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创新新语

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发表于 2018-1-22 16:26:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
i-d 向量空间与舒适性空调系统运行性能的计算


庄迪君                                 
                                       
                                                                                                   

把焓湿图视为i-d向量空间以及把空调机组视为向量函数,空调系统就成为一个数学体,空气处理过程可以以向量函数公式来表示。于是空调系统在任意室外工况和室内负荷下的运行性能参数都可以做数学计算,空调学就从实验科学转变成理论科学。这么一来空调系统设计也呈现崭新的思维方式和方法(paradigm)。接着本文利用i-d向量空间理论计算一个集中新风舒适性空调系统在设计、恶劣和梅雨工况的运行性能参数,焦点为室内相对湿度。


关键词
焓湿图, i-d向量空间, 选型软件, 性能计算, 室内热负荷, 湿负荷,负荷向量, 室内平衡状态点. 舒适性空调,恶劣工况,梅雨工况。

摘要
在设计室外工况点和室内负荷下,常规焓湿图或i-d图可做设计和冷量或风量计算。这是一个世纪前美国人开利(Willis Carrier)所以被誉为空调之父所做的贡献。然而焓湿图存在一个极大的局限,那就是应用焓湿图设计好的一个空调系统,一旦改变了室外工况或室内负荷,其运行性能就无法做理论计算。于是就只能寄托于实验、现场搜集大数据和经验,所以空调学仍然停留在经验科学的阶段。
本文提出i-d向量空间的理论并应用于计算一个常规集中新风舒适性空调系统在各种工况下的运行性能参数。在随后的文章里我们将应用i-d向量空间理论计算,准确设计比常规7-12℃供回水的空调系统性能更优越和节能接近10%的7-15℃供回水大温差小水流量空调系统。
经验科学的一个特点是存在比较多不容易通过繁琐的实验来证明的猜想。本文尝试通过i-d向量空间理论计算来讨论和否定其中一个因为无知而造成中央空调系统无谓耗能的猜想,那就是提高水温将提高室内相对湿度的猜想。
i-d向量空间的观点借鉴牛顿对物理学的贡献,那就是把物理系统数学化。以最简单的等加速度线性运动物理系统为例,当一个固定的外力F作用在一个质量m的物体上,此物理系统为 F=ma。
如果加速度a 并非数学体,则无法做数学运算。因此在牛顿发明微积分之前,物理学一直停留在经验科学 的阶段。直到牛顿发明微积分,以x”(t)表示a,于是物理系统可以表示为F=mx”(t) 。两次积分就可得位移x=ut+1/2at2。
迄今,空调系统并非一个数学系统。有人认为1979年Dhar M, Soedel W  [3] 所提出的微元模型是答案。其实微元模型固然适用于制冷系统与其配件的建模,但是并不适合于空调系统。明显的原因是空调系统所牵涉的是热湿处理的宏观层面,而并非制冷系统所牵涉的微观热交换过程。或者说空调系统所牵涉的层面是焓湿图的层面,并非压焓图的层面。
对应空调系统而言,建立微元模型属于数值模型(numerical model)而并非分析模型(analytical model),其缺陷是其中物理性质多隐藏于繁琐的数值计算中。
本文的首要任务是把焓湿图转变成为数学体。以焓值坐标取代干球温度坐标,焓湿图就自然而然地成为一个向量空间。再把热湿负荷的焓值和含湿量表示成负荷向量,仅存的工作就是把空调机组以数学表示。在盘管选型软件内输入空调机组的结构参数,这个在i-d向量空间上的函数就是空调机组的数学表示(mathematical representation)。
完成了整个空调系统的数学化,于是就能计算空调系统在任意室外工况和室内负荷下运行的性能。其结果是空调学就从经验科学转变成为理论科学。

1i-d 向量空间
定义:  i-d 向量空间 (Ω, +, *) 是以焓值i和含湿量d作为坐标轴的焓湿图。空气状态点为Ω中的向量,例如 室内空气状态点N = (iN, dN)。运算 +, * 是向量之和以及标量乘积。负荷向量是自由向量 Δ = (Δi, Δd) ,Δi 为热负荷的焓值,Δd 为湿负荷的含湿量。空调系统是以输入结构参数的选型软件所表示的一个向量函数 F :Ω↗Ω 。 (例如图2的左图)。
i-d向量空间与i-d图(焓湿图)的第一个差异是以焓值坐标替代干球温度坐标,于是空气状态点可以表示为一个二维向量X= (iX kJ/kg, dX g/kg)。室内热负荷与湿负荷也可以表示为负荷向量 Δ = (Δi, Δd)。于是空气状态点之间以及与负荷向量的向量加减和标量乘除运算完全成立,空调设计不再需要画热湿比线。
然而要把整个空调系统转变成为数学系统,上述举措并不充分。关键是还必须把空调机组转变成为数学体。以输入结构参数的表冷器选型软件来表示空调机组即可完成任务。严格说表冷器选型软件应称为空调机组选项软件。
把空调系统以数学表示后,空调系统在任意室外工况和室内负荷下的运行性能参数于是就可以做数学计算。或者说空调学于是就从经验科学转变成理论科学。下面我们以一个常规集中新风舒适性空调系统的案例来详细阐述i-d向量空间理论。
        项目: 南京一会议室, 空间:16m x 10m x 3m; 南墙16m x 3m; 南窗16m x 1.5m; 天花板16m x 10m;  地面 16m x 10m; 内墙 36m x 3m;  内门 6m2; 人员58 或 0.37人/ m2; 设备 13W/m2; 灯光11W/m2; 水面 0.26m2 ,水温 75℃;  新风17m3/h/人集中处理, 即0.37*160*17=1006m3/h.
        室内设计要求DB=25℃, RH=55%; 室外工况DB=34.8℃, WB=28.1℃; 软件计算室内负荷=17.65kW; 湿负荷=3.67kW=1.468g/s; 热湿比=12020J/g 或潜热比=20.8%; 无再热。 在室内要求附近的热湿负荷计算如表1:
表1.PNG

引用 i-d 向量空间语言表示上述设计,室内设计要求N=(52.89, 10.855), DB=25℃, RH=55%。室外工况W=(90.1, 21.432), DB=34.8℃, WB=28.1℃。第一与第二坐标值的单位为 kJ/kg 与 g/kg 。
图1.PNG
新风机组φ 的送风点 K = φ (W) = (52.89, 13.212), DB =19.2℃, RH = 95%,新风处理到 iK=iN。
混风点 C = 0.262K+0.738N = (52.89, 11.473), DB=23.47℃, WB=18.64℃。
二级空调机组F的送风点 O = 热湿比12020J/g 与相对湿度 95%曲线的交点= (39.08, 9.705)。
室内负荷向量 Δ=N-O=(52.89, 10.855) - (39.08, 9.705)=(13.81, 1.15)。
风量=Q/Δi=17.65/13.81=1.278kg/s=3834m3/h;二级空调机组F的冷量=17.7kW;新风和二级空调机组的选型如图2。
前述计算可以应用焓湿图而无须应用i-d 向量空间来完成。i-d 向量空间理论关键在于热湿处理过程可直接用数学公式来表示。上述空调系统的制冷过程可以表示如下:

K = φ(W)                                        (1)
Ci = (1006K+2828Ni)/3834=0.262K+0.738Ni        (2)
Oi = F(Ci)                                        (3)
Ni+1= Oi + Δ                                        (4)
i=1,2,3……

这是一个迭代过程,当对应某i值 Ni+1 = Ni 时,则系统与室内负荷达至平衡点。公式 (1)-(4) 可组合成一个公式:对应任意室外工况W和室内负荷向量Δ,
Ni+1= F[0.262φ(W)+ 0.738Ni] + Δ           i=1,2,3……        (5)

