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農(nóng)業(yè)蟲害與氣象條件的關(guān)系
驚蟄過后,春回大地,萬物更新,一派生機(jī)。作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的天敵之一——蟲害,也開始復(fù)蘇、成長、繁殖,進(jìn)而危害作物的生長,給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來一定的危害。人們的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐表明,農(nóng)業(yè)害蟲的出現(xiàn)、繁殖與氣象條件關(guān)系密切。掌握它們的關(guān)系,對防治蟲害有著重要作用。
首先,農(nóng)業(yè)蟲害與氣溫、濕度變化關(guān)系密切。在自然情況下,大氣的溫度和濕度這兩個因素是相互關(guān)聯(lián)的,而且總是共同綜合地對蟲害起作用。對某一種害蟲來說,有利或不利的溫度范圍,是隨著濕度條件而轉(zhuǎn)移的;同樣,有利或不利的濕度范圍,也是隨著溫度條件而轉(zhuǎn)移的。如玉米螟卵的孵化需要相當(dāng)大的濕度,當(dāng)氣溫在25℃時,相對濕度必須達(dá)90%,卵才能全部孵化;如果相對濕度降到80%,卵死亡率達(dá)6%;如果相對濕度降到70%,卵死亡率上升到7%。玉米螟的一齡幼蟲當(dāng)氣溫在20—30℃,空氣濕度達(dá)到飽和時,幼蟲很少死亡;當(dāng)相對濕度降到95%時,則發(fā)育延遲。因此在夏季長期干旱時,對玉米螟的發(fā)生非常不利。根據(jù)溫度和濕度綜合地對害蟲起作用這一道理,可以知道,當(dāng)環(huán)境的溫濕度配合較好時,就會促進(jìn)害蟲的生長發(fā)育和繁殖,對農(nóng)作物生長造成嚴(yán)重危害;反之,就會加速害蟲的死亡和不利害蟲的生長發(fā)育和繁殖。昆蟲對溫濕條件的綜合要求,通常用溫濕系數(shù)來表示,即:溫濕系數(shù)=相對濕度/溫度,利用溫濕系數(shù)可以預(yù)測害蟲的發(fā)生趨勢。
其次,農(nóng)業(yè)蟲害與日光、風(fēng)的關(guān)系密切。陽光對農(nóng)業(yè)蟲害的影響,除了影響大氣溫度變化而間接影響蟲害的發(fā)生、發(fā)展外,還直接影響害蟲的遷移、取食、產(chǎn)卵等活動。生活在土壤里的昆蟲,鉆蛀作物莖稈的害蟲和倉庫害蟲則一般都畏懼強(qiáng)光,風(fēng)對昆蟲的傳播起著巨大作用,它可以幫助一些昆蟲飛翔和遷移,但風(fēng)太大則會阻礙一些昆蟲的活動。如飛蝗的遷移就和風(fēng)速關(guān)系密切,小風(fēng)就迎著風(fēng)飛翔;風(fēng)力稍大就順風(fēng)飛翔;風(fēng)力過大就停止飛翔。因此可以根據(jù)飛蝗活動時的風(fēng)向風(fēng)速,來預(yù)測飛蝗的分布范圍和擴(kuò)散幅度。
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一引言
隨著我國房地產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,各種新技術(shù)、新建材在住宅建筑中得到充分的開發(fā)和利用,使沿用了幾二年的燃煤鍋爐供暖以及近兩年開發(fā)應(yīng)用的燃?xì)馊加凸┡凑加檬覂?nèi)有效空間又妨礙美觀的鑄鐵散熱器的采暖方式,都有了較大的改變,地板供暖是近年來逐步獲得住戶和開發(fā)商認(rèn)可的一種采用以水為媒介在地板墊層中輔設(shè)排管后種輻射采暖方式地板供暖。方式之所以在眾多的采暖方式中備受歡迎,主要有節(jié)能、舒適、衛(wèi)生等方面的優(yōu)點。目前,大連市的諸多精品住宅小區(qū)皆有用低溫輻射地板供暖裝置,為了了解其實際運行狀況,2001年冬季,對大連市地板供暖前后的室內(nèi)熱濕環(huán)境進(jìn)行了實測調(diào)查及問卷調(diào)查。
二實測調(diào)查的目的和方法
1目的
本次實測調(diào)查的目的主要是為了比較采暖前后室內(nèi)熱濕環(huán)境的變化及進(jìn)入采暖期后,冷風(fēng)滲透、樓板雙向傳熱、分室控制熱量等多種復(fù)雜因素對室內(nèi)水平、垂直溫度分布的影響。同時還調(diào)查了居住者對室內(nèi)環(huán)境的滿意程度。
2調(diào)查方法
調(diào)查分兩種方式進(jìn)行,一種是對環(huán)境物理參數(shù)的測定,包括室內(nèi)的溫度、相對濕度、風(fēng)速,室外空氣的溫度及相對濕度。所使用的儀器為日本產(chǎn)數(shù)字式溫濕度記錄儀及清華同方熱球形式風(fēng)速表。其中溫濕度每隔10分鐘自動記錄一次數(shù)據(jù)??諝饬鲃铀俣鹊臏y定為某一時間段內(nèi)的不連續(xù)記錄。由于調(diào)查住宅11月15日正式開始采暖,測試時間分為兩段,11月9日~11月14日為采暖前的6天,11月20日~11月25日為采暖后的6天。另一種是對居住者主觀感受的問卷調(diào)查,在采暖前后分別進(jìn)行了一次。
