基于VRF的户式化辐射空调系统的应用研究

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3.0 侯斌 2024-11-19 4 4 4.16MB 88 页 15积分

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摘要

针对温湿度独立控制系统的应用现状及现有问题，本课题将温湿度独立控制

技术与变制冷剂流量（VRF）空调系统有机的结合在一起，建立了一套基于 VRF

的户式化辐射空调系统。本文将在此系统形式下进行相关理论研究、设备研制、

不同工况下的实验测试分析及样板房实际运行测试研究。

首先，在基于 VRF 的户式化辐射空调系统的应用研究分析中，认为室内余热

的排除可以通过辐射末端得到很好的解决，同时室内余湿的排除与保证室内空气

品质具有一致性，即满足卫生品质要求设计的人均新风量完全可以排除室内的余

湿。

此外，对室内温湿度调控区间进行了研究，确定了本课题的室内温湿度控制

状态点为：夏季DB25.0℃/ RH55%，冬季DB20℃（湿度相应浮动）。同时对上海地

区的全年热湿负荷特性进行了分析得出：夏季新风最高热负荷为3.45 kJ/kg，湿负

荷为22.40kJ/kg；湿负荷约占新风全热负荷的87%，即除湿需求是长江流域夏季空

气处理的关键问题。

其次，设计出一种新型新风除湿设备，该设备在满足室内湿度控制的同时还

可以满足室内空气品质的要求。在该新型新风除湿设备的研究上，本文将该新风

除湿机作为 VRF系统的一个室内机，利用 VRF室外机的冷媒对新风进行深度除湿，

从而省去了新风除湿机内部的压缩机，降低了系统的初投资成本，大大地提高了

系统的能效。

最后，在集成温湿度独立控制技术和 VRF 技术的系统上进行了全年环境条件

的实验测试研究。实验主要测试了系统在夏季工况模式、过渡季节工况模式及冬

季工况模式下的运行特性，并对测试结果进行处理与分析，得出：系统在不同工

况下均能稳定可靠的运行，并能在典型夏季工况、低热高湿过渡季节工况及冬季

工况下满足室内环境（夏季 DB25.0℃/ RH55%，冬季 DB20℃）的设定要求。

此外，在实验的基础上还对长兴朗诗研发基地的样板房进行了系统实际运行

测试。基于当地的气候特点及负荷要求，对样板房的空调系统进行了设计，并测

试了系统在低温高湿的过渡季节及冬季运行模式下的运行特性，得出：系统在过

渡季节及冬季运行模式下均能很好的满足用户的设置要求。

关键词：温湿度独立控制变制冷剂流量（VRF）辐射空调

ABSTRACT

Considering the present application situation of independent temperature and

humidity control system and the existing problems, this topic combined the independent

temperature and humidity control technique and variable refrigerant flow (VRF) air

conditioning system organically together, and has established a set of household type

radiation air conditioning system which is based on VRF. This paper will do some

related theoretical research, equipments development, experimental tests on different

conditions and the research on the testing of actual operation of model houses in this

system form.

Firstly, the analysis and application study of household type radiation air

conditioning system which is based on VRF shows that indoor heat elimination can be

solved well through the radiation terminal, and the indoor excess moisture removal is

consistent with the indoor air quality, that is, per capita fresh air volume design which

meets the health quality requirements can exclude indoor excess moisture.

Secondly, the study of the indoor temperature and humidity control interval

confirmed the control state of indoor temperature and humidity of the subject that is

summer DB25.0℃/RH55%, winter DB20 C(humidity corresponding floating).At the

same time, the annual hot wet load characteristics to the Shanghai were analyzed and

concluded that in summer, the maximum heat load of fresh air is 3.45kJ/kg, the

maximum moisture load of outdoor air is 22.40kJ/kg, and the moisture load accounted

for the total outdoor air heat load of 87%, namely dehumidification demand is the key

problem of Yangtze River in summer air treatment.

Then, a new type of air humidity control device is designed, which can meet the

requirements of indoor air quality while meeting the indoor humidity control. In the

study of the new type of outdoor air humidity control equipment, this paper will take the

outdoor air dehumidification machine as an indoor machine of VRF system, using the

refrigerant of VRF outdoor machine to dehumidify for fresh air deeply, thereby

eliminating the need for internal compressor of outdoor air dehumidification machine,

reducing the system's initial investment cost, and greatly improving the efficiency of the

system energy.

