图4 RH-PID控制信号分程控制过程中的相对湿度
同样,在图4中,当RH-PID的相对湿度的信号值增大,机组出口空气的相对湿度增加。当RH-PID控制信号,从0.5增加到1.0时,为了避免发生所有的循环水离开CC,信号CTV2#保持在0.8。 3、实验装置
博物馆储藏室采用TIHC设备的HVAC系统和空调安装系统,主要参数见表1。它包括以下子系统:(1)一个CC机组、加热器、加湿器和恒定的流量风扇以及表2中列出的CC细节;(2)配气管道系统;(3)储藏室(22米16米4米),配备了空调系统,以保持文化遗产保护热测湿参数的恒定;(4)温度和相对湿度传感器(维萨拉亚基40)(5)数据采集和监控系统(研华ADAM-4018和PC)。
Tw,1??T?m?T?m?mw (3.1)
ww,1w2w,2表1
系统参数
序号 参数 数值 1 热水器的额定功率 17.5KW 2 加湿器的额定功率 18KW 3 冷冻水泵的额定流量 25m/h 4 冷冻水泵的额定功率 4kW 5 风扇的额定功率 7.5KW 表2
CC的参数
3
序号 参数 数值 1 管(长宽高) 1269.5毫米250毫米825.5毫米 2 行数 8 3 管数 26
4 外径 12.7毫米 5 管内径 12.0毫米 6 管中心的距离 31.8毫米 7 数量 500 8 距离 2.5毫米 9 厚度 0.115毫米 10 铜管 铜 11 铝管 铝 根据在不同的热负荷影响下的THIC设备系统的运行情况,探讨了在相同的室内和工作条件下,传统系统和THIC系统之间THIC设备的节能效果之比较。 4、结果与讨论
表3显示了例5在室内的热负荷不同,但储藏室的温度和相对湿度(22?C,60% )相同的实验结果。当储藏温度和相对湿度固定,参数随着储藏室的热负荷的变化而变化时,应调整送风。工作条件如下:
储藏室的目标温度和相对湿度 22?C, 60% 环境温度和相对湿度: 25?C, 76% 水泵流量 20,000 km/h 空气流量 7000 km/h
储藏室的冷却负载(Q下公式计算。
indoor)的感热和潜热负荷(Q和Q)之和,可以通过以
slQindoor?Q?Q?ma?slapis?h?h? (2)
isQ?m?c?T?T? (3)
sQ?mla?L??i??s? (4)
Qs是灵敏的热负荷(kW);
Ql是潜热负荷(kW); h是空气焓值(千焦耳/公斤);
是空气流量(公斤/秒); T是空气的干燥温度(K); u是空气湿度比(公斤/公斤); L为水的汽化热和假设在标准条件下的恒定价值(2452千焦耳/公斤)。
表3
根据室内不同热负荷的测试实验
例 1 2 3 4 5 储藏室的平均T和RH 22?C 22?C 22?C 22?C 22?C 60% 60% 60% 60% 60% 平均送风的T和RH 18.1?C 19.0?C 13.9?C 22.9?C 22.9?C 74.2% 69.0% 98.3% 57.6% 57.6% 显热负荷QS(千瓦) 8.81 8.17 16.93 -2.49 -2.49 潜热负荷QL(千瓦) 1.38 2.12 0.76 -0.67 -0.67 来自CCP的冷水 9.0?C 9.0?C 9.0?C 9.0?C ? T-PID信号 0.69 0.79 0.38 0.98 0.53 RH-PID信号 0.48 0.44 0.52 0.54 0.52 关断状态下的加热器 ? ? ? ? ? 关断状态下的加湿器 ? ? ? ? ? 注:“?”表示,“?”表示关闭;“-”指储藏室被加热或加湿。
图5 空调储藏室在CC进口的温度、湿度和相应水温
在图5的情况下,当系统达到稳定的状态,无论是储藏室的温度和相对湿度都保持在相关设定点(22°C和60%)的范围内波动,分别从21.9℃到22.1℃,从59.3%到61.1%。这也表明,当进水温度与室内的湿度非常好时;进水温度升高,室内的相对湿度增大,反之亦然。因此,可得出结论:室内湿度受进水温度独立控制,THIC设备可以保证空调储藏室温度和相对湿度稳定在一个高精度水平。
Qcc?mw?Cpw??T0?Ti? (5)
?Qheater?Qhumidifier?Qindoor?Qoutdoor在这种情况下,CC的平均热汇率(Q )约为17.3千瓦,这是从CC的入口
cc
和出口水温和水流量计算,如(5)式所示。加热器的加热速率(Q约为6.1千瓦。加湿器不工作,即Qhumidifierheater )测量值
= 0千瓦。这是说,除了加湿器, CC
和加热器共同控制热测湿参数。因此,采用PID分程控制的THIC设备测湿热参数、相对湿度等,温度是由独立的加热器控制和调节。储藏室的室内热负荷(Q是10.2千瓦,这是Q和Q的总和。从室外进入的空气(
slindoor )
Qoutdoor)热负荷为1.0
千瓦,由(5)式计算。
同时在案例1中,为检查THIC系统,在相同的工作条件下,进行传统系统和THIC系统之间的节能效果比较,如图6所示。
在传统的系统, CC( 8.74千瓦,加湿器功率(QQ
cc
)的热交换率是22.6千瓦,供热率(Qheater )约
dihumidifier )约2.5千瓦。他们都是高于在THIC系统的
17.3千瓦,6.1千瓦,0千瓦。可计算出能源消费总量:
Qtotal?QccCOP?Qheater?Qhumidifier?Qfan?Qpump (6)
COP是冷水机组的性能系数。
在测试的105分钟过程中,传统系统和THIC系统的能源消费总量分别约为53.4千瓦时和41.8千瓦时。THIC系统可节能约21.7%。这是相当大的,所以对于常年每天24小时长时间连续操作下的博物馆,应采取THIC设备的HVAC系统以降低运行成本。
类似案例1、案例2,加湿器仍然不工作,尽管Q、Q跌幅增加,导致T-PID
sl信号值增加和RH-PID信号值减少。在这种情况下,THIC系统可节能约21.6%。
图6 传统系统和THIC系统的能源消耗
然而在案例3中,Q大幅增长,Q大幅下降,所谓的“高温低湿度条件下,
sl加湿器打开,此时加热器关闭。只有两个设备(CC和加湿器)协同工作,此时,CC控制送风温度,加湿器控制供应空气湿度。在这种情况下,THIC系统可节能约29.2%。
在案例4下,因为在冬天,Q和Q均下降到0以下,所谓的“低温低湿度条
sl件下,加热器和加湿器打开。THIC系统可节能约22.5%。减少CC的冷却速度,甚至关闭CCP和水泵,这非常是必要的。如案例5所示。
总之,PID分程控制,THIC系统可以控制两个热测湿参数中的一个,其余的控制加热器或加湿器,需要冷却或除湿,当不需要CC控制冷却和除湿时,THIC装置加热器和加湿器的工作,但CCP关闭。总之,与传统系统相比,THIC系统只能任命三个设备(CC,加热器和加湿器)中的两个协同工作,以保持合适的室内热测湿参数,并确保在只有两个空气热测湿的参数,CC会过量,然后将尽可能降低CC过度冷却能力。因此,温度和湿度始终受控于两个独立组成部分。 5、结论
本文提出的温度和湿度独立控制(THIC)设备,是博物馆储藏室一个真正实施THIC设备的HVAC系统。通过实验和分析,可以得出如下一些结论: