蒸发冷却空调技术地区适用性分析及室外设计参数修正研究

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空调室外计算干、湿球温度是设备容量选取及建筑节能计算的关键参数。我国现行民用建筑设计规范对夏季空调室外计算干、湿球温度分别进行统计,两参数互不关联,即计算干、湿球温度非同时刻对应,其取值普遍偏大,造成部分干热地区空调设计负荷偏大,导致设备容量选取不准确出现浪费,这些问题在干湿球温度差驱动制冷的蒸发冷却空调中更为明显。基于此,本文利用理论分析、数理统计和模拟计算等方法,对蒸发冷却夏季空调室外计算干、湿球温度的取值方法进行了研究,为蒸发冷却空调室外设计参数的合理选择提供参考。本文提出直接蒸发和露点间接蒸发的冷却潜力指标,以及地区空调需用时长指标,利用k-means聚类算法,通过Matlab和SPSS软件统计分析我国270个气象台站典型气象年的指标参数,得到蒸发冷却空调技术在我国适用程度不同的6个区域。依据四种既有夏季空调室外计算参数选取方法:干、湿球温度分别统计,干球温度为基础耦合同期湿球温度,湿球温度为基础耦合同期干球温度,湿球温度与干湿球温度之和分别统计。分别以各适用区域的典型城市建筑为研究对象,通过对不同参数选取方法条件下的空调设计负荷进行计算分析,提出不同区域条件下较为适用的室外计算参数,并对我国现行规范不同时发生的计算干、湿球温度进行修正,获得了蒸发冷却空调室外计算参数的修正系数。主要研究结论如下:1)通过对蒸发冷却潜力和空调需用时长表征参数的聚类分析,发现蒸发冷却在我国的气候潜力大小由西北地区向东南地区大体呈递减趋势,空调需用时长的地域分布则相反。2)利用Arcgis软件将蒸发冷却空调在我国的6个适用区域分布进行可视化处理,并获得各区域特征:Ⅰ区干热高适用,蒸发潜能高,夏季空调需求较高;Ⅱ区干燥较适用,蒸发潜能较高,夏季空调需求适中;Ⅲ区温和中适用,蒸发潜能较低,夏季空调需求较高;Ⅳ区湿润低适用,蒸发潜能低,夏季空调需求高;Ⅴ区空调不适用,全年气温皆低于26℃,无空调需求;Ⅵ区低需求适用,蒸发潜能高,夏季空调需求极低。3)利用Energy Plus软件,对典型城市建筑的典型气象年夏季逐时冷负荷及四种参数选取方法条件下的空调设计负荷分别进行计算,以最大逐时负荷为指标,获得该地区最适宜的蒸发冷却空调室外设计参数选取方法。发现Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ气候较干燥的地区适用“干球温度为基准耦合同期湿球温度”的参数选取方法;Ⅲ、Ⅳ区气候较湿润的地区适用“湿球温度为基准耦合同期干球温度”的参数选取方法。4)通过对比各个典型城市建筑在四种参数选取方法条件下的空调设计负荷,得到“以一种参数为基础耦合选取另一种参数”比“干、湿球温度分别取值”的夏季空调室外设计参数选取方法更合理。5)针对我国规范互不关联的空调室外计算干、湿球温度,获得五个区域空调室外计算干球温度和计算湿球温度的修正系数:Ⅰ区1/0.92;Ⅱ区1/0.75;Ⅲ区0.92/1;Ⅳ区0.94/1;Ⅵ区1/0.67。通过以上研究,获得了不同气候条件下适用的夏季空调室外计算参数,提出相应的推荐修正系数,用于蒸发冷却空调的室外计算参数取值,旨在为我国蒸发冷却空调工程设计提供一种合理的室外计算参数取值方法,实现空调设计更大程度的节能。
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