Finally, do the experimental study on system of independent control technology

and VRF technology in the integration of temperature and humidity on the annual

environmental conditions. The experiment mainly tested the operating characteristics of

the system in summer condition mode, transition season condition mode and winter

condition mode, and the processing and analysis of test results, obtained that the system

can run steadily and reliably under different conditions, and under typical summer

conditions, low heat and high humidity conditions and transition season winter

conditions can satisfy the indoor environment (summer DB25.0℃/ RH55%, winter

DB20℃) set requirements.

In addition, on the basis of experiment, Chang Xing Landsea R&D base housing

model was made of actual operation system test. Basing on local climate characteristics

and load requirements, designed the air conditioning system of the housing model and

tested the operating characteristics of the system in low temperature high humidity

transition season and winter operation mode which is obtained that system can well

satisfy the setting requirements for users in both transition season and winter operation

mode.

Key Word: Independent Temperature and Humidity Control，

Variable Refrigerant Flow(VRF), Radiation

Air-conditioning

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .................................................... 1

1.1 课题研究背景 ................................................................................................. 1

1.1.1 室内居住环境的要求 ............................................................................ 1

1.1.2 社会的能源环境现状 ............................................................................ 2

1.1.3 长江流域地区的气候特性 .................................................................... 3

1.2 国内外研究现状 ............................................................................................. 4

1.2.1 变制冷剂流量（VRF）空调系统研究现状 .......................................... 4

1.2.2 辐射空调系统的发展与现状 ................................................................ 5

1.2.3 新风除湿技术发展与现状 .................................................................... 7

1.2.4 温湿度独立控制技术的发展与现状 .................................................... 9

1.3 本课题主要研究内容 ................................................................................... 10

1.4 本章小结 ....................................................................................................... 10

第二章基于 VRF 的温湿度独立控制系统在辐射空调中的应用分析 ....... 11

2.1 室内热湿环境与空气品质的需求 ............................................................... 11

2.1.1 室内余热来源及特点 .......................................................................... 11

2.1.2 室内余热的排除过程分析 .................................................................. 11

2.1.3 室内余湿来源及特点 .......................................................................... 15

2.1.4 室内余湿的排除过程分析 .................................................................. 16

2.1.5 排除室内余湿与室内空气品质的一致性 .......................................... 16

2.2 室内温湿度调控区间及上海地区的全年热湿负荷分析 ........................... 17

2.2.1 室内温湿度调控区间 .......................................................................... 17

2.2.2 上海地区全年热湿负荷分析 .............................................................. 18

2.3 基于 VRF 的辐射空调温湿度控制系统 ..................................................... 20

2.3.1 基于 VRF 的温湿度独立控制系统简介 .............................................. 21

2.3.2 基于 VRF 的辐射空调温度控制系统 .................................................. 22

2.3.3 基于 VRF 的辐射空调湿度控制系统 .................................................. 22

2.4 新型新风除湿机的设计方法及原理 ........................................................... 22

2.4.1 新型新风除湿机的设计计算 .............................................................. 22

2.4.2 新型新风除湿机的原理及构成 .......................................................... 23

2.4.3 新型新风除湿机全年空气调节过程 .................................................. 24

2.5 本章小结 ....................................................................................................... 25

第三章基于 VRF 的户式化辐射空调系统实验设计 ..................... 26

3.1 实验目的及内容 ........................................................................................... 26

3.1.1 实验目的 .............................................................................................. 26

3.1.2 实验内容 .............................................................................................. 26

3.2 实验系统原理及构成 ................................................................................... 27

3.2.1 实验室概况 .......................................................................................... 27

3.2.2 实验系统原理 ...................................................................................... 29

3.2.3 实验系统装置组成 .............................................................................. 30

3.3 数据采集系统及测试仪器简介 ................................................................... 35

3.3.1 数据采集系统 ...................................................................................... 35

3.3.2 实验系统测试仪器 .............................................................................. 35