于是上述舒适性空调系统可以用一个数学公式来表示。公式(5)中的两个变数是室外工况W和负荷向量Δ。公式(5)的意义在于对应任意室外工况W和室内负荷Δ,只要在公式内输入W和Δ,就能计算出室内空气平衡状态点。
(西交大的几位研究生曾和我争论,他们认为我所谓的理论突破是应用焓湿图就可以做计算的。比如要计算在恶劣工况40℃/70%下空调系统的性能,我只要把室外设计工况从原先的35℃/28℃改为40℃/70%即可。前几天中国建筑科学院的一位高工也如此认为。当真是这样吗?事实上在恶劣工况,他们是在设计另一个空调系统而并非计算原先在设计工况所设计的空调系统在恶劣工况下运行的参数。最后我必须搬出代表在设计工况所设计空调系统的数学公式Ni+1= F[0.262φ(W)+ 0.738Ni] + Δ,花了一个晚上的时间才能把他们说服。)
迭代过程反映出空调系统风量以及制冷量的不足,所有计算不能一步到位。同时因为经过表冷器的过程是降温除湿过程,所以所牵涉焓值和含湿量都在减小,于是迭代过程收敛。
        最后,设计师给二级空调机组制冷量增加 10% 保险系数,并匹配等冷量的冷水机组,即19.5kW 。做为理论计算,不存在制造误差,所以我们选择不给空调机组增加保险系数以防止人为的数据偏差。因此二级空调机组冷量 = 17.7kW,冷水机组冷量 = 19.5kW。
新风机组φ 和二级空调机组F的选型如下:
图2.PNG
左图左上角红色方框内的参数为新风空调机组φ的结构参数。左图为新风空调机组φ的数学模型。φ(W)=(52.79kJ/kg, 13.11g/kg) ,W=(90.1, 21.432), DB=34.8℃, WB=28.1℃。
        
27-12℃ 舒适性空调机组在设计工况和负荷下的运行性能参数计算
负荷向量 Δ=(13.81, 1.15);空调机组 φ 和 F 的水流量分别为0.57l/s和0.87l/s。从图2 可得K=φ(W)= (52.79, 13.11)。 取N1=(51.81, 10.595) , DB=24.6℃, RH=55%。为了看到详细计算过程,我们使用公式 (1)-(4)来计算而不用公式(5)。
混风点C1=0.262K+0.738N1=(52.07, 11.255), DB=23.22℃, WB=18.38℃;
图3.PNG
O1=F(C1)= (37.99, 9.45), 参考图3左图。
N2= O1+Δ= (37.99, 9.45)+ (13.81, 1.15) = (51.8, 10.6), DB=24.57℃, RH=55.1%。
N2 不等于 N1 , 所以迭代继续。
C2=0.262K+0.738N2 = (52.06, 11.259), DB=23.2℃, WB=18.38℃;
O2=F(C2)= (37.99, 9.45) =O1, 参考图3右图。
因此 N3= N2 。室内平衡空气状态点是DB=24.57℃, RH=55.1%。
二级空调机组冷量=17.73kW,所以19.5kW 的冷水机组完全能够提供7℃冷冻水。室内平衡点的干球温度和相对湿度都比设计要求稍低,原因是空调机组选型偏大。

3空调机组在恶劣工况下的性能
计算空调机组在恶劣工况下的运行性能参数,我们需要以下定律:

        3.1 近等相对湿度定律
近等相对湿度定律:在给定室内负荷的前提下,在正常舒适性空调运行范围内, 提升冷冻水温或室外工况对室内相对湿度所产生的影响微小,相对湿度保持接近恒等。在特高冷冻水温度或特干室外工况等特殊情况下,室内相对湿度则不增反减。
证明:应用 i-d 向量空间理论可知, 新风集中处理空调机组的室内空气状态点

Ni+1= F[μφ(W) + (1-μ)Ni] + Δ = Oi + Δ        i=1,2,3……        (6)

