2013年生資格考試

基于損失分析的集中空調(diào)系統(tǒng)整體性能研究導(dǎo)師：江億教授普博生：張濤20123100182023/2/14博士生資格考試匯報(bào)內(nèi)容研究背景擬研究主要內(nèi)容已開展的工作后續(xù)研究內(nèi)容2研究背景建筑節(jié)能：降低集中空調(diào)系統(tǒng)的能耗國際能源署IEAEBC開展的相關(guān)研究各國共識(shí)：HighTCooling&LowTHeating高溫供冷：充分利用自然冷源//提高制冷循環(huán)COP…低溫供熱：太陽能、工業(yè)余熱…3項(xiàng)目編號(hào)項(xiàng)目名稱時(shí)間

主持單位Annex37Lowexergysystemsforheatingandcooling1999-2003VTTBuildingandTransport,FinlandAnnex49Lowexergysystemsforhigh-performancebuildingsandcommunities2005-2010Fraunhofer-InstituteforBuildingPhysicsProjectGroupKassel,GermanyAnnex59Hightemperaturecooling&lowtemperatureheatinginbuildings2012-2015TsinghuaUniversity,China研究背景對(duì)象：集中空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)：從內(nèi)部各個(gè)環(huán)節(jié)的損失入手，并定量刻畫4常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)原理（FCU+OA）冷水泵冷卻水泵新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)冷卻塔制冷機(jī)組風(fēng)機(jī)盤管新風(fēng)冷水回水冷水供水從制冷機(jī)組到風(fēng)機(jī)盤管的處理過程室內(nèi)采集空氣處理傳輸環(huán)節(jié)冷源研究對(duì)象集中空調(diào)系統(tǒng)的基本處理環(huán)節(jié)面對(duì)的問題（如何提高集中空調(diào)系統(tǒng)的性能）：滿足室內(nèi)環(huán)境需求的基礎(chǔ)上，如何節(jié)省傳輸、冷熱源能耗換熱能力（UA）、流體流量、過程驅(qū)動(dòng)溫差的關(guān)系如何構(gòu)建合理的空氣熱濕處理過程，有無指導(dǎo)原則…研究基礎(chǔ)從傳遞能力出發(fā)，以火積（過增元先生）為參數(shù)用于顯熱換熱優(yōu)化分析，對(duì)分析集中空調(diào)系統(tǒng)具有借鑒意義溫度-熱流（T-Q）圖的分析工具認(rèn)識(shí)過程、刻畫損失的量化手段//處理過程在T-Q圖上的表示5空氣熱濕處理過程熱量傳輸環(huán)節(jié)室內(nèi)采集過程冷熱源課題擬研究內(nèi)容6集中空調(diào)系統(tǒng)的基本任務(wù)及處理方式熱濕處理過程的損失溶液除濕空氣處理過程的匹配特性空氣熱濕處理過程系統(tǒng)各環(huán)節(jié)熱量傳輸環(huán)節(jié)室內(nèi)采集過程溫度、濕度等的調(diào)控任務(wù)熱量采集過程的損失減少摻混、采集損失的方法冷熱源顯熱傳遞網(wǎng)絡(luò)的匹配特性、傳遞熱阻輸送能耗（風(fēng)機(jī)、水泵）的分析方法不同源/匯的特性（T-Q分析）源/匯、傳輸各環(huán)節(jié)的統(tǒng)一考慮研究載體典型建筑室內(nèi)采集過程損失分析：機(jī)房、普通辦公建筑等溶液-空氣熱濕處理過程中的損失刻畫與分析集中空調(diào)系統(tǒng)中的典型串、并聯(lián)換熱過程損失刻畫與優(yōu)化分析冷熱源、輸送能耗與損失的關(guān)系1.室內(nèi)采集過程的分析數(shù)據(jù)中心（機(jī)房）的排熱過程7改善室內(nèi)采集過程、減少損失，有助于改善整個(gè)系統(tǒng)的性能服務(wù)器機(jī)柜排風(fēng)機(jī)柜進(jìn)風(fēng)Q溫度芯片混合損失換熱損失機(jī)柜排風(fēng)機(jī)柜進(jìn)風(fēng)冷水室內(nèi)回風(fēng)表冷器送風(fēng)Q溫度芯片混合損失機(jī)柜排風(fēng)機(jī)柜進(jìn)風(fēng)冷水換熱損失機(jī)房排熱示意排熱過程T-Q圖取消摻混后1.室內(nèi)采集過程——已有溫濕度獨(dú)立控制（THIC）空調(diào)系統(tǒng)從室內(nèi)采集過程出發(fā)，分別調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、濕度8冷卻水泵新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)冷卻塔高溫制冷機(jī)組干式風(fēng)機(jī)盤管新風(fēng)冷水泵低溫制冷機(jī)組THIC空調(diào)系統(tǒng)原理（干式FCU+OA）從制冷機(jī)組到干式FCU的處理過程從室內(nèi)采集過程出發(fā)、減少損失，提高對(duì)冷源的溫度需求，實(shí)現(xiàn)高溫供冷1.后續(xù)研究內(nèi)容從室內(nèi)采集過程出發(fā)的分析為滿足需求，溫度、濕度的調(diào)控任務(wù)分別進(jìn)行溫度控制的方式///濕度調(diào)節(jié)的方式：通風(fēng)換氣以溫度需求（排熱）為主的場合（機(jī)房）減少混合損失，降低排熱過程的熱阻&對(duì)排熱過程冷源品位的需求同時(shí)存在排熱、排濕需求的場合室內(nèi)采集過程與熱量輸送、冷熱源間的關(guān)系9不同溫度熱源的室內(nèi)采集過程改善室內(nèi)采集過程，提高冷源溫度2.熱量傳遞過程的分析單個(gè)的顯熱換熱過程換熱過程的火積損失換熱過程的熱阻10熱流體