3.4 本章小结 ....................................................................................................... 36

第四章实验数据处理与分析 ....................................... 37

4.1 夏季工况下实验 1数据处理与分析 ........................................................... 37

4.1.1 夏季实验 1测试工况 1的运行实验及数据分析 .............................. 37

4.1.2 夏季实验 1测试工况 2的运行实验及数据分析 .............................. 39

4.1.3 夏季实验 1测试工况 3的运行实验及数据分析 .............................. 40

4.1.4 夏季实验 1测试工况 4的运行实验及数据分析 .............................. 42

4.2 夏季工况下实验 2数据处理与分析 ........................................................... 43

4.2.1 夏季实验 2测试工况 1的运行实验及数据分析 .............................. 44

4.2.2 夏季实验 2测试工况 2的运行实验及数据分析 .............................. 45

4.2.3 夏季实验 2测试工况 3的运行实验及数据分析 .............................. 46

4.2.4 夏季实验 2测试工况 4的运行实验及数据分析 .............................. 48

4.3 过渡季节工况下实验 1数据处理与分析 ................................................... 49

4.3.1 过渡季节实验 1测试工况 1的运行实验及数据分析 ...................... 49

4.3.2 过渡季节实验 1测试工况 2的运行实验及数据分析 ...................... 50

4.3.3 过渡季节实验 1测试工况 3的运行实验及数据分析 ...................... 51

4.4 过渡季节工况下实验 2数据处理与分析 ................................................... 52

4.4.1 过渡季节实验 2测试工况 1的运行实验及数据分析 ...................... 52

4.4.2 过渡季节实验 2测试工况 2的运行实验及数据分析 ...................... 53

4.5 冬季工况下实验 2数据处理与分析 ........................................................... 54

4.6 本章小结 ....................................................................................................... 57

第五章样板房测试—长兴朗诗研发基地户式化辐射空调系统运行测试分析 58

5.1 样板房测试概况 ........................................................................................... 58

5.1.1 样板房概况 .......................................................................................... 58

5.1.2 系统运行测试概况 .............................................................................. 58

5.2 辐射空调系统设计 ....................................................................................... 59

5.2.1 湖州长兴的气候特点 .......................................................................... 59

5.2.2 样板房空调负荷特点 .......................................................................... 59

5.2.3 样板房空调负荷计算 .......................................................................... 59

5.3 空调系统组成及原理 ................................................................................... 60

5.2.1 系统组成及设备布置 .......................................................................... 60

5.2.2 系统原理 .............................................................................................. 62

5.4 测试方法与仪表 ........................................................................................... 65

5.4.1 测试方法 .............................................................................................. 65

5.4.2 测试仪表 .............................................................................................. 65

5.5 样板房测试数据分析 ................................................................................... 66

5.5.1 过渡季节测试实验分析 ...................................................................... 67

5.5.2 冬季测试实验分析 .............................................................................. 73

5.6 本章小结 ....................................................................................................... 77

第六章结论与展望 ............................................... 78

6.1 主要研究成果及结论 ................................................................................... 78

6.2 需要进一步开展的工作 ............................................................................... 79

6.3 展望 ............................................................................................................... 79

参考文献 ......................................................... 80

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ................... 83

一、论文 ................................................................................................................ 83

二、专利 ................................................................................................................ 83

三、科研项目 ........................................................................................................ 84

致谢 ........................................................... 85

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摘要针对温湿度独立控制系统的应用现状及现有问题，本课题将温湿度独立控制技术与变制冷剂流量（VRF）空调系统有机的结合在一起，建立了一套基于VRF的户式化辐射空调系统。本文将在此系统形式下进行相关理论研究、设备研制、不同工况下的实验测试分析及样板房实际运行测试研究。首先，在基于VRF的户式化辐射空调系统的应用研究分析中，认为室内余热的排除可以通过辐射末端得到很好的解决，同时室内余湿的排除与保证室内空气品质具有一致性，即满足卫生品质要求设计的人均新风量完全可以排除室内的余湿。此外，对室内温湿度调控区间进行了研究，确定了本课题的室内温湿度控制状态点为：夏季DB25.0℃/RH55%，冬季DB20℃（...

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