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東莞市久裕通風(fēng)設(shè)備有限公司

Dongguan Jiuyu Ventilation Equipment Co.,Ltd.

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地道風(fēng)通風(fēng)降溫的優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)行效果預(yù)測

文章出處:東莞市久裕通風(fēng)設(shè)備有限公司責(zé)任編輯:久裕通風(fēng)降溫發(fā)表時(shí)間:2011-12-29瀏覽量:4226

1 前言

自然能源的利用是空調(diào)節(jié)能的重要手段。夏季利用地道風(fēng)通風(fēng)降溫可以有效地改善室內(nèi)熱環(huán)境;與一般空調(diào)系統(tǒng)相比.可以節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)用.但所能達(dá)到的室內(nèi)空氣品質(zhì)卻較低。地道風(fēng)通風(fēng)的降溫效果或降溫能力與地道結(jié)構(gòu)尺寸和所在地區(qū)的氣候條件密切相關(guān)。因此在考慮采用地 道風(fēng)通風(fēng)方案時(shí),應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).并分析和預(yù)測其室內(nèi)熱環(huán)境的改善效果,為建筑業(yè)主提供決策依據(jù)。

本文研究了地道風(fēng)通風(fēng)降溫的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,結(jié)臺(tái)建筑 動(dòng)態(tài)熱過程模擬計(jì)算方法,建立了地道風(fēng)通風(fēng)運(yùn)行時(shí)室內(nèi)熱環(huán)境的預(yù)測程序.并針對(duì)一個(gè)工程實(shí)例進(jìn)行了分析。

2 地道風(fēng)通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

一定量室外空氣沿地道流動(dòng),受到地道四周壁面的玲卻,在地道出口處達(dá)到較低的溫度。

考慮到地道風(fēng)一般只用于夏季降溫.且通風(fēng)是間歇運(yùn)行的,故下面對(duì)間歇運(yùn)行的地道風(fēng)通風(fēng)進(jìn)行討論。

設(shè)地道長 L(m),截面周長 U(m).截面面積f(m2),地道 位于地表面y(m)以下。

假定室外氣溫為tw (℃),地道出口空氣溫度為to(℃),空 氣流量為G( m3/h).則有:

to= top+(tw- top)×B×exp(-KF/G)

式中  top——間歇運(yùn)行時(shí)y(m)處地層計(jì)算溫度,℃;

B—— 間歇運(yùn)行修正系數(shù);

K——地道壁體傳熱系數(shù);

F——地道冷卻面積,F=U× L m2

2.1  top的計(jì)算

top= td+Ad×exp(-0.334y)×cos(0.334y)+Δtd

式中  td——土壤表面年平均溫度,℃;

Ad——地表溫度波幅,℃;

Δtd——地道通風(fēng)附加溫升,一般為1—3℃。

2.2 K值計(jì)算

地道壁體可視為半無限大的物體,則有:

K=[1/α+(1.13√a×c/β×λ)]-1  (3)

β=1+0.76π/U×√a×τ  (4)

α=0.045×λa/dc×Re0.8

式中α為對(duì)流換熱系數(shù),a為壁體導(dǎo)溫系數(shù). λ為壁體導(dǎo)熱系 數(shù). λ1為空氣導(dǎo)熱系數(shù).τ為時(shí)間.de為地道當(dāng)量直徑(de=4f/U),Re為雷諾數(shù)(Re=u× dc/v)。

2.3 B的確定

間歇運(yùn)行系數(shù) B與地道的換氣量(空氣流量)有關(guān),即:

B=f(F/C)  (6)

地道風(fēng)通風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算就是針對(duì)一定長度、一定截面形狀的地道,根據(jù)氣候特點(diǎn)和建筑室溫要求,合理地確定送風(fēng)量以獲得最佳的降溫效果。

假定地道風(fēng)從地道出口到房間之間存在溫升(風(fēng)機(jī)、風(fēng)道溫升) Δt0.則送風(fēng)溫度為tm

tq=tm +Δt0  (7)

地道風(fēng)的供冷量為:

Q=G×Cp(tN- tm) ×ρ/3600  (8)

由于tm, oc t0,oc ,G,故存在一個(gè)最佳C值,使 Q達(dá)到最大。同時(shí)說明當(dāng)室外氣溫變化時(shí),最好采用變風(fēng)量風(fēng)機(jī),通過改 變風(fēng)量以得到最大的供冷效果.當(dāng)然,這樣會(huì)使初投資增加

利用式(1)一(8)編程,采用逐步搜索法,用計(jì)算機(jī)求出 最佳通風(fēng)量G和最大供冷量 Q一。設(shè)計(jì)計(jì)算流程見圖1。得 出通風(fēng)量后,便可進(jìn)行管道系統(tǒng)設(shè)計(jì),并選擇合適的風(fēng)機(jī);同時(shí),結(jié)合方程(1)一(8)可以分析計(jì)算地道風(fēng)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)進(jìn)風(fēng)溫度的逐時(shí)變化。

