骤6得到的风机盘管机器露点温度 t3ij、室内空气湿工况对应的干工况空气状态t'nj，利用接触系数热工计算公式，反推得出 风机盘管出风口湿工况对应的干工况空气状态t' 2ij ; 见式：t 2ij - t Iij_ ε 2ij (t lij_t3ij) 其中：t' nj为第（i，j)台风机盘管入口空气湿工况对应干工况温度，°c ; ε 2ij为第（i，j)台风机盘管所能提供的接触系数； t3ij为第（i，j)台风机盘管机器露点温度，°C ; (8b)根据上述风机盘管出风口湿工况对应的干工况空气状态t'2ij，利用风机盘管换热 效率系数热工计算公式，得到风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数
其中：t'2ij为第（i，j)台风机盘管出口空气湿工况对应干工况温度，°C ; twl为第（i，j)台风机盘管供水温度，°C。
10. 根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征 在于，所述步骤10确定风机盘管供冷量Qu及用户内所有风机盘管的总供冷量％，按如下过 程进行： (l〇a)根据步骤9的判断，确定风机盘管进行空气处理湿工况对应的干工况状态 (t lij， 2ij); (l〇b)根据上述风机盘管干工况状态（t' lu，t' 2ip，利用能量守恒公式，得到风机盘 管的供冷量Qij; 见式：Q。· = VpU' nj-t'2iJ) 其中：t' nj为第（i，j)台风机盘管入口空气状态对应干工况干球温度，°C ; C 2ij为第（i，j)台风机盘管出口空气状态对应干工况干球温度，°C ; (l〇c)根据上述风机盘管的供冷量Qm利用系统能量守恒公式，得到用户内所有风机 盘管的总供冷量Qi;
其中：P为系统冷量修正系数，由现场实测数据确定； Qu为房间内第（i，j)台风机盘管供冷量，W。
【文档编号】G06F19/00GK104298888SQ201410565712
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】王智伟, 闫清, 杨锋斌, 闫增峰 申请人:西安建筑科技大学