μ 为新风比例, φ 与 F 为新风及二级空调机组;W 为任意室外工况;Δ为任意室内负荷向量。

对应任意常规冷冻水温度和室外工况,当表冷器处于除湿状态则二级空调机组送风状态点 Oi 将处于机械露点温度附近。于是 Oi 的相对湿度近乎恒等。
公式 (6) 是 Ni+1= Oi + Δ ,所以所剩唯一变数为 Δ 。前提是室内负荷为给定的常数,且相对湿度曲线为接近平行的曲线组,所以室内相对湿度接近相等。
若冷冻水温特高或室外工况特干,则二级空调机组的送风点比常规送风点的相对湿度更低。Ni+1= Oi + Δ 且相对湿度曲线为近平行曲线组,所以室内相对湿度也更低。
对应独立新风舒适性空调系统,计算公式为 Ni+1= F[μW+ (1-μ)Ni] + Δ 。显然这是集中新风舒适性空调系统的特例,取 φ 为恒等函数即可。
对应回风舒适性空调系统,计算公式为 Ni+1= F(Ni) 。这是集中和独立新风舒适性空调系统的特例,取μ=0即可。证毕。
表2和图表4显示回风空调机组对应7℃ 到 18℃进水温度以及一个室外极其干燥的特殊工况的送风和室内相对湿度。此空调机组的结构参数为:表冷器管径 1/2”, 排数 4, FPI 12, 孔高 12, 长度1030mm, 回路类型 0.5, 风量3726m3/h。负荷向量 Δ=(15.45, 1.545)。
表2.PNG
图4.PNG
表2和图4都显示当进水温度在7℃ - 12℃之间,送风状态点处于机械露点温度,相对湿度在94.2% 左右。当进水温度提升到13℃,表冷器成为干盘管,这时送风相对湿度减小而干球温度快速上升。由于 N=O+Δ而Δ为常数, 所以室内空气状态点N的相对湿度与送风点相对湿度呈相同规律。因此我们可以排除提升冷冻水温会造成室内相对湿度过高的忧虑。
 楼主| 发表于 2018-2-2 20:23:16 | 显示全部楼层
小叶2.PNG

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庄总适合创业团队。 有激情!  发表于 2018-2-7 11:17
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 楼主| 发表于 2018-1-30 11:41:37 | 显示全部楼层
本帖最后由 zhuangdijun 于 2018-1-30 17:49 编辑

这一次尝试数学的主流之一,泛函分析。惭愧,底子还是不够厚重扎实。
这回不再欺骗自己了,所以离开大学出去搞华文教育。这在管理学叫放弃,在佛家叫放下。
搞华文教育不但搞了个虚名,而且还搞了一个少壮派。面对政府的压力,这不是好事,何况自己也难有作为,所以最佳选择就是离开。
进入商场是因为这个时候柏林围墙坍塌了,搞经济成为了全球的主流活动。
进入空调界则是偶然。后面的故事应该是hahaha所想知道的空调界掌故。
在等待有人认真看我所发表的i-d向量空间理论的同时,我尽量满足读者的要求,尽量做到有求必应。

奥维尔工业的兴衰史
我大学的同学刘万明和陈世民在70年代中期创办奥维尔工业。到了80年代中期,陈世民所管理的约克合资厂(OYL Condair)出现危机。
二把手杨世昌带领了一大批技术人员和工人骨干另起炉灶,创办TOP GROUP。1994年左右,在奥维尔工业收购麦克维尔(MCQUAY)的时候,TOP GROUP也收购顿汉布什(DUNHAMBUSH)。
无巧不成书,本世纪初,麦克维尔买个日本人的时候,顿汉布什也卖掉。
这是什么道理呢?这就是张良的师傅,桥上老人黄石公所说的“盛衰之道”。

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 楼主| 发表于 2018-1-24 15:26:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 zhuangdijun 于 2018-1-29 09:19 编辑

尼采和苏鲁支

上帝没死因为上帝已经活了数千年
数千年积累的传统和粉丝就是真理
尼采肯定死了而且死了很久
因为他的哲学是创新
创新该不该死都难有粉丝
没有粉丝就得死
死得像自杀身亡的电影明星一样
不过苏鲁支没死
波斯哲人已经离开了他的鸟兽朋友
天气预报暴雪在12个小时内降临
他却依然一个人走在陌生街道的黑夜里
躺在被窝里的人依然在想
踏着这个脚步声的贼到底要走向何处呢?
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 楼主| 发表于 2018-1-22 16:44:19 | 显示全部楼层
表5.PNG
通过反复估算,当供水温度为7℃,且室内空气状态 24.8℃/53%,  室内热负荷和空调机组冷量皆约为12.5kW。负荷向量Δ=(12.542, 3.474/2.5)/0.639 =(19.628,  2.175)。
取N1=(51.34,  10.328), DB=24.8℃, RH=53%。新风送风状态点K= φ(W)=(48.06,12.12)。计算公式为Ni+1= F[0.524φ(W)+ 0.476Ni] + Δ, i=1,2,3……
C1=0.524K+0.476N1 = (49.62, 10.268), DB=20.81℃, WB=17.6℃;
O1=F (C1)= (31.37, 8.02);
N2= O1+Δ=(31.37, 8.02) + (19.628,  2.175) = (50.998,  10.195), DB=24.8℃, RH=52.3%。
N2 不等于N1 ,所以迭代继续。
图9.PNG
C2=0.524K1+0.476N1  = (49.46, 11.205), DB=20.81℃, WB=17.55℃;
O2=F (C2)= (31.31, 8), 见图9左图;
N3= O2+Δ=(31.31, 8) +(19. 628,  2.175)= (50.938,  10.175), DB=24.79℃, RH=52.3%。
N3 不等于N2 ,所以迭代继续。
C3=0.524K1+0.476N1 = (49.43, 11.2), DB=20.79℃, WB=17.54℃;
O3=F (C3)= (31.31, 8) = O2 见图 9右图;
因此N4= N3,平衡室内状态点为DB=24.79℃, RH=52.3%。二级空调机组的冷量为11.57kW。
上述集中新风无新风渗透舒适性空调系统在各种工况下的运行性能参数总结如表6。
表6.PNG
图中二级空调机组在恶劣和梅雨工况的冷量与室内负荷差距的产生是由于新风空调机组对新风处理欠缺和过量所致。

5        总结和讨论:
把焓湿图视为i-d向量空间并以表冷器选型软件来表示空调机组,空调系统于是就成为一个数学系统。这样,热湿处理过程可以以简捷的数学公式来表示。例如26.2% 新风与回风的混合可表示为C= 0.262K + 0.738N;  室内空气状态点 N = O + Δ等。i-d 向量空间理论的关键作用是整个制冷过程可以以一个向量函数公式来表示。例如集中新风舒适性空调系统可以以下公式(6)表示:

Ni+1= F[μφ(W)+ (1-μ)Ni] + Δ          i=1,2,3……对应任意室外工况 W 和负荷向量 Δ,

μ 为新风比例,φ为新风机组,F为二级空调机组。当对应某一i值时 Ni+1= Ni ,则系统达至平衡点。

既然整个空调制冷过程是一个数学公式,计算空调系统在任意室外工况和负荷下的性能参数,只需要把室外工况和负荷向量带入公式(6)即可。
宏观地看i-d空间理论,它成功地把空调学从经验科学提升到理论科学。原本必须做实验或现场采集大数据来验证的性能考量,完全可以带入公式中理论计算出来。
上述集中新风舒适性空调机组在各种工况下的性能计算总结于表6。计算结果证明,至少在无新风渗透的集中新风舒适性空调系统,传统认为梅雨季节室内相对湿度高的猜想并不成立。
应用i-d向量空间理论可证明近等相对湿度定律,它推翻了提高冷冻水温将会提升室内相对湿度的传统猜想。在随后的论文中我们将以i-d向量空间理论设计一个无论是性能、节能或成本都比常规7-12℃空调系统优越的大温差小流量7-15℃空调系统。i-d向量空间理论用于净化空调设计,则再热可排除而且可以简化自控和采用高温供水。