3 地道風(fēng)通風(fēng)室內(nèi)熱環(huán)境預(yù)測方法

地道風(fēng)通風(fēng)屬直流式空讕系統(tǒng),其進(jìn)風(fēng)溫度隨室外氣溫的變化而變化。若系統(tǒng)的通風(fēng)量不變,當(dāng)室外氣溫隨時(shí)間變化時(shí),進(jìn)風(fēng)溫度和房間冷負(fù)荷皆發(fā)生孌化,從而使得房間空氣溫度發(fā)生變化,倘若有全年氣象(氣溫)逐時(shí)分布數(shù)據(jù),結(jié)合建筑動(dòng)態(tài)熱過程(動(dòng)態(tài)負(fù)荷)模擬計(jì)算方法,就可以分析和預(yù)測出該通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果,即通風(fēng)系統(tǒng)的起用、停用13期;系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行區(qū)間及運(yùn)行時(shí)數(shù);系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的降溫效果等。

預(yù)測流程見圖2,作者依此框圖編制了用地道風(fēng)通風(fēng)時(shí)室內(nèi)熱環(huán)境的預(yù)測程序,負(fù)荷計(jì)算采用反應(yīng)系數(shù)法,程序具有逐時(shí)顯示室內(nèi)外空氣溫度曲線及相應(yīng)極值的功能,并能指示出系統(tǒng)開停狀況,而且能打印出系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)數(shù) 室外溫度分布圖,據(jù)此可以判斷系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果。

4 實(shí)例分析

某自來水廠綜合樓靠近人肪地道口,擬采用地道風(fēng)降溫,主要供給辦公用房、娛樂房、餐廳。

4.1 地道數(shù)據(jù):有效長度 L=230i1.截面周長 U= 5.32 ,截面面積 f=1.888m2 .壁厚δ=0 279m,λ=0.8141 W/(m.k),a=1.54×10-3 ,地道平均埋深Y=9 m,土壤表面年平均溫度=19.6℃,地面溫度波幅Ad=11.9℃。

4.2 建筑數(shù)據(jù):墻體厚24O mm,單層鋁合盎玻璃窗,窗墻比60%,層高3 90m,需通風(fēng)的辦公房面積合計(jì) l90m2,娛樂用房面積120 m2,太餐廳面積110 m2。

4 3 氣象數(shù)據(jù)

設(shè)計(jì)計(jì)算: tw=36℃,tN=29℃。

預(yù)測計(jì)算:利用該市年平均氣象數(shù)據(jù),計(jì)算13期為6月 1 日至 9月 30日

4.4 計(jì)算結(jié)果:由優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算程序計(jì)算出該地道在設(shè)計(jì) 工況下送風(fēng)的最佳通風(fēng)量為 18000m3/h,最大供冷量為27.3 kW。由于該地道長度不夠,供冷量不能同時(shí)滿足辦公房、餐 廳、娛樂用房的需要,只能在時(shí)間上錯(cuò)開使用,以滿足各自的要求 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)置電動(dòng)風(fēng)閥來進(jìn)行送風(fēng)轉(zhuǎn)換。

根據(jù)以上數(shù)據(jù),以辦公用房為例,進(jìn)行用地道風(fēng)通風(fēng)降溫時(shí)室內(nèi)熱環(huán)境的預(yù)測計(jì)算(計(jì)算期為 6月1日至9月 30 ,每天8:00—18:00),并統(tǒng)計(jì)出室溫分布頻度(見表 1,只列出21一39℃溫度段),其中,“自然室溫 代表不設(shè)通風(fēng)系統(tǒng) 時(shí)室內(nèi)空氣的溫度。由此表可以看出用地道風(fēng)通風(fēng)降溫的效果,結(jié)果表明該通風(fēng)系統(tǒng)能滿足辦公用房的降溫要求,且效果顯著。

表 1 溫度分布頻度(小時(shí)數(shù))

溫度℃

21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

室外氣溫

54

150

165

160

216

207

157

164

59

10

自然室溫

37

213

179

164

260

236

118

15

0

0

通風(fēng)室溫

57

328

186

216

480

20

5

0

0

0

另外,計(jì)算顯示表明,地道風(fēng)通風(fēng)起用時(shí)問為6月中旬停用時(shí)間為9月中旬;辦公用房通風(fēng)年運(yùn)行時(shí)數(shù)為369小時(shí)該通風(fēng)系統(tǒng)建成投運(yùn)已兩年,使用效果良好,滿足了用戶的要求

5 結(jié)束語

本文詳細(xì)地分析了地道風(fēng)通風(fēng)降溫的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法,并開發(fā)了用地道風(fēng)通風(fēng)的室內(nèi)熱環(huán)境預(yù)測程序,為地道風(fēng)降溫工程的設(shè)計(jì)、決策和運(yùn)行管理提供了有效的設(shè)計(jì)、分析手段。

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