三實測調(diào)查
1概要
本次調(diào)查對象為位于大連市中心的一座新建高層住宅。建筑平面圖及測點位置見圖1。另在該住宅的露天陽臺上布置有溫濕度記錄儀,用于記錄室外溫濕度變化。對象住宅于2000年竣工,為框架結(jié)構(gòu),建筑面積122m2的,家庭成員由一對中年夫婦和女兒組成。
圖1建筑平面圖
2實測結(jié)果和分析
(1)室外溫度的變化對室內(nèi)溫度的影響
圖2表示在測試期間內(nèi),不同房間的溫度變化曲線。采暖前后,室外溫度變化不大。但在11月24日,出現(xiàn)了明顯的降溫天氣,室外溫度下降了10℃左右。測試期間內(nèi),由不同房間室內(nèi)平均溫度(表1)可知,主臥室溫度在采暖前后,與其他房間的溫度相比均是最低的,這是由于主臥室有兩面外墻。采暖前不同房間之間溫差不大,其中客廳溫度略高。主要因為客廳朝西,且西外墻為落地窗受西曬的影響較大。采暖后,不同房間之間的溫差較采暖前有所增加。據(jù)調(diào)查,居住者經(jīng)常根據(jù)自身的體感溫度對不同房間的供熱量進(jìn)行量調(diào)節(jié),否則感覺室內(nèi)溫度偏高。由圖2可知,當(dāng)室外天氣出現(xiàn)急劇降溫時,室內(nèi)溫度場仍然很穩(wěn)定。充分體現(xiàn)了該住宅的三大節(jié)能特性:保溫性能好的墻體結(jié)構(gòu)(墻厚450mm),新型的隔熱密封性中空玻璃窗,地板供暖的蓄熱能力。
不同房間室內(nèi)平均溫度表1
客廳主臥室次臥室廚房
采暖前18.1℃17.0℃17.4℃17.2℃
采暖后25.0℃23.1℃24.8℃27.1℃
在測試期間內(nèi),不同房間逐時的平均溫度變化見圖3。采暖前后,室內(nèi)溫度的最低值均出現(xiàn)在上午8:00~9:00,主要是由于居住者每是在此時間段內(nèi)有開窗換氣的習(xí)慣。一日內(nèi),主臥室和客廳的溫度變化大于次臥室和廚房的溫度變化。采暖前,主臥室和客廳的溫度變化在5.5℃左右,次臥室和廚房的溫度變化在2.7℃左右。采暖后,主臥室溫度變化最大,為4℃,其次是客廳的溫度變化為2.6℃,次臥室和廚房的溫度變化最小,為1.3℃。由此可見,采暖后,一日內(nèi)室內(nèi)溫度變化較之采暖前減小了。
圖2采暖前后各房間溫度變化曲線
圖3一日內(nèi),不同房間溫度的變化
早晚團(tuán)聚時,主臥室和客廳的平均溫度和標(biāo)準(zhǔn)偏差見圖4。采暖前后,客廳溫度均高于主臥室溫度。采暖前的早晚溫差為2.4℃~3.8℃,采暖后室內(nèi)的早晚溫差1℃左右,且采暖后的標(biāo)準(zhǔn)明顯小于采暖前,表明采暖后的室溫變化小于采暖前的室溫變化。
圖4早晚團(tuán)聚時,主臥室和客廳的溫度
(2)垂直溫度分布狀況
為了考察室內(nèi)垂直溫度分布,本次實測調(diào)查在垂直方向主臥室選取了三個測點(0.1m、1.2m、2.3m),客廳選取了兩個測點(0.1m、1.2m)。主臥室的垂直溫度分布見圖5。采暖前后,主臥室溫度均是由下向上逐步遞增的趨勢,且上下溫差地明顯變化。考慮原因有兩點:1)測點位置離窗戶較近,近窗面的冷風(fēng)滲透使是在窗戶附近形成低溫區(qū),冷空氣下沉,地板表面處的空氣溫度反而低于地面上1.2m的空氣溫度[1]。2)樓板雙向傳熱的影響,使得靠近頂部的空氣溫度升高。
圖5主臥室垂直溫度分布圖
圖6表示的客廳室內(nèi)外溫差與上下溫差的關(guān)系。采暖前后,上下溫差同室內(nèi)外溫差的比值分別為0.11、0.06,該值越小,說明室內(nèi)溫度受室外溫度影響的程度越小,室內(nèi)越容易形成舒適的熱環(huán)境[2]。采暖前,客廳的上下溫差在0.1℃~3.7℃范圍內(nèi),采暖后,客廳的上下溫差多集中于-1.3℃~1.0℃范圍內(nèi)。
圖6客廳室內(nèi)外溫度與上下溫差的關(guān)系
圖7為采暖后某一日主臥室上下溫度隨時間推移的變化圖。其中,白天12時的溫度最高,上下溫差最小,地板上0.1m和2.3m的溫度差為1.3℃。深夜的室內(nèi)溫度高于早晨的室內(nèi)溫度,主要是因為混凝土板蓄熱作用造成的。
圖7主臥室上下溫度隨時間推移的分布
(3)室內(nèi)外相對濕度的變化
客廳的相對濕度逐時變化曲線見圖8。室外的相對濕度在采暖后比采暖前高21.8%,室內(nèi)平均相對濕度采暖前為45.9%,采暖后為43.6%。室內(nèi)相對濕度的變化范圍,采暖后為41.5%~45.8%,采暖前為35.1%~50.5%。圖9為室內(nèi)外相對濕度的變化關(guān)系。采暖前的室內(nèi)相對濕度多高于采暖的比值分別為0.19、0.13,說明室外相對濕度對室內(nèi)的影響在采暖后較之采暖前小。低溫輻射地板供暖的供暖方式為遠(yuǎn)紅外線輻射,輻射面表面溫度較低,水分的蒸發(fā)速度較慢,并且紅外線輻射空過透明的空氣,不改變空氣的濕度,較好地克服了傳統(tǒng)供暖方式造成的室內(nèi)燥熱、口干舌燥等不適,明顯改善皮膚的微循環(huán),使室內(nèi)濕度適中。