Th,in冷流體

Tc,inTh,outTc,outTh,inTc,inTc,outTh,outQT不匹配系數(shù)總是

≥12.熱量傳遞過程的分析熱量傳輸環(huán)節(jié)分析指標(biāo)（不匹配系數(shù)ξ、熱阻RH）集中空調(diào)系統(tǒng)中的典型顯熱傳遞過程11類型典型換熱過程集中空調(diào)系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的環(huán)節(jié)單熱源、單熱匯1.單個(gè)換熱器板換、干式FCU等2.串聯(lián)換熱器從蒸發(fā)器到板換等3.熱管換熱器機(jī)房排熱過程多熱源、單（多）熱匯4.兩熱源、單熱匯新風(fēng)、回風(fēng)的串級(jí)處理（比利時(shí)）帶熱功轉(zhuǎn)換換熱網(wǎng)絡(luò)5.單個(gè)制冷循環(huán)過程制冷機(jī)組的換熱過程*張海強(qiáng).建筑熱環(huán)境控制中換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化分析[碩士學(xué)位論文].清華大學(xué),20112.后續(xù)研究內(nèi)容熱量傳輸環(huán)節(jié)匹配與投入的換熱能力UA、流量等的關(guān)系若干個(gè)換熱環(huán)節(jié)下，流量變化、換熱能力的影響串聯(lián)、并聯(lián)換熱過程，換熱能力（UA）的分配原則輸送能耗(風(fēng)機(jī)、水泵)與冷熱源能耗間的綜合考慮投入的空氣、水循環(huán)流量對(duì)系統(tǒng)傳遞過程的影響傳遞過程損失與輸送能耗間的相互關(guān)系12流體A、B、C可為空氣、水、制冷劑等，對(duì)應(yīng)集中空調(diào)系統(tǒng)中的不同環(huán)節(jié)不同過程間的共性與區(qū)別2.后續(xù)研究內(nèi)容冷源能耗與輸配系統(tǒng)能耗的相互影響關(guān)系13dΔJdW制冷機(jī)組風(fēng)機(jī)/水泵0WΔTΔJ制冷機(jī)組風(fēng)機(jī)/水泵0W溫差△T對(duì)于制冷機(jī)組耗功與輸配系統(tǒng)耗功的影響TQ室溫蒸發(fā)溫度Te空氣冷水加大循環(huán)風(fēng)量：有利于降低總R；在傳遞同樣Q情況下，使得Te提高（對(duì)制冷機(jī)有利）風(fēng)機(jī)能耗顯著增大總熱阻不匹配系數(shù)ξM分析溶液除濕空氣處理過程14(a)空氣-水熱質(zhì)交換過程(b)空氣-溶液熱質(zhì)交換過程空氣-溶液熱濕傳遞過程的損失由換熱能力UA有限、流量不匹配和參數(shù)不匹配三部分原因造成不匹配系數(shù)ξM

的含義：實(shí)際過程的損失或傳遞阻力R與滿足流量匹配和入口參數(shù)匹配過程的損失或傳遞阻力R之間的比值3.空氣熱濕處理過程的分析3.空氣熱濕處理過程匹配特性指導(dǎo)溶液除濕空氣處理流程構(gòu)建流程性能(BasicTypeI)tc=78.8oC,te=16.5oCCOPhp=1.89,COPsys=1.8315ξM=1.34ξ=2.7ξM=1.07ξ=1.07ξ=1.004.集中空調(diào)系統(tǒng)的整體分析集中空調(diào)系統(tǒng)的分析（比利時(shí)）冷水的串級(jí)利用，實(shí)現(xiàn)冷水大溫差（~10oC）的循環(huán)過程16新風(fēng)冷卻水泵新風(fēng)處理機(jī)組送風(fēng)冷卻塔冷水機(jī)組

(~7oC)風(fēng)機(jī)盤管冷水串級(jí)利用的空調(diào)系統(tǒng)原理（FCU+OA）室內(nèi)溫度QT冷凍水室外溫度蒸發(fā)溫度換熱損失換熱損失新風(fēng)處理FCU冷水大溫差，降低冷水輸送環(huán)節(jié)的能耗輸送環(huán)節(jié)、冷熱源環(huán)節(jié)的綜合考慮串、并聯(lián)的換熱過程應(yīng)如何分析4.后續(xù)研究內(nèi)容集中空調(diào)系統(tǒng)的整體分析從損失角度分析集中空調(diào)系統(tǒng)的指導(dǎo)原則從損失的視角認(rèn)識(shí)問題、構(gòu)建系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，采取措施減少損失熱力學(xué)分析指標(biāo)（火積、火用）、熱量、質(zhì)量平衡從室內(nèi)采集過程出發(fā)的分析，分別滿足室內(nèi)溫、濕度需求，進(jìn)而改善熱量傳輸、冷熱源等環(huán)節(jié)的性能匹配分析單個(gè)傳熱/熱濕傳遞環(huán)節(jié)及換熱網(wǎng)絡(luò)、對(duì)減少損失的作用（不匹配系數(shù)ξ、熱阻R）17空氣熱濕處理過程熱量傳輸環(huán)節(jié)室內(nèi)采集過程冷熱源包含各環(huán)節(jié)在內(nèi)的集中空調(diào)系統(tǒng)損失分析方法課題預(yù)解決的問題和難點(diǎn)18進(jìn)展中分析集中空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵問題（從損失視角）從室內(nèi)采集過程出發(fā)，改善熱量傳輸、冷熱源等環(huán)節(jié)的性能（T、Q均為重要指標(biāo)）減少采集過程的損失，降低對(duì)冷熱源的品位需求難點(diǎn)：不同采集過程的損失及刻畫從內(nèi)部損失的視角認(rèn)識(shí)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，減少損失的分析方法減少損失與提高系統(tǒng)性能的關(guān)系難點(diǎn)：從損失角度對(duì)輸送能耗、冷熱源能耗的綜合考慮分析已有進(jìn)展進(jìn)展中基于損失分析的指標(biāo)來衡量各環(huán)節(jié)，明確關(guān)鍵影響因素（UA、流量及參數(shù)）匹配特性（不匹配系數(shù)ξ）分析顯熱、熱濕傳遞環(huán)節(jié)熱阻R用來分析傳遞過程的特性、優(yōu)化流程難點(diǎn)博士期間論文劉曉華,江億,張濤.溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)（第二版）.北京:中國建筑工業(yè)出版社.2013年5月ZhangTao,LiuXiaohua,JiangYi.Developmentoftemperatureandhumidityindependentcontrol(THIC)air-conditioningsystemsinChina-areview.Renewable&SustainableEnergyReviews,201419溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)ZhangTao,LiuXiaohua,JiangYi.Performancecomparisonofliquiddesiccantairhandlingprocessesfromtheperspectiveofmatchproperties.EnergyConversionandManagement,2013ZhangTao,LiuXiaohua,JiangYi.Performanceoptimizationofheatpumpdrivenliquiddesiccantdehumidificationsystems.EnergyandBuildings,2012ZhangTao,LiuXiaohua,JiangJingjing,etal.Experimentalanalysisofaninternallycooledliquiddesiccantdehumidifier.BuildingandEnvironment,2013熱濕處理過程的匹配特性ZhangTao,LiuXiaohua,ZhangLun,etal.Performanceanalysisoftheair-conditioningsysteminXi'anXianyangInternationalAirport.EnergyandBuildings,2013ZhangTao,LiuXiaohua,JiangJingjing,etal.Analysisonthelargetemperaturedifferencedistributionsystemforheatextractionindatacenters.Clima2013國際會(huì)議高大空間和數(shù)據(jù)機(jī)房的室內(nèi)環(huán)境Thanks請(qǐng)各位老師指導(dǎo)主要參考文獻(xiàn)過增元,梁新剛,朱宏曄.火積－描述物體傳遞熱量能力的物理量.自然科學(xué)進(jìn)展,2006,16(10):1288-1295江億,劉曉華,謝曉云.室內(nèi)熱濕環(huán)境營造系統(tǒng)的熱學(xué)分析框架.暖通空調(diào),2011,41(3):1-12.Zeng-YuanGuo,Hong-YeZhu,Xin-GangLiang.Entransy-Aphysicalquantitydescribingheattransferability.InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2007,50(13-14):2545-2556.X.T.Cheng,X.G.Liang.Computationofeffectivenessoftwo-streamheatexchangernetworksbasedonconceptsofentropygeneration,entransydissipationandentransy-dissipation-basedthermalresistance.Energ.Convers.Manage.58(2012)163-170.LunZhang,XiaohuaLiu,YiJiang.ApplicationofentransyintheanalysisofHVACsystemsinbuildings.Energy,2013,38:QunChen,KangdingYang,MoranWang,NingPan,ZengyuanGuo.AnewapproachtoanalysisandoptimizationofevaporativecoolingsystemI:Theory.Energy,2010,35(6):2448-2454.劉曉華,江億,張濤,張倫.建筑熱濕環(huán)境營造過程中換熱網(wǎng)絡(luò)的匹配特性分析.暖通空調(diào),2011,41(3):QunChen,NingPan,ZengyuanGuo.AnewapproachtoanalysisandoptimizationofevaporativecoolingsystemII:Applications.Energy,2011,36(5):2890-2898.L.Z.Zhang,S.M.Huang.Coupledheatandmasstransferinacounterflowhollowfibermembranemoduleforairhumidification.InternationalJournalofHeatMassTransfer,2011,54(5-6):1055-1063ChengqinRen,NianpingLi,GuangfaTang.PrinciplesofexergyanalysisinHVACandevaluationofevaporativecoolingschemes.BuildingandEnvironment,2002,37(11):1045-1055.H.S.Sun,S.E.Lee,Casestudyofdatacenters’energyperformance,EnergyandBuildings38(2006)522-533.B.Fakhim,M.Behnia,S.W.Armfield,N.Srinarayana,Coolingsolutionsinanoperationaldatacentre:Acasestudy,AppliedThermalEngineering31(2011)2279-2291.R.Singh,M.Mochizuki,K.Ma