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文獻(xiàn)翻譯
題 目 氣候變化背景下的商業(yè)樓
宇可持續(xù)風(fēng)冷冷水機(jī)組
系統(tǒng)的能耗模擬
姓 名
專 業(yè)
班 級(jí)
院 系
指導(dǎo)教師
完成時(shí)間
氣候變化背景下的商業(yè)樓宇可持續(xù)風(fēng)冷冷水機(jī)組系統(tǒng)的能耗模擬
香港專上學(xué)院，香港理工大學(xué)，香港，中國(guó)
香港理工大學(xué)中國(guó)屋宇設(shè)備工程學(xué)系，香港，
文章歷史： 收到2012年11月12日 修改稿1月10日收到2013年 接受2013年4月3日
關(guān)鍵詞： 風(fēng)冷式冷水機(jī) 最佳冷凝器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制 霧預(yù)冷 模擬
摘要:
風(fēng)冷式冷水機(jī)系統(tǒng)通常用于需要提供冷量得在商業(yè)樓宇，但具有相當(dāng)?shù)碾娏ο?。本研究演示了如何在氣候變化的條件下，通過(guò)應(yīng)用帶有霧氣進(jìn)入冷凝器的預(yù)冷空氣的最佳冷凝器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可持續(xù)性運(yùn)作。系統(tǒng)模擬性能通過(guò)EnergyPlus連同一個(gè)能夠分析先進(jìn)控制策略的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證冷水機(jī)組性能。在2020年，2050年和2080年三種氣候變化情景下的天氣數(shù)據(jù)被認(rèn)為可以評(píng)估冷卻需求及服務(wù)辦公樓風(fēng)冷式冷水機(jī)系統(tǒng)每小時(shí)的用電量。研究發(fā)現(xiàn)，在未來(lái)溫暖的氣候條件下，優(yōu)化的冷風(fēng)扇速度以及可控制耦合的冷凝器配上有薄霧的風(fēng)冷冷凝器預(yù)冷卻可以幫助保持更高的性能系數(shù) 。再近些可參考的年份里減少了每年的耗電量的16.96-18.58％。且已經(jīng)對(duì)實(shí)施可持續(xù)控制的方法進(jìn)行了討論。
1 介紹
在亞熱帶或炎熱和干旱地區(qū)的商業(yè)樓宇冷水機(jī)系統(tǒng)通常以冷凍水的形式用于提供冷卻能量的。冷水機(jī)組系統(tǒng)的運(yùn)作占商業(yè)樓宇中使用的全部電量的比例最高【1】。冷水機(jī)組的節(jié)能性能在很大程度上取決于所使用的散熱系統(tǒng)。采用風(fēng)冷式冷水機(jī)組是不可避免的，但它們的能量性能比采用水冷散熱系統(tǒng)冷水機(jī)組低【2】。風(fēng)冷式冷水機(jī)組的節(jié)能性能是由性能系數(shù)（COP）---冷卻能力輸出以kW為單位的電功率輸入的劃分。COP的變化取決于進(jìn)入冷凝器的空氣并以控制的冷凝溫度的方式的溫度。大多數(shù)現(xiàn)有的風(fēng)冷式冷水機(jī)組通過(guò)水頭壓力控制（HPC），據(jù)此，冷凝溫度保持在15-20?C以上的室外空氣在所有負(fù)載條件下的干球溫度下工作。這忽視了在部分負(fù)荷條件下壓縮機(jī)功率和冷凝器風(fēng)扇功率之間功率最大化一個(gè)最佳的權(quán)衡。與較低的冷凝溫度在30-40?C中的經(jīng)營(yíng)范圍水冷式冷水機(jī)組相比高性能計(jì)算導(dǎo)致的風(fēng)冷式冷水機(jī)組性能較差。根據(jù)不同的容量，滿負(fù)荷空氣在35??進(jìn)入冷凝器的溫度，風(fēng)冷式冷水機(jī)組的額定COP為2.6-2.9【2】，然而采用變速壓縮機(jī)的幾個(gè)現(xiàn)代高效的產(chǎn)品都聲稱性能系數(shù)達(dá)到3.2，且在部分負(fù)荷下運(yùn)行有更高的性能系數(shù)。事實(shí)上，在風(fēng)冷式冷水機(jī)組的COP沒有迅速改善時(shí)這些優(yōu)越的條件僅限于使用可變速度控制到壓縮機(jī)和冷凝器風(fēng)機(jī)，以及增強(qiáng)熱蒸發(fā)器和冷凝器的交換性能。HPC仍然被使用，即使對(duì)于高效的產(chǎn)品。
一些研究已經(jīng)討論了基本的設(shè)計(jì)原則和經(jīng)營(yíng)策略，以提高冷水機(jī)組系統(tǒng)的性能。 Chan等?！?】提出需要進(jìn)行制冷負(fù)荷曲線的準(zhǔn)確和詳細(xì)的計(jì)算，以避免不必要的備用系統(tǒng)容量，同時(shí)保證系統(tǒng)的可靠性。優(yōu)化的風(fēng)冷式冷水機(jī)組的技術(shù)COP是：浮動(dòng)冷凝溫度控制（CTC）;變流量一次到冷水機(jī)蒸發(fā)器;基于風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防性維護(hù)，通過(guò)一個(gè)復(fù)雜的冷水機(jī)組控制系統(tǒng)。暢【4】和Lee等人?！?】應(yīng)用的進(jìn)化策略（優(yōu)化工具）來(lái)解決多個(gè)冷水機(jī)組的最佳裝載問(wèn)題。為了讓冷水機(jī)組在不同的部分負(fù)荷率運(yùn)行，每次冷水機(jī)組應(yīng)加上變速冷凍水泵。然而，在大多數(shù)現(xiàn)有的冷卻器系統(tǒng)，變流量控制是很少應(yīng)用于冷水機(jī)組。這是由于變速驅(qū)動(dòng)器的初始成本較高和過(guò)冷水機(jī)組在非設(shè)計(jì)冷凍水流量的安全運(yùn)行值得關(guān)注。 Sun等人?！?】提出了建設(shè)制冷負(fù)荷的制冷負(fù)荷和間接指標(biāo)，以提高冷水機(jī)組順序控制與提高能源效率可靠性的融合測(cè)量。然而，融合測(cè)量依賴于一個(gè)全面的與制冷負(fù)荷計(jì)算與冷水機(jī)組和水泵的功率相關(guān)聯(lián)的其他經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控。這會(huì)影響最佳的冷水機(jī)組順序控制的執(zhí)行情況。通過(guò)對(duì)服務(wù)工業(yè)建設(shè)和制度建設(shè)冷卻器系統(tǒng)詳細(xì)的能源審計(jì)，Song等。 【7】和Saidur等。 【8】解決應(yīng)用變速驅(qū)動(dòng)器，以冷水機(jī)組，冷凍水泵，冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的節(jié)能減排效益。然而，全變速設(shè)計(jì)并不是越來(lái)越多地應(yīng)用到新的冷卻器系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商可能會(huì)猶豫地管理依賴于復(fù)雜的自動(dòng)控制變速系統(tǒng)組件是被承認(rèn)的。相反HPC，CTC已被確定是一種有效的手段提高風(fēng)冷式冷水機(jī)組在部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的COP?！?,10】。然而，CTC并不發(fā)展到的現(xiàn)代風(fēng)冷式冷水機(jī)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)功能。CTC下冷凝器風(fēng)扇在最佳數(shù)量和速度運(yùn)行，以減少壓縮機(jī)的功率和冷凝器風(fēng)扇功率的所有操作條件的總和。給定的額定功率風(fēng)扇一般占在典型的冷凝器設(shè)計(jì)的額定壓縮機(jī)功率的10％以內(nèi)，總功率可通過(guò)允許冷凝溫度稍微高于室外空氣輕負(fù)載條件下的干球溫度最小化。通過(guò)這個(gè)原理，可以通過(guò)降低進(jìn)入冷凝器的空氣的溫度，以進(jìn)一步提高其COP。
蒸發(fā)冷卻是將室外空氣從干球通過(guò)一個(gè)等焓過(guò)程降低到濕球溫度[溫度的常用手段。為提供蒸發(fā)冷卻效果，Zhang等人?！?2】提出了包的波紋孔的鋁箔，以捕集在空氣冷卻冷凝器前面的水膜的用途。這樣的冷卻器使空氣流的干球溫度與下列一個(gè)絕熱冷卻的過(guò)程，但具有增加的風(fēng)扇功率由于通過(guò)冷卻器的附加氣流阻力接近其濕球溫度。這樣的冷卻器通過(guò)一個(gè)絕熱冷卻的過(guò)程使空氣流的干球溫度，由于通過(guò)冷卻器的附加氣流阻力接近其濕球溫度增加了風(fēng)扇功率。實(shí)驗(yàn)研究表明，在冷卻器（dc直流）的冷卻效率被確定為約0.8。 dc直流被定義為（T1-T2）/（T1-TW），其中t1和t2是冷卻器空氣溫度的的入口和出口，分別與TW是空氣的濕球溫度入口的理論最低T2。dc表明T2永遠(yuǎn)不能接近相應(yīng)的TW。假定一個(gè)0.8的dc。
在溫暖濕潤(rùn)氣候，它的干球溫度仍然有可能減少3-10?C。櫨Davalloo和Eghtedari【13】進(jìn)行的另一實(shí)驗(yàn)測(cè)試關(guān)于蒸發(fā)冷卻器安裝在房間空調(diào)器的冷凝器的前一纖維素復(fù)合介質(zhì)襯墊的性能。結(jié)果表明，制在冷效果該冷卻器帶來(lái)增長(zhǎng)6.1-13.3％，和在COP 上的31.7-50.6％，超過(guò)了處于35?C和49?C之間環(huán)境干球溫度。在COP的提高是在較高的環(huán)境溫度下更顯著。