圖8一日內(nèi),室內(nèi)外相對溫度的變化
圖9室內(nèi)相對濕度的關(guān)系
(4)居住者對室內(nèi)環(huán)境的主觀評價
根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果,居住者對室內(nèi)環(huán)境的主觀評價在采暖前后無顯著差別,均感到舒適。對室內(nèi)濕度的評價,即使采暖后也不感到干燥。由于采暖形式為輻射傳熱,不會導(dǎo)致室內(nèi)空氣因?qū)α鞫a(chǎn)生的塵埃飛揚,因此居住者對室內(nèi)空氣品質(zhì)的評價良好。熱感覺的投票值采用ASHRAE的7級指標(biāo)表示(-3冷,-2涼,-1稍涼,+1稍暖冷,+2暖,+3稍暖),采暖前后的實際熱感覺值(TSV)與Fanger的PMV計算值比較結(jié)果如表2所示,PMV值明顯低于實測的熱感覺值(TSV)??紤]其原因,在計算PMV值時,近似認(rèn)為室內(nèi)平均輻射溫度等于空氣溫度,實際上該住宅采光效果好,而且采用輻射采暖形式,室內(nèi)平均輻射溫度實際上高于空氣溫度。采暖后,依據(jù)居住者的個人需求分室控制供熱量,使得不同房間存在溫差,但在暖和的室溫中,人體并未到溫差的存在。
PMV和TSV的比較表2
TSV-0+2
測定項目單位采暖前采暖后
空氣流速m/s0.130.10
相對濕度%45.943.6
空氣溫度%18.125.0
衣服熱阻clo0.540.54
PMV---2.010.05
PPD%77.345.04
四結(jié)論
2001年冬季,對大連市一戶地板供暖住宅在采暖前后的室內(nèi)外溫濕度善及人體舒適性進(jìn)行了實測調(diào)查,其主調(diào)查結(jié)果如
下:
1.地板供暖住宅具有蓄熱能力。表現(xiàn)在三個方面:一日內(nèi)室內(nèi)溫度波動范圍采暖后小于采暖前:室外溫度降低了10℃,室內(nèi)仍保持穩(wěn)定的溫度;采暖后,凌晨(0:00)的溫度高于早晨(6:00)的溫度。
2.采暖后,由一居住者可根據(jù)個人需要分室調(diào)節(jié)控制供熱量,不同房間的溫差較采暖前有所增加同時室溫也升高了,人體在暖和的室溫中,并未感到不同房間之間的溫差。
3.在測試期間,主臥室溫度低于客廳溫度,其原因為主臥室有西南兩面外墻,客廳僅有朝西的外墻。
4.受冷風(fēng)滲透及樓板雙向傳熱的影響,主臥室內(nèi)靠近窗戶的垂直方向出現(xiàn)了上部溫度高,地面溫度低的溫度分布狀況。但就住宅其他位置的垂直溫度分布看,客廳的上下溫差(0.1m、1.2m)多集中在-1.3℃~1℃,地板供暖的舒適性仍很高。
關(guān)鍵詞:太陽能光伏發(fā)電;太陽輻射;日照時數(shù);相對濕度;溫度
中圖分類號:P49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
引言
能源是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要基礎(chǔ),在我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。我國擁有豐富的太陽能資源,資源量相當(dāng)于170Mtoc,發(fā)電量達(dá)1381780MkW?h,太陽能產(chǎn)業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿η野l(fā)展迅速,已成為新能源產(chǎn)業(yè)的重點之一。敦煌市(N40°、E94°)位于甘肅省河西走廊最西端,地處內(nèi)陸,面積3.12萬km2,境內(nèi)地勢平坦開闊,沙塵天數(shù)少,太陽能資源豐富,全年日照時數(shù)達(dá)3362h以上,日照百分率高達(dá)75%,年總輻射量為6882MJ/m2,日均輻射量18.86MJ/m2,是我國太陽能資源最豐富的地區(qū)之一,可開發(fā)利用適合太陽能發(fā)電且條件優(yōu)越的荒漠面積達(dá)5000km2,具備建設(shè)千萬千瓦級太陽能電站的資源條件,被稱為中國太陽能的黃金地帶,也是國內(nèi)大規(guī)模實施太陽能光伏發(fā)電和綜合利用項目的理想地區(qū)之一。敦煌市富集的太陽光資源和便利的電力運輸及交通條件,為快速增長的電力負(fù)荷和大規(guī)模光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)提供了保證,是實施“中國大漠光電工程”的理想?yún)^(qū)域。影響太陽能光伏發(fā)電站發(fā)電量的因素可歸納為裝機(jī)容量、綜合效率和太陽輻射3方面,其中太陽輻射受季節(jié)和地理位置影響較大,尤其大氣溫度、濕度、日照等因素具有顯著季節(jié)變化和日變化周期,其不連續(xù)和不確定特點都可影響太陽輻射的強(qiáng)弱,進(jìn)而使電網(wǎng)的穩(wěn)定性受到波動,因此,加強(qiáng)地方氣象因子與太陽能光伏發(fā)電關(guān)系分析對于提高并網(wǎng)光伏電站發(fā)電量至關(guān)重要。
1 太陽能光伏發(fā)電與氣象因子的關(guān)系
1.1 與日照時數(shù)的關(guān)系
敦煌地區(qū)月平均日照時數(shù)均在200h以上,1a期間5~9月日照時數(shù)達(dá)到300h以上,5、6月份月日照時數(shù)達(dá)到峰值,為361.0h,其次為3月份,達(dá)到289.8h,自7月起月日照時數(shù)逐漸開始下降,其中12、1月為1a中月日照時數(shù)最低月,但也達(dá)到了215h左右。敦煌日照百分率高達(dá)75%,屬甘肅省日照百分率高值區(qū),說明該地區(qū)日照時數(shù)穩(wěn)定,受天氣變化影響較小,太陽能資源穩(wěn)定,對太陽能資源的開發(fā)利用十分有利。
1.2 與太陽輻射的關(guān)系
根據(jù)敦煌2002~2012年季平均太陽輻射總量統(tǒng)計得出,敦煌地區(qū)春季(3~5月)、夏(6~8月)、秋季(9~11月)、冬季(12月~翌年2月)太陽輻射總量分別為2135.14MJ/m2、2506.78MJ/m2、1509.94MJ/m2、1230.19MJ/m2。分析敦煌各季節(jié)太陽輻射與光伏發(fā)電的關(guān)系可知,敦煌各季節(jié)光伏發(fā)電與太陽輻射均呈現(xiàn)直線關(guān)系,太陽輻射越強(qiáng),光伏發(fā)電量就越多。
1.3 與相對濕度的關(guān)系
敦煌地區(qū)年平均降水日數(shù)為17~20d左右,為甘肅省降水日數(shù)最少地區(qū)之一,年平均降水量36.5mm,降水集中在夏季(6~8月),降水量約占全年總降水量的65%,1、2、4、5及9~12月,月平均降水量均不超過2mm,同時該地區(qū)年蒸發(fā)量在2000~3000mm,是甘肅省蒸發(fā)量最大的地區(qū)。降水少、蒸發(fā)量大,相對濕度就較低,說明該地區(qū)空氣中水汽含量小,有利于增加太陽輻射,使太陽能光伏發(fā)電站光伏功率增加。根據(jù)劉玉蘭等對寧夏地區(qū)逐日光伏功率與相對濕度的關(guān)系的研究中得出,相對濕度每減少1%,光伏功率就會減少27.35KW,可見敦煌地區(qū)較低的相對濕度對光伏功率起著增強(qiáng)作用,相對濕度越低,光伏發(fā)電站輸出功率越強(qiáng)。
1.4 與溫度的關(guān)系
溫度對太陽能光伏發(fā)電的影響主要表現(xiàn)在太陽能電池電性能隨溫度的變化而變化方面。通常,在溫度較高時,硅太陽能電池工作中開路電壓會隨著溫度的升高而大幅下降,還可導(dǎo)致充電工作點嚴(yán)重偏移,造成系統(tǒng)充電不足而損壞。同時,溫度升高還致使硅太陽能電池輸出功率大幅下降,太陽能電池組件難以充分發(fā)揮其最大性能。當(dāng)晶體硅太陽能電池組件溫度超過25℃范圍時,溫度每升高1℃其功率就會損失1%。敦煌地區(qū)4~10月白天最高溫度達(dá)25℃以上,其中5~9月可達(dá)到30℃以上,6~8月白天最高溫度在36.5~39.7℃之間,受高溫影響,光伏電池表面溫度會更高,可致光伏電池效率衰減6%以上,進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電量下降很多,可見環(huán)境溫度的變化會給光伏發(fā)電站帶來不穩(wěn)定影響。
2 加強(qiáng)太陽能光伏發(fā)電氣象預(yù)報技術(shù)研究
受氣象條件等影響,太陽能資源表現(xiàn)出一定的先天不穩(wěn)定性,如天氣轉(zhuǎn)為多云、陰雨、沙塵暴或夏天出現(xiàn)極端高溫等,光伏發(fā)電站的發(fā)電量就會隨之銳減,電網(wǎng)端如未提前做好充分準(zhǔn)備就會出現(xiàn)供電不足情況,從而影響人們的正常生產(chǎn)和生活。因此,在建設(shè)電站時首先要對氣候環(huán)境資源進(jìn)行充分評估,還要做好太陽能發(fā)電站運行過程中太陽能資源和相關(guān)氣象條件的預(yù)報,采用理論分析和實驗驗證相結(jié)合的方式,作為開展太陽能光伏發(fā)電氣象預(yù)報的技術(shù)支撐;要充分考慮氣象因子與不同尺度氣象預(yù)報對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中安全性、經(jīng)濟(jì)性和效率提高的重要性,保障大規(guī)模新能源接入條件下電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行,促進(jìn)西部地區(qū)可再生能源的開發(fā)利用。
參考文獻(xiàn)
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1347-1351.
