《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 8-9空调系统综合虚拟仿真实验.docx

空调系统综合虚拟仿真实验

1.实验目的

①通过“沉浸式”探索和学习，掌握冷热源为风冷热泵系统，末端为由一次回风全空气系统和风机盘管+独立新风系统的完整的中央空调系统的组成和管路形式，深入了解系统中各种设备、阀件、构件的工作原理和应用思路。

②通过对空调末端及冷热源系统多项影响参数的变工况虚拟实验分析，全面地掌握新风机、全空气处理机、风机盘管、风冷热泵等设备及中央空调系统性能的影响因素、规律和内在机理，了解冷热源与末端之间的动态耦合。

③通过自主性、探究性学习，培养学生自主学习和思考的能力，提高学生解决复杂工程问题的能力，激发创新思维。

2.实验原理

空调系统综合虚拟仿真实验构建了以风冷热泵机组为冷热源，风机盘管+独立新风系统，全空气系统为空调末端的三维仿真模型，并基于该模型设计了变工况虚拟实验。

空调系统原理图如图1所示。冷源系统设置2台风冷热泵机组，配套两台空调水泵，机组提供冷冻水供给末端系统，再经过水泵送回热泵机组，循环反复进行换热。空调末端系统共有1层全空气系统和8层风机盘管+独立新风系统，管路采用异程式连接。系统管路设置了手动、自动阀门及监测系统仪表的构件。

风冷热泵机组供冷(（热）量按以下公式计算：

Q0=cVρ?t3600

式中Q0——机组制冷（热）量，

V——空调水平均流量，m3/h；

?t——供回水温差，℃；

ρ——水平均密度（kg/m3）；

c——平均温度下水的比热容，kJ/（kg·℃）。

图1空调系统原理图

冷源系统的能效比COPC可按下式计算：

COPc=Q0N

式中COP——热泵机组的制冷（制热）性能系数，W/W；

COPc——冷源系统的能效比，W/W

Q0——机组测定工况下的平均制冷（热）量，W

Nj——冷源系统各设备的净输入功率总和，kW

风冷热泵冷源系统设备包括热泵机组和冷冻水泵。

风机盘管、新风机、全空气系统空气处理机组，风侧供冷（热）量可按以下公式计算：

Qa=Gaρ

式中Qa——机组风侧供冷（热）量，

Ga——实测风量，m3/h

ρa——环境中湿空气密度，kg/m3

h1a——进风口湿空气的焓值，kJ/kg（a

h2a——出风口湿空气的焓值，kJ/kg（a

水侧供冷（热）量按以下公式计算：

Qw=cGwρ

式中Qw——

Gw——水流量，m3/h

ρw——水密度，kg/m3

t1w——机组进水温度，℃

t2w——机组出水温度，℃

c——平均温度下水的比热容，kJ/（kg·℃）。

热泵机组内部的蒸发器、冷凝器，末端空调设备的表冷器等均属于间壁式热质交换设备，其换热量计算如下式所示：

Q=K0A0

式中Q——间壁式热质交换设备的换热量，W；

K0，Ki——换热器管外表面传热系数、换热器管内表面传热系数，

A0，Ai——换热器管外表面面积、换热器管内表面面积，m

?t——冷、热流体总温差。

传热系数计算公式如下：

K0=1d0

Ki=1d0

式中d0，di——

λ——换热器管壁导热系数，W/K·℃；

h0，hi——换热器管外流体对流换热系数、管内流体对流换热系数，

根据传热学，流体温度和流速均匀是影响流体对流换热系数的重要因素。当空调系统冷冻水温度、流量发生变化时，冷水机组蒸发器、末端空调设备的换热量都会发生变化，空调系统冷热源与末端换热耦合，对建筑的供冷量发生变化。

冷冻水泵输送系数RRE反映水泵单位能耗输送的供冷量，按以下公式计算：

RRE=Q0Nb

式中RRE——水泵输送系数；

Q0——系统供冷量，kW

Nb——水泵耗功率，kW

末端设备能效系数EER反映末端设备单位能耗提供的供冷量，按以下公式计算：

EER=Q0Nk

式中EER——末端设备能效系数；

Q0——系统供冷量，kW

Nk——末端设备耗功率，kW

3.实验系统及装置

空调系统综合虚拟仿真实验系统采用Web端访问形式，无需安装任何插件。电脑相关配置要求如下：

①操作系统：WindowsServer2008R2及以上版本；

②Web服务程序：IIS7.0及以上版本Microsoft.NETFramework4.0；

③推荐使用chrome浏览器（其他浏览器可能出现操作命令冲突）；

④支持操作系统WindowsXP\7\8\10等版本，可兼容32位和64位。

⑤在实验过程中涉及数据分析、报告编写，电脑应安装由MicrosoftOffice、WPS等文档软件。

4.实验步骤及方法

1）实验系统登录

（1）重庆大学校内学生通过重庆大学官网服务大厅进入个人信息门户，检索“虚拟仿真实验教学共享平台”，在左侧菜单“我的实验”中找到必修实验《空调系统综合虚拟仿真实验》如图2、图3所示。

图2重庆大学官网

图3检索虚拟仿真实验教学共享平台

（2）