或者，蒸發(fā)冷卻可通過(guò)直接在空氣冷卻冷凝器【14,15】的前部噴射氣霧來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖1表明;霧預(yù)冷卻系統(tǒng)可以很容易地在不修改現(xiàn)有的冷水機(jī)組進(jìn)行安裝。如果霧滴足夠量的完全汽化冷凝器盤管上，冷卻效果會(huì)接近一。這種霧預(yù)冷卻系統(tǒng)不造成空氣流的任何流動(dòng)阻力，因此，不需要額外的風(fēng)扇功率將會(huì)產(chǎn)生。以驅(qū)動(dòng)高壓泵所需的電功率是以單位的霧化率千克/秒為單位約為23千瓦。每單位制冷量在（kw）需要油霧的產(chǎn)生速率為左右0.0002公斤/秒。對(duì)于設(shè)計(jì)為0.053千克/每單位冷量以kW為單位[16]的冷凝器水流量的冷卻塔中，水補(bǔ)率是每單位冷量以kW為單位的0.0016公斤/秒。鑒于此，相比于水冷式冷水機(jī)組，水霧預(yù)冷風(fēng)冷冷水機(jī)組耗水率僅占12.5％。在哪里節(jié)約用水來(lái)講，采用風(fēng)冷式冷水機(jī)組比水冷冷水機(jī)組更可取。因此，很值得利用水霧預(yù)冷在現(xiàn)有裝置的改型應(yīng)用程序和一個(gè)新安裝的一體化設(shè)計(jì)，以提高風(fēng)冷冷水機(jī)組的低能量特征。Lam等人?！?7】說(shuō)明，冷水機(jī)組的電力消耗與氣候變量的變化。如果冷凍系統(tǒng)的COP沒有改善，未來(lái)氣候變暖可能會(huì)導(dǎo)致建筑領(lǐng)能源使用量的域嚴(yán)重的上升。而變頻調(diào)速方便水冷式冷水機(jī)組COP提高，在受制于HPC和多個(gè)冷凝器風(fēng)扇固定轉(zhuǎn)速的常規(guī)設(shè)計(jì)中的現(xiàn)代風(fēng)冷冷卻冷水機(jī)組在制冷量方面并無(wú)顯著增加。這是一個(gè)正在研究領(lǐng)域關(guān)于風(fēng)冷式冷凝器霧預(yù)冷如何再配上最佳的冷凝器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制有助于緩解氣候變化下的風(fēng)冷式冷水機(jī)系統(tǒng)的能量影響。冷凝器的空氣霧預(yù)冷的潛在好處已確定在HPC在某些現(xiàn)有的風(fēng)冷式冷凍機(jī)【14,15,18】。然而，當(dāng)霧預(yù)冷整合了優(yōu)化冷凝器的風(fēng)扇控制，固定冷凝溫度設(shè)定在現(xiàn)有的冷水機(jī)組在COP獲取更多的進(jìn)一步改善時(shí)卻放置了一個(gè)約束。為了促進(jìn)霧預(yù)冷成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功能對(duì)于提高新射進(jìn)的風(fēng)冷式冷水機(jī)組在COP的長(zhǎng)期運(yùn)行，在氣候變化情景霧系統(tǒng)的有效性應(yīng)該得到解決。從通過(guò)霧預(yù)冷風(fēng)冷式冷水機(jī)組【14,15,18-20】作者以往不同的研究工作 ，本研究中進(jìn)一步探討了在氣候變化背景下空冷冷水機(jī)組與霧預(yù)冷系統(tǒng)集成整個(gè)工作壽命中的潛在好處 。在回應(yīng)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷和天氣條件的各種組合的冷凝器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制在，分析方面參數(shù)研究將開展研究如何達(dá)到最佳的油霧的產(chǎn)生率。借鑒以往的風(fēng)冷式冷水機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和模擬研究 ，本研究的目的是提供一個(gè)詳細(xì) 分析關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)在氣候變化條件下的工作壽命中先進(jìn)的控制使風(fēng)冷冷水機(jī)組 保持持續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 。首先，從氣候變化情景的產(chǎn)生進(jìn)行說(shuō)明。霧系統(tǒng)采用風(fēng)冷式冷凝器的典型排列方式進(jìn)行說(shuō)明。模擬 程序?qū)⒃谙到y(tǒng)的EnergyPlus是如何被用來(lái)給建模風(fēng)冷式冷水機(jī)系統(tǒng)服務(wù)于相關(guān)的辦公樓的，并確定傳統(tǒng)的和先進(jìn)的控制下的冷水機(jī)操作的用電量 。討論將如何優(yōu)化的霧預(yù)冷的HPC和最佳的冷凝器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制下運(yùn)行的風(fēng)冷式冷水機(jī)組的控制進(jìn)行。這項(xiàng)研究的意義在于演示在氣候變化的條件下如何 以提高在風(fēng)冷冷水機(jī)組系統(tǒng)的可持續(xù)性。
2 氣候變化情景的產(chǎn)生
一個(gè)典型氣象年（TMY）天氣文件往往是 需要每時(shí)每刻的建筑能耗模擬。Chan等?！?1】開發(fā)了香港TMY氣象文件，該文件是在 在EnergyPlus的【22】利用EPW格式。該TMY文件構(gòu)成1979年至2003年超過(guò)25年期間典型的天氣數(shù)據(jù)現(xiàn)今的文件。它包含綜合組來(lái)自多個(gè)年的監(jiān)測(cè)期每小時(shí)的天氣數(shù)據(jù)。每個(gè)月包括TMY被選擇代表當(dāng)時(shí)同一個(gè)月整個(gè)期間的天氣狀況。表1顯示了香港一些關(guān)鍵變量及其范圍。