關(guān)鍵詞空氣源熱泵冷熱水機(jī)組結(jié)霜動態(tài)模擬
1前言
空氣源熱泵冷熱水機(jī)組作業(yè)中央空調(diào)的冷熱源有很多優(yōu)勢,如冬夏共用,設(shè)備利用率高;省去了鍋爐房和一套冷卻水系統(tǒng);機(jī)組可安裝在室外,節(jié)省了機(jī)房的建筑面積;不污染環(huán)境等。因此該機(jī)組在氣候適宜地區(qū)的中小型建筑中得到了廣泛地應(yīng)用。但機(jī)組在冬季運行時,當(dāng)空氣側(cè)換熱器表面溫度低于周圍空氣的露點溫度且低于0℃時,換熱器表面就會結(jié)霜。結(jié)霜后換熱器的傳熱效果急劇惡化,嚴(yán)重時機(jī)組會停止運行。因此換熱器結(jié)霜是影響機(jī)組應(yīng)用和發(fā)展的主要問題,研究機(jī)組在結(jié)霜工況下的工作性能具有十分重要的意義。
2.結(jié)霜模型的建立
霜的積累速率是由進(jìn)出室外換熱器空氣濕度的變化決定的:
(1)
式中:----空氣的質(zhì)量流量,kg/s;
di,d0----分別為空氣進(jìn)、出換熱器的含濕量,kg/kg。
由于霜的多孔性和分子擴(kuò)散作用,在表面溫度低于0℃的換熱器上沉降為霜的水分一部分用以提高霜層的厚度,一部分用以增加霜的密度[1],即
(2)
式中用于霜密度變化的結(jié)霜量變化率由下式確定[2]:
(3)
式中:----換熱器的全熱交換量,W;
iSV----水蒸氣的升華潛熱,J/kg;
λfr----霜的導(dǎo)熱系數(shù),W/(m·K);
R----水蒸氣的氣體常數(shù),461.9/(kg·K);
TS----霜表面的溫度,K;
pV----水蒸氣的分壓力,Pa;
vV,vi----分別為水蒸氣、冰的比容,kg/m3。
ρfr,ρi----分別為霜、冰的密度,m3/kg;
DS----霜表面水蒸氣的擴(kuò)散系數(shù),m2/s。
而霜的密度ρfr與換熱器表面的溫度、空氣的溫度、相對濕度、流速和結(jié)霜的時間等有關(guān),結(jié)霜時間越長,霜的密度越大。計算時,先假設(shè)一個初始密度,由下式計算霜的導(dǎo)熱系數(shù),再計算霜密度和厚度的變化。
(4)
對于每一個時間步長Δt,霜密度的變化和厚度的變化為:
(5)
(6)
式中:At----換熱器的總換熱面積,m2;
δt----霜層的厚度,m。
3模型的求解
我們對空氣側(cè)換熱器后個換熱單元在不同工況下的結(jié)霜情況進(jìn)行了模擬計算,該單元的結(jié)霜情況可以反映出整個換熱器的結(jié)霜情況。空氣側(cè)換熱器由160個這種換熱單元組成。計算的換熱器單元結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1,計算工況見表2。
換熱器單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)表1
管材銅管徑Φ×0.15風(fēng)向管排數(shù)4
迎風(fēng)管排數(shù)20管間距S125.4管間距S222mm
翅片材料鋁片型波紋片片厚0.2mm
片間距2.0mm翅化系數(shù)17.8單根管長16m
分液路數(shù)10
在求解結(jié)霜的動態(tài)模型時,必須考慮結(jié)霜的密度和厚度隨時間的變化,但在以往的結(jié)霜量計算中,均未同時考慮結(jié)霜的密度和厚度隨時間的變化。如Д.А.Чирен-ко[3]建立了空冷器上結(jié)霜的數(shù)學(xué)模型,并將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。由于假設(shè)霜層均勻分布,且霜的厚度隨時間線性增加,而霜的密度不隨時間變化,使得模擬霜的厚度比實驗值大20%~30%。
計算工況表2
工況編號空氣溫度
(℃)相對濕度
(%)風(fēng)量
(m3/h)蒸發(fā)溫度
(℃)過熱水度
(℃)冷凝溫度
(℃)過冷度
(℃)制冷劑流量
(kg/s)
1A0651062-1355050.0096
B0751062-1355050.0096
C0851062-1355050.0096
2D-4651062-1355050.00816
E-4751062-1355050.00816
F-4851062-1355050.00816
本文根據(jù)一些實驗數(shù)據(jù)和結(jié)霜密度的變化規(guī)律,首次提出了結(jié)霜密度隨時間的變化關(guān)系式,并認(rèn)為在剛開始結(jié)霜時,結(jié)霜量度要是增加霜的厚度,而密度變化很小。隨著時間的推移,霜厚度的增加變緩,而密度變化增加,而且霜的密度隨時間呈拋物線規(guī)律變化。
由穩(wěn)態(tài)模型和公式(3),可以計算出用于霜密度變化的結(jié)霜量變化率,并把這一值認(rèn)為是結(jié)霜終了時霜密度的變化。根據(jù)霜的密度隨時間呈拋物線的變化規(guī)律以及一些實驗數(shù)據(jù),擬合出了霜的密度隨時間的變化關(guān)系。對于表2中所列的工況1,用于霜密度變化的結(jié)霜量變化率隨時間的變化關(guān)系如下:
(7)
式中為結(jié)霜的時間,min。
為驗證所建的換熱器結(jié)霜模型正確性,將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較,我們采用文獻(xiàn)[4]中的實驗數(shù)據(jù)。實驗是日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JapaneseIndustrialStandard)的結(jié)霜條件下進(jìn)行的,我們找出最接近的實驗工況的模擬工況(即工況C)進(jìn)行比較,實驗工況與模擬工況見表3,實驗換熱器與模擬換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)基本相同。