給定一個(gè)TMY氣象文件，有可能產(chǎn)生的氣候變化背景下未來(lái)的天氣數(shù)據(jù)。據(jù)關(guān)的審查 【23】，接近產(chǎn)生未來(lái)的天氣數(shù)據(jù)被列為推斷統(tǒng)計(jì)方法， ?隨機(jī)天氣模型， 施加的偏移方法和全球氣候模型。據(jù)推斷的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法是受限于預(yù)測(cè)度日數(shù)，這是不適用于產(chǎn)生TIME格式的每小時(shí)的數(shù)據(jù)。很多年隨機(jī)天氣模型只借鑒了通過(guò)一個(gè)復(fù)雜的建模過(guò)程中輸入一些天氣變量，產(chǎn)生的人工氣象數(shù)據(jù)庫(kù)。因?yàn)殡S機(jī)性質(zhì)的，在模擬許多氣候變量和氣候變量之間可能存在的關(guān)系精度不能被保證。由于全球變暖，和一定的溫度上升情況下，這可能沒有考慮到的各種氣象變量之間的聯(lián)系。
在征收補(bǔ)償法，在軍隊(duì)或其他預(yù)測(cè) 類似的格式，每小時(shí)的天氣數(shù)據(jù)是基于一組電流基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。該算法生成單獨(dú)的天氣所涉及的參數(shù)由三操作個(gè)改變當(dāng)前的數(shù)據(jù)：（1）移動(dòng)，（2）線性拉伸（縮放因子）和（3）移和伸展。在移動(dòng)和拉伸組分的每月增量值可以從大氣環(huán)流模式（GCM）的氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)。新氣象文件提出的氣候變化情景由預(yù)測(cè)每小時(shí)干球溫度，濕度比，和全球性的，直接的正常的和橫向擴(kuò)散的太陽(yáng)輻射等形成。根據(jù)預(yù)計(jì)的潛在溫度上升而不同的假設(shè)所增加的溫度聯(lián)系起來(lái)的絕對(duì)濕度的變化。全球氣候模型借鑒了歷史上觀察到的天氣數(shù)據(jù) 模型校準(zhǔn)，并認(rèn)為從TMY文件大氣中二氧化碳濃度是不容易得到的連續(xù)變化 。.
..與施加的偏移方法相比，全球氣候模型比較復(fù)雜，因?yàn)樗腔跉庀髮W(xué)發(fā)展的基本物理模型?？紤]到建模過(guò)程的簡(jiǎn)單性和數(shù)據(jù)格式的要求進(jìn)行詳細(xì)的建筑模擬，施加的偏移方法是最可取的方法來(lái)預(yù)測(cè)在一個(gè)典型氣象氣象文件的當(dāng)前數(shù)據(jù)修改未來(lái)的天氣數(shù)據(jù)。
天氣發(fā)生器程序CCWorldWeatherGen 【24】 用于產(chǎn)生氣候變化情景對(duì)香港在三個(gè)今后一個(gè)時(shí)期（2010-2039，2040-2069和2070-2099）代表的三地基準(zhǔn)年的2020年，2050和2080。該方案借鑒了征收補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ⒏鶕?jù)哈德利中心的開發(fā)是根據(jù)政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)（IPCC）【25】的第三次評(píng)估報(bào)告耦??合模型，第3版（HadCM3模擬）——領(lǐng)先的國(guó)際機(jī)構(gòu)對(duì)氣候變化的評(píng)估。其中基于大氣環(huán)流模式不同預(yù)測(cè)模型，HadCM3模擬的模型是基于約300公里網(wǎng)格間距【26】，并包含一套氣候變化數(shù)據(jù)的四種不同的全球碳排放情景：低，中低，中高和高排放。這四個(gè)對(duì)應(yīng)IPCC情景B1，B2，A2和A1F1這通常被認(rèn)為探討氣候變化對(duì)建筑能耗的影響 【27】。李和萊弗莫爾[28]利用HadCM3模擬的模型來(lái)生成，以分析建筑設(shè)計(jì)在韓國(guó)的趨勢(shì)氣候變化的天氣數(shù)據(jù)。這是合理的借鑒一些全球性的氣候變化情景HadCM3模擬像建筑能耗模擬，案例區(qū)域氣候變化數(shù)據(jù)不可用。
表1
關(guān)鍵氣候變量及其范圍在香港的TMY氣象文件