實驗工況與模擬工況表3
空氣溫度(℃)相對濕度(%)制冷劑溫度(℃)迎面風(fēng)速(m/s)
實驗工況1.585-7.53.3
模擬工況085-132.5
由于實驗工況與模擬工況換熱器的換熱面積不同,因此單純地比較結(jié)霜量的變化是沒有實際意義的。為此提出了單位換熱面積結(jié)霜量的概念,即結(jié)霜量與總換熱面積之比。實驗工況與模擬工況的單位換熱面積結(jié)霜量變化見圖1。由圖可見,模擬值與實驗工況的條件略有差異造成的,因為模擬工況的蒸發(fā)溫度比實驗工況低,且迎面風(fēng)速小,而蒸發(fā)溫度越低,結(jié)霜量越多;迎面風(fēng)速越低,結(jié)霜量也越多。這兩方面的因素造成了模擬值略大于實驗值。通過比較進(jìn)一步驗證了所建模型的正確性。
圖2為空氣溫度一定(0℃)時,不同相對濕度(65%、75%、85%)下結(jié)霜速率隨時間的變化。由圖可見,相對濕度越高,結(jié)霜速度越大。結(jié)霜速率越大,融霜的時間間隔載短。目前,空氣源熱泵冷熱水機(jī)組的融霜普遍采用時間-溫度控制法,此方法是當(dāng)空氣側(cè)換熱器翅片溫度達(dá)到設(shè)計值并且與上一次融霜的時間間隔也達(dá)到設(shè)計修理時,融霜開始。因此研究結(jié)霜速率隨時間的變化,以正確地確定融霜的時間間隔,才能提高時間-溫度控制法的融霜效果。從圖2還可以看出,在開始的幾分鐘內(nèi),結(jié)霜速率急劇升高,而在5分鐘以后的運行時間里,其結(jié)霜速率變化緩慢,幾乎不變。
圖1結(jié)霜量的模擬值與實驗值的比較
圖2結(jié)霜速率隨時間的變化
圖3和圖4為動態(tài)工況下霜密度隨時間的變化。圖3為空氣溫度一定(0℃)時,不同相對濕度(65%、75%、85%)下霜密度的變化。由圖可見,隨著時間的增加,霜的密度不斷增加,在工況A的條件下,結(jié)霜2小時后,霜密度可從50kg/m3增加到300kgm3。一些研究者進(jìn)行實驗研究的數(shù)值也基本在這個范圍[5]。Gatchilov得到的霜密度的數(shù)據(jù)是從20kg/m3到250kgm3。Loze和到的霜密度的數(shù)據(jù)是在20kgm3到400kgm3范圍之間。Biguria和Wensl得到的霜密度的數(shù)據(jù)是在30kg/m3到480kgm3范圍之間。
圖3不同相對濕度下霜密度的變化
圖4不同溫度下霜密度的變化
圖4為相對濕度一定(65%)時,不同空氣溫度(0℃、-4℃)下霜密度的變化。由圖可見,0℃時(工況A)霜密度的變化略大于-4℃時(工況D)霜密度的變化。
霜的密度對于空氣側(cè)換熱器的傳熱與空氣動力計算是一個十分重要的參數(shù)。因為對于已知的結(jié)霜量而言,霜層的厚度是其密度的函數(shù),霜的密度又是隨時間而變化的。因此,以往結(jié)霜量計算中,不同時考慮結(jié)霜的密度和厚度隨時間的變化,將會為空氣側(cè)換熱器結(jié)霜工況的傳熱與空氣動力計算結(jié)果帶來較大的誤差,也會為融霜提供錯誤的信息。
圖5和圖6為動態(tài)工況下霜厚度隨時間的變化。圖5為空氣溫度一定(0℃)時,不同相對濕度(65%、75%、85%)下霜厚度的變化。由圖可見,隨著時間的增加,霜的厚度迅速增加,而且相對濕度越大,霜厚度增加越快。在該計算工況下,霜厚度在到0.5mm左右時,應(yīng)開始融霜。
圖5不同相對濕度下霜厚度的變化
圖6不同溫度下直厚度的變化
圖6為相對濕度一定(75%)時,不同空氣溫度(0℃、-4℃)下霜厚度的變化。由圖可見,0℃,75%工況(工況B)下,運行60分鐘左右就需要融霜,而-4℃、75%工況(工況E)下,則運行115分鐘時才需融霜。
顯然,空氣源熱泵冷熱水機(jī)組除霜控制方法常用的時間控制法和時間-溫度控制法是不符合霜厚度隨時間的變化規(guī)律的。如當(dāng)機(jī)組設(shè)定的固定除霜時間按工況C確定時,那么工況B和工況A將會出現(xiàn)不必要的除霜,從而影響了機(jī)組的效率。同樣,許多生產(chǎn)廠家雖采用時間-溫度控制法,但還是采用統(tǒng)一固定的除霜啟動值和除霜時間值,因此由于空氣溫度、相對濕度的不同,結(jié)霜的厚度不同,除霜效果也就不一樣。結(jié)霜規(guī)律的正確預(yù)測,才是保證除霜效果良好的前提。
4結(jié)論
空氣側(cè)面換熱器結(jié)霜過程中,不僅霜的厚度發(fā)生變化,霜的密度也在發(fā)生變化,本文同時考慮了結(jié)霜的密度和厚度隨時間的變化,并根據(jù)一些實驗數(shù)據(jù)和結(jié)霜密度的變化規(guī)律,首次提出了用于霜密度變化的結(jié)霜量變化率隨時間的變化關(guān)系式,并認(rèn)為在剛開始結(jié)霜時,結(jié)霜量主要是增加霜的厚度,而密度變化很小。隨著時間的推移,霜的厚度增加減緩,而密度變化增加,而且霜的密度隨時間呈拋物線規(guī)律變化。
分別計算了不同工況下的結(jié)霜速率、霜的密度、霜的厚度隨時間的變化。計算結(jié)果表明,在不同的工況下,空氣側(cè)換熱器的結(jié)霜情況是不同的。在空氣溫度一定時,相對溫度越大,結(jié)霜越嚴(yán)重,融霜的時間間隔越短;在空氣相對濕度一定時,0℃工況的結(jié)霜比-4℃工況的結(jié)霜嚴(yán)重。而且計算出了不同工況下融霜的時間間隔,為采取有效的除霜控制方法提供了依據(jù)。