香港在【29】下載了TMY氣象文件是為程序的輸入文件。HadCM3模擬的模型上畫了一個(gè)漸變的程序來(lái)預(yù)測(cè)的基于現(xiàn)今文件【30】數(shù)據(jù)的氣象數(shù)據(jù)。所涉及的變形過(guò)程中的假設(shè)是，相對(duì)濕度將保持相同的兩個(gè)電流和氣候變化情景。對(duì)于假設(shè)的理由是，在全球變暖地球溫度將增加，這將導(dǎo)致更多的水蒸發(fā)到大氣中，以保持恒定的相對(duì)濕度。這種假設(shè)是由Sturman和攻絲機(jī)【31】和阿吉亞爾等人的支持。 【32】。如果在未來(lái)的濕度變化是由于全球變暖的信息不可用。警監(jiān)會(huì)的情景A2代表中高全球碳排放量被用于一個(gè)上升0.74?C中的年平均日平均溫度在2010-2039，1.69?C在2040-2069和3.00?C在2070-2099。
每小時(shí)數(shù)據(jù)（x）將搖身一變包括干球溫度，露點(diǎn)溫度，全球水平輻射， 正常的直接輻射，散射輻射水平，大氣 壓力和風(fēng)速。.這些數(shù)據(jù)影響冷負(fù)荷計(jì)算及制冷機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。變形未來(lái)每小時(shí)數(shù)據(jù)的算法（x）的涉及與轉(zhuǎn)移拉伸相應(yīng)現(xiàn)今數(shù)據(jù)（X0），如圖所示由方程。對(duì)于變形的每個(gè)變量詳細(xì)方程給出[33]。
圖2顯示的關(guān)鍵氣候變量（干球溫度和全球水平輻射）在2020年，2050和2080相對(duì)于基線（TMY）的模擬結(jié)果。由于全球氣候變暖，干球溫度由相應(yīng)的基準(zhǔn)不同程度的上升。一個(gè)原因可能在冬季與較低溫度下波動(dòng)具有更大的相關(guān)聯(lián)系。在2020年，2050和2080年，月平均全球水平輻射在夏季和冬季有不同變化模式。在降低輻射在夏季很可能是由于這樣一種情況：云層的懸浮粒子濃度的百分比，并可能在未來(lái)增加。在冬季的增加輻射，相反，可以與同一個(gè)更亮的天空和更少懸浮粒子更多天有關(guān)。圖。3和4示出的音素變形每小時(shí)的頻率多邊形天氣數(shù)據(jù)在一月份（典型的冬季月份），并在七月（干球溫度和全球水平輻射）（典型夏月）。預(yù)測(cè)每小時(shí)干球溫度從原來(lái)的值在TMY增加。這通常會(huì)導(dǎo)致在頻率多邊形的向右移位。關(guān)于全球每小時(shí)的輻射水平，非日照時(shí)數(shù)被排除在該地塊。預(yù)測(cè)每小時(shí)的數(shù)據(jù)有在一月沒有顯著變化，但基于該變移成分的組合在7月被不規(guī)則地演變。
3 霧的描述預(yù)冷至風(fēng)冷式冷凝器
圖1示出的是產(chǎn)生霧在現(xiàn)有的風(fēng)冷式制冷機(jī)的冷凝器的前管和噴嘴的布局的例子。如圖圖5示出，一個(gè)非常細(xì)小的水滴在10微米大?。F）的從低流量霧化噴嘴釋放時(shí)，泵輸送的水沿管道在約70bar的高壓。霧利于蒸發(fā)冷卻過(guò)程中，允許空氣進(jìn)入冷凝器的溫度從它的干球下降到接近濕球溫度。
圖 3每小時(shí)的天氣數(shù)據(jù)，2020年，2050和2080在TMY一月的頻率分布
圖 4 每小時(shí)的天氣數(shù)據(jù)，在2020年，2050和2080年七月頻率分布的典型氣象。
設(shè)計(jì)霧化速率取決于冷卻器的總散熱氣流速率和基于干球和濕球溫度之間的差值中的水分含量可能增加。過(guò)規(guī)定的霧會(huì)導(dǎo)致頻繁的阻尼，并且，反過(guò)來(lái)，會(huì)產(chǎn)生冷凝器散熱片和線圈結(jié)垢問(wèn)題，同時(shí)薄霧的量不足，對(duì)在干球溫度下降是沒有效果的。根據(jù)每組TMY的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)，在100%相對(duì)濕度情況下，霧產(chǎn)生的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是0.0038公斤/公斤的干空氣和中度0.0018公斤/公斤的干空氣(在第80百分位)的水分含量增加最大限額。給出了額定功率為1151KW冷水機(jī)的總排熱流量為140立方米/秒或168公斤/秒時(shí)，霧的生成率達(dá)到0.30公斤/秒的峰值。根據(jù)供應(yīng)商提出的系統(tǒng)規(guī)格，每個(gè)機(jī)組的細(xì)水霧滅火系統(tǒng)包含九臺(tái)額定功率為0.75千瓦，流量為0.033公斤/秒的高壓泵。不同的環(huán)境條件和冷卻器的散熱氣流率情況下，在0.033到0.30公斤/秒的九個(gè)階段，霧的生成速率可能會(huì)有所不同。
圖 5 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的每個(gè)冷卻器示意圖