將模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較,兩者吻合很好,進(jìn)一步驗證了所建模型的可靠性。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:溫度; 相對濕度;室內(nèi)人員密度;新風(fēng)量
Abstract: in view of the current department store air conditioning indoor the selection of parameters calculated according to relevant design specifications and standards, through numerical calculation, analysis the main computing parameters (temperature, relative humidity, indoor personnel density, new wind force) to the effect of load. Analysis, it can satisfy the human body in thermal comfort, under the premise of should combine theory with practice, maximum limit parameters optimization is indoor, so as to save more energy.
Keywords: temperature; Relative humidity; Indoor personnel density; The new air volume
中圖分類號:P184.5+3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:
1、引言
現(xiàn)階段,在百貨商場的建設(shè)中,為了給顧客和工作人員提供一個健康、衛(wèi)生、舒適的購物和工作環(huán)境,提升自身的競爭能力,空調(diào)系統(tǒng)是其必不可少的組成部分。
空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計,負(fù)荷計算是其首要步驟。合理的負(fù)荷計算關(guān)系到空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的成敗。因此,我們必須重視空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷計算。本文將以一個大型百貨商場的負(fù)荷計算為基礎(chǔ)(其效果圖見右圖),來分析溫度、相對濕度、室內(nèi)人員密度、新風(fēng)量等主要室內(nèi)計算參數(shù)對負(fù)荷計算結(jié)果的影響。
2、百貨商場空調(diào)室內(nèi)計算參數(shù)的選擇
提供舒適環(huán)境是舒適性空調(diào)追求的目標(biāo),而不同人體對熱環(huán)境有不同的要求。人體的冷熱感和舒適的熱環(huán)境與室內(nèi)空氣溫度、相對濕度、人體附近的空氣流速、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面等因素有關(guān)。 [1]
根據(jù)我國《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》(GB 50019-2003)中規(guī)定,舒適性空調(diào)室內(nèi)計算參數(shù)如右表1所示[2]:
《百貨商場空調(diào)設(shè)計》一書中也列出了滿足舒適性空調(diào)要求的室內(nèi)溫、濕度設(shè)計參數(shù),如下表2所示:[3]
表2 百貨商場(營業(yè)廳)溫濕度及新風(fēng)量
自2005年7月1日起實施的《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189-2005)中規(guī)定。[4] 該設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)也對公共建筑主要空間的設(shè)計新風(fēng)量做出了規(guī)定。其中,商場(店)、書店的新風(fēng)量為20[m3/(h•人)]。對人均占有的使用面積的規(guī)定:商場建筑的一般商店為3m2/人,高檔商店為4m2/人。[4]
美國ASHRAE對百貨商場推薦的設(shè)計參數(shù)為:夏季室內(nèi)溫度不高于26(℃),相對濕度不大于50%, 冬季室內(nèi)溫度不低于21(℃)[5]。對百貨商場人員密度推薦如表3所示。[5]
本文所計算的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)(包括窗、墻等)傳熱系數(shù)滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189-2005)中的要求,因設(shè)備和照明負(fù)荷相對穩(wěn)定,所以,只分析溫度、相對濕度、室內(nèi)人員密度、新風(fēng)量對負(fù)荷的影響。本建筑地處夏熱冬暖地區(qū),只設(shè)夏季空調(diào),因此,只對夏季空調(diào)冷負(fù)荷計算進(jìn)行分析,冬季分析方法相同。