在使用冷卻塔和冷凝器散熱時(shí)，軍團(tuán)桿菌的氣溶膠擴(kuò)散不可忽視。這是因?yàn)樗麄冊(cè)谲妶F(tuán)桿菌的理想生長(zhǎng)范圍32-42℃的循環(huán)水內(nèi)正常運(yùn)作。專用水的消毒和污水的防治必須遵守當(dāng)?shù)亍?4】預(yù)防軍團(tuán)病的實(shí)踐規(guī)范。對(duì)于噴霧系統(tǒng)，可以通過(guò)維持25℃以下的軍團(tuán)菌休眠的水溫來(lái)降低軍團(tuán)菌的傳播風(fēng)險(xiǎn)。此外，霧的數(shù)量和規(guī)模應(yīng)該精確控制，以實(shí)現(xiàn)溫暖環(huán)境下的充分蒸發(fā)。為了給水消毒，每個(gè)噴霧系統(tǒng)都應(yīng)該提供一個(gè)只占總泵功率0.6-1.8%的額定功率范圍為40-120W的紫外燈。
4 某辦公大樓及其冷卻系統(tǒng)的模擬
EnergyPlus【22】是一種流行的建筑能耗模擬程序【35】，主要被用來(lái)模擬辦公大樓及其冷卻系統(tǒng)。它包含了許多創(chuàng)新的仿真功能,如用戶可配置的模塊化系統(tǒng)和建筑組件集成的熱量和質(zhì)量基礎(chǔ)平衡區(qū)的模擬。這增強(qiáng)了仿真結(jié)果的完整性。有了各種系統(tǒng)模板和“自動(dòng)”功能，能源分析各種系統(tǒng)設(shè)計(jì)選項(xiàng)可以迅速的進(jìn)行。
表2 在參考辦公樓一般資料
表2總結(jié)了建筑上的一般信息。建筑物的布置方法研究當(dāng)?shù)氐霓k公樓【15】的平均能量性能。那是一個(gè)40層樓，每層都包含一個(gè)內(nèi)部熱區(qū)和周邊面朝東，西，南，北的四個(gè)溫度區(qū)。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和各功能區(qū)的操作計(jì)劃遵循當(dāng)?shù)蒯槍?duì)能效建筑提出的節(jié)能規(guī)范【36】的規(guī)格。
表3 空調(diào)系統(tǒng)的一般信息
表3顯示了建筑制冷和空氣系統(tǒng)的基本信息。制冷系統(tǒng)包含四個(gè)相同的風(fēng)冷離心式冷水機(jī)組，其設(shè)計(jì)滿足于6044KW的峰值時(shí)干球溫度和濕球溫度降溫需求。冷水機(jī)組實(shí)現(xiàn)排序是從沒有額外的冷卻系統(tǒng)開始運(yùn)作一直到每個(gè)操作冷卻器在遇到建筑冷負(fù)荷變化時(shí)滿載運(yùn)行為止。每個(gè)運(yùn)行的冷水機(jī)組在相同的載荷下運(yùn)行。冷卻水分配電路是一種由恒速泵連接到冷水機(jī)同時(shí)具有變頻泵二次回路的主回路電路。所有的空調(diào)都能夠配備變風(fēng)量（VAV）空氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)由合適的系統(tǒng)模板完成的“自動(dòng)”功能和一些默認(rèn)的內(nèi)置數(shù)據(jù)組成。特定的尺寸是決定系統(tǒng)組件能力的一個(gè)因素。EnergyPlus計(jì)算了每個(gè)組件的設(shè)計(jì)能力，然后進(jìn)行實(shí)時(shí)的仿真變量操作和店里消費(fèi)。對(duì)不同氣候的變化做情景模擬是通過(guò)加載相應(yīng)的天氣文件CCWorldWeatherGen產(chǎn)生的。
圖 6 程序評(píng)估冷水機(jī)組的運(yùn)行變量，有薄霧預(yù)冷
冷水機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)模板默認(rèn)性能特征可用于其愣是離心冷水機(jī)壓頭控制下的模型的性能。目前為止，沒有標(biāo)準(zhǔn)的模板能夠優(yōu)化冷凝器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制仿真的風(fēng)冷冷水機(jī)組（OCFSC）。在【15】中分析了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的模型。表4總結(jié)了一系列的模型方程來(lái)模擬無(wú)得馮冷冷凝器的冷卻機(jī)組的運(yùn)行變量。校準(zhǔn)一個(gè)標(biāo)稱容量為1511KW的機(jī)組模型參數(shù)。圖6給出了一個(gè)流程圖展示了如何評(píng)估操作變量。使用霧預(yù)冷和COFSC機(jī)組的性能模型，冷凝溫度Tcdwas不在是45℃這個(gè)固定的設(shè)定點(diǎn)。對(duì)一個(gè)給定的機(jī)組負(fù)荷和天氣條件的組合，冷凝器風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速范圍可以從全部轉(zhuǎn)速的5-100%之間變化從而減少壓縮機(jī)功率，冷凝器風(fēng)扇功率和噴霧泵功率的總和。考慮到風(fēng)機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速，冷凝溫度應(yīng)徘徊在干球溫度以上的經(jīng)營(yíng)范圍內(nèi)。
5. 結(jié)果與討論
5.1 根據(jù)氣候變化情景的每月總系統(tǒng)負(fù)載
圖7顯示，2020年，2050和2080相對(duì)于基線（TMY）每月總系統(tǒng)負(fù)載配置文件。每月總的系統(tǒng)負(fù)載將隨著在7月以來(lái)最高值，并在一月或二月的最低值的月平均干球室外溫度而有所不同。每年的總系統(tǒng)負(fù)載是9538200千瓦時(shí)的典型氣象，在2020年，10494165千瓦時(shí),2050年，11,464,932千瓦時(shí)和2080年的12884487千瓦時(shí)。這表明，每年的系統(tǒng)負(fù)載增加10.0-14.9％，為期30年。如果系統(tǒng)COP始終在氣候變化情景下不變，制冷系統(tǒng)的全年用電量將5.0-7.5％，增幅比15年的經(jīng)營(yíng)范圍沒有出現(xiàn)大的改觀。
表4 建模方程和風(fēng)冷離心式冷水機(jī)組具有先進(jìn)的控制參數(shù)
5.2 制冷系統(tǒng)在氣候變化的情景下用電
使用具有完善的冷水機(jī)組模型EnergyPlus，服務(wù)于相關(guān)的樓宇的制冷機(jī)系統(tǒng)的用電量是按以下四個(gè)計(jì)劃進(jìn)行評(píng)估： HPC ， HPC與霧預(yù)冷; OCFSC ; OCFSC著霧預(yù)冷。
圖 8說(shuō)明了冷水機(jī)組的每月總用電量變化與典型氣象年（基線）不同的操作方案。在夏季霧預(yù)冷風(fēng)冷冷凝器表現(xiàn)非常好， HPC或OCFSC，使得每月的冷水機(jī)組總用電量明顯下降。
圖 7 在TMY，2020年，2050和2080每月系統(tǒng)總負(fù)荷的變化
圖 8 在TMY每月總制冷機(jī)用電量不同的操作計(jì)劃
? 然而，當(dāng)霧預(yù)冷被認(rèn)為是根據(jù)HPC操作冷凍機(jī)，在冬季，一些輕微的在電力消耗方面略有增加則被視為這樣一種情況：其中附加的霧泵功率抵銷在進(jìn)入冷凝器的空氣的溫度輕微的下降有關(guān)的壓縮機(jī)功率與減少。
圖。 9展示了如何在氣候變化情況下的月總制冷機(jī)用電量從基線（ TMY ）的增加。?無(wú)論操作方案，較高的耗電量增加發(fā)生在冬季和這傾向于與在表2中顯示的干球溫度增加有關(guān)。
圖 9 在2020年，2050年和2080年在不同的操作計(jì)劃從基線的百分比增加每月的冷水機(jī)組總用電量
表5
冷卻系統(tǒng)中的TM年用電量
表6 冷卻系統(tǒng)在2020年全年用電量
表7 冷卻系統(tǒng)在2050年用電量
表8 冷卻系統(tǒng)在2080年用電量
表9 相關(guān)分析對(duì)油霧的產(chǎn)生率與氣候和操作變量的結(jié)果
圖 10 對(duì)具有最高Pearson相關(guān)變量油霧的產(chǎn)生率曲線
在氣候變化的情景下不同的操作方案導(dǎo)致冷水機(jī)組的電力消耗略有不同的影響。比較圖9（b）與（a）和（d）與（c）所示時(shí)，在三個(gè)氣候變化情景下，采用霧預(yù)冷風(fēng)冷冷凝器會(huì)增加冷水機(jī)組的電力消耗。事實(shí)上，表5-8顯示，從典型氣象年至2080年，當(dāng)采用OCFSC和霧預(yù)冷時(shí)，一個(gè)16.96-18.58％減少在該系統(tǒng)的年用電量能夠?qū)崿F(xiàn)。該平均COP-全年總系統(tǒng)中千瓦時(shí)負(fù)荷的冷水機(jī)組總耗電量除以千瓦時(shí)，曾在有薄霧預(yù)冷作業(yè)計(jì)劃略有改善。無(wú)霧預(yù)冷的平均COP傾向于根據(jù)氣候變暖下降，即使OCFSC被應(yīng)用。此外， 霧預(yù)冷的潛在益處可能在OCFSC下被放大， 如從表5-8的反映的節(jié)約電費(fèi)的百分比從OCFSC+霧必須始終超過(guò)OCFSC和HPC+霧的總和。所有這些確認(rèn)水霧預(yù)冷是一個(gè)在應(yīng)對(duì)氣候變化下的可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)風(fēng)冷冷水機(jī)。
5.3 霧生成速率控制
在確定采用水霧預(yù)冷至風(fēng)冷式冷凝器的好處，必須了解如何控制霧的生成速率在各種操作條件下是很重要的。雙變量相關(guān)性分析[37]的進(jìn)行是在需要油霧的產(chǎn)生Mmist與一組氣候和操作變量Tdb,RH,Twb,Wdb,Hdb 和Va。這一分析 幫助確定Mmist是否可以由任何其中一個(gè)變量決定。表9總結(jié)根據(jù)Pearson的操作計(jì)劃相關(guān)系數(shù)及其相關(guān)的p值：HPC+霧和OCFSC+霧。Mmist的所有變量的相關(guān)性被認(rèn)為是顯著，因?yàn)樗械腜值都低于0.05,處于0.001的顯著水準(zhǔn)。圖。10所示散點(diǎn)圖Mmist的最高Pearson相關(guān)的變量。當(dāng)冷水機(jī)組在HPC下操作，?它可以根據(jù)相對(duì)濕度調(diào)整霧的生成速率，以獲得接近最優(yōu)的霧控制。