3、室內(nèi)計算參數(shù)對空調(diào)負(fù)荷的影響
3.1 室內(nèi)計算溫度對空調(diào)負(fù)荷的影響
室內(nèi)計算溫度對空調(diào)負(fù)荷及系統(tǒng)能耗有很大的影響,據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189-2005)中介紹,在加熱工況下,室內(nèi)計算溫度每降低1℃,能耗可減少5%-10%;在冷卻工況下,室內(nèi)計算溫度每升高1℃,能耗可減少8%-10%。[4] 本文依據(jù)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》(GB 50019-2003)中對舒適性空調(diào)室內(nèi)計算參數(shù)規(guī)定(見表1),在22-28℃的舒適性空調(diào)室內(nèi)計算溫度范圍內(nèi),保持其它設(shè)計參數(shù)不變,每隔0.5℃,對整個建筑進(jìn)行冷負(fù)荷計算。
計算冷負(fù)荷的變化過程見圖1,從圖中可以看出,室內(nèi)計算溫度每變化0.5℃ ,整個建筑的計算冷負(fù)荷都有較大的變化。以25℃為基準(zhǔn)點,其計算冷負(fù)荷為13848.7 kw,溫度從22℃變化到28℃,其冷負(fù)荷的變化范圍為-9.4%--12.0%,變化范圍較大??梢?,室內(nèi)計算溫度的確定將在很大程度上影響整個空調(diào)系統(tǒng)的裝機(jī)容量,進(jìn)而影響空調(diào)系統(tǒng)的初投資。分析以上計算結(jié)果,本文推薦室內(nèi)設(shè)計溫度為25-27℃。
3.2 相對濕度對負(fù)荷的影響
夏熱冬暖地區(qū),夏季空氣相對濕度比較大,空調(diào)系統(tǒng)需要承擔(dān)較多濕負(fù)荷。本文依據(jù)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》(GB 50019-2003)中對舒適性空調(diào)室內(nèi)計算參數(shù)的規(guī)定(見表1),設(shè)定室內(nèi)空氣相對濕度在40%-65%范圍內(nèi)變化時,而保持其它設(shè)計參數(shù)不變,對整個建筑進(jìn)行冷負(fù)荷計算。
3.3 室內(nèi)人員密度對負(fù)荷的影響
從第2節(jié)中可知,百貨商場內(nèi)人員密度的大小,各規(guī)范和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)推薦的值都不盡相同,且出入較大。本文取值《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189-2005),通過改變商場內(nèi)的人員密度來分析室內(nèi)人員密度對計算冷負(fù)荷的影響。假設(shè)室內(nèi)人數(shù)分別為總設(shè)計人數(shù)的80%、60%、40%、20%,計算負(fù)荷的變化。
室內(nèi)人數(shù)的變化,無疑對計算冷負(fù)荷有很大的影響,因為夏季新風(fēng)冷負(fù)荷在總冷負(fù)荷中所占的比重很大,通常約為30%左右。據(jù)《百貨商場空調(diào)設(shè)計》[3]一書中統(tǒng)計,百貨商場的平均客流量約為高峰時的40-60%,也就是說,在大多數(shù)時候,商場內(nèi)的實際人數(shù)是設(shè)計時的40-60%(如果設(shè)計人數(shù)正確)。從表9和圖3中可以看出,室內(nèi)人數(shù)為設(shè)計人數(shù)的60%,其計算負(fù)荷為設(shè)計峰值負(fù)荷的79.3%,室內(nèi)人數(shù)為設(shè)計人數(shù)的40%,其計算負(fù)荷為設(shè)計峰值負(fù)荷的69.5%??土髁浚ㄊ覂?nèi)人數(shù))變化是商場建筑的一個特點,因此,室內(nèi)設(shè)計人數(shù)的確定是一項很難的工作。
3.4 新風(fēng)量對負(fù)荷的影響
從小節(jié)3.3分析可知,室內(nèi)人員密度對計算負(fù)荷影響很大。同理,新風(fēng)量的取值對計算負(fù)荷也有很大的影響。
4、結(jié)論
本文分析了溫度、相對濕度、室內(nèi)人員密度、新風(fēng)量等主要室內(nèi)計算參數(shù)對夏季空調(diào)計算冷負(fù)荷計算結(jié)果的影響。得出的結(jié)論可概括如下:
一、推薦百貨商場室內(nèi)空氣設(shè)計溫度為25-27℃。計算冷負(fù)荷時,可以適當(dāng)提供室內(nèi)計算溫度(如27℃),以節(jié)約初投資;而在實際運行時,可以適當(dāng)?shù)仍O(shè)低室內(nèi)溫度(如25℃),以滿足人體舒適要求。
二、夏熱冬暖地區(qū),室內(nèi)空氣相對濕度設(shè)計值過低,會大幅增大計算冷負(fù)荷。綜合考慮人體舒適性和計算冷負(fù)荷,本文推薦室內(nèi)空氣相對濕度設(shè)計值為55%。
三、室內(nèi)人員密度的確定應(yīng)結(jié)合有關(guān)規(guī)范,設(shè)計人員和管理人員的經(jīng)驗、類似工程的實際情況來考慮。
四、新風(fēng)量在實際計算取值時,可以考慮適當(dāng)取小一些。或者在計算時,若取值較大,可考慮總新風(fēng)量乘一個小于1.0的系數(shù);本文推薦新風(fēng)量取值為15-20[m3/(h•人)]。
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