事實(shí)上，如果在圖中的回歸曲線。圖10（a）是用來(lái)確定所需的 油霧的產(chǎn)生率，霧系統(tǒng)將更加頻繁操作。使每年的制冷機(jī)用電量下降到3.98％，在表5所示的TMY的情況下它比可節(jié)省在HPC+霧，4.02％以下僅0.04％下降。然而，對(duì)于冷卻器在OCFSC下操作時(shí)，霧的產(chǎn)生率的調(diào)整是更復(fù)雜，因?yàn)殪F的產(chǎn)生速率在針對(duì)每個(gè)變量的標(biāo)繪時(shí)，趨于分散。油霧的產(chǎn)生速率和制冷機(jī)部分負(fù)荷率之間的散射的一個(gè)例子是在圖提供。 10（b）所示。在單一可變的冷水機(jī)組部分負(fù)荷率的條件下，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的霧氣控制，是不可行的。此外，
使用測(cè)得的變量的組合，以評(píng)估所需要的霧化率和實(shí)現(xiàn)前饋控制?，可能不是可行的。另外，也可以應(yīng)用反饋控制來(lái)調(diào)節(jié)基于進(jìn)入冷凝器預(yù)冷卻的空氣的溫度的霧的生成速率。
油霧的產(chǎn)生速率可以增加，直到監(jiān)測(cè)的空氣溫度后預(yù)冷達(dá)到的最低水平，在重合的濕球溫度。
的確，霧系統(tǒng)控制，冷凝器風(fēng)扇控制和壓縮機(jī)控制彼此交互。所有這些要求先進(jìn)的優(yōu)化控制策略的發(fā)展，從而確定在所有工作條件下以盡量減少壓縮機(jī)功率，冷凝器風(fēng)機(jī)功率和噴霧泵功率的總和所需的油霧的產(chǎn)生泵的數(shù)量。它以測(cè)量壓縮機(jī)，冷凝器風(fēng)扇和霧化泵的各個(gè)功率來(lái)檢查在該合計(jì)功率最小化的最佳數(shù)量和速度的變化率是非常重要的。根據(jù)不同的散熱氣流速率霧系統(tǒng)的有效性還有待調(diào)查，這構(gòu)成了作者未來(lái)的實(shí)驗(yàn)工作。
6 結(jié)論
本文介紹了如何使用霧預(yù)冷風(fēng)冷冷凝器，在氣候變化的條件下提高風(fēng)冷冷水機(jī)組系統(tǒng)的可持續(xù)性。2020年，2050年和2080年的三個(gè)氣候變化的天氣數(shù)據(jù)已經(jīng)有CCWorldWeatherGen生成。參考一個(gè)辦公樓提供的風(fēng)冷系統(tǒng)的冷卻需求和每小時(shí)的耗電量進(jìn)行模擬，EnergyPlus和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的冷水機(jī)組模型一起被應(yīng)用在先進(jìn)的控制策略分析中。在溫暖的氣候下，我們發(fā)現(xiàn)薄霧風(fēng)冷冷凝器的冷卻可以補(bǔ)充預(yù)優(yōu)化冷凝器風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，在TMY和2080可以節(jié)約16.96-18.58%的電費(fèi)。冷卻器在HPC下運(yùn)行時(shí)，霧產(chǎn)生率的控制非常簡(jiǎn)單，通過(guò)操作霧泵基于相對(duì)濕度可以直接測(cè)量。用霧冷卻實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的冷凝器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制，更復(fù)雜的反饋控制則需要調(diào)節(jié)霧產(chǎn)生率，以最大限度的提高整體機(jī)組的COP。在有霧系統(tǒng)確定的最佳冷卻效果時(shí)，冷凝器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制的動(dòng)態(tài)特性的風(fēng)冷冷水機(jī)組的測(cè)試實(shí)驗(yàn)仍需進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果將有助于細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的微調(diào)控制算法，從而驗(yàn)證了最優(yōu)控制下實(shí)際制冷機(jī)COP的提高。
本研究的意義在于促進(jìn)霧預(yù)冷風(fēng)冷式冷卻器在氣候變化下的可持續(xù)性的特點(diǎn)，同時(shí)在水資源保護(hù)方面的作用也不能忽視。鑒于霧應(yīng)用的潛在好處，冷水機(jī)組的設(shè)計(jì)者和制造商應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)用于風(fēng)冷冷水機(jī)組的霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝準(zhǔn)則。同時(shí)，
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