References:
[1] Gatley, D.P. “Psychrometric chart celebrates 100th anniversary.” ASHRAE Journal 46(11) 2004: 16 – 20
[2] Carrier, WH. Rational Psychrometric Formulae.ASME-Transactions.1911 Bd 33: pp.1005-1053
[3] Dhar M, Soedel W.,  Transient analysis of a vapor compression refrigeration system, Proceeding of 25th International Congress of  Refrigeration, Venice, Italy, 1979.
[4] Bendapudi S, and Braun, J.E.A.  Review of literature on dynamic models of vapor compression equipment, ASHRAE 2002: 1043-RP, TC 4.11.
[5] Ding G.L., Recent Developments in simulation techniques for vapor-compression refrigeration systems, International of Refrigeration 2007: 30 1119-1133.
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 楼主| 发表于 2018-1-22 16:38:51 | 显示全部楼层
3.2  空调机组在恶劣工况下运行的性能计算
考虑恶劣工况W^=(126.13, 33.31), DB=40℃, RH=70%, WB=34.58℃。室内负荷计算如下图:
表3.PNG
表3的前两行显示,对于无新风渗透的集中新风空调系统而言,室内相对湿度对负荷的影响极小。在平衡状态下,室内热负荷+经处理新风的负荷 = 二级空调冷量 = 冷水机组冷量。经新风机组处理过的新风无法处理到室内等焓线上,尚需处理的负荷约4kW。通过反复估算,供水温度约10℃,室内空气状态约 28℃/58%时,上述三项都约为22kW。
        当室内空气状态为28℃/58% ,则 Δ=(18.136, 4.389/2.5)/1.278 =(14.191, 1.374)。应用近等相对湿度定律,恶劣工况下的室内平衡相对湿度可通过图3中的送风点 O1上加负荷向量计算,O1+ Δ = (37.99, 9.45) + (14.191, 1.374)  = (52.181, 10.824)。室内相对湿度=56.9%。

         详细计算公式为 Ni+1= F[0.262φ(W^) + 0.738Ni] + Δ    i=1,2,3……

风量=3834m3/h=1.278kg/s,负荷向量 Δ=(17.913,4.387/2.5)/1.278=(14.016, 1.373),空调机组 φ 和 F 的水流量分别为0.57l/s和0.87l/s。取 N1=(63.91,13.802), DB=28.4℃, RH=57%,新风送风点K= φ(W^)=(75.85,19.68), 见图5左图。
C1=0.262K+0.738N1 = (67.04, 15.344), DB=27.63℃, WB=22.7℃;

图5.PNG
O1=F(C1)= (50.05, 12.5), 图5右图;
N2= O1+Δ=(50.05, 12.5)+( 14.016, 1.373)= (64.066, 13.873), DB=28.38℃, RH=57.4%。
N2 不等于N1 ,所以迭代继续。
C2=0.262K+0.738N2= (67.16, 15.397), DB=27.61℃, WB=22.73℃;
O2=F(C2)= (50.1, 12.52), 见图6左图;
N3= O2+Δ=(50.1, 12.52)+( 14.016, 1.373) = (64.116, 13.893), DB=28.37℃, RH=57.5%。  
N3 不等于 N2 ,所以迭代继续。
C3=0.262K+0.738N3= (67.19, 15.411), DB=27.61℃, WB=22.74℃;
O3=F(C3)= (50.12, 12.52), 见图6右图;
N4= O3+Δ=(50.12, 12.52)+( 14.016, 1.373)= (64.136, 13.893), DB=28.37℃, RH=57.5%。  
因此N4= N3,平衡室内状态点为DB=28.37℃, RH=57.5%。二级空调机组的冷量为21.27kW。以冷冻水温每增加1℃则冷水机组冷量增加3.25%估算,当出水温度为10℃时,冷水机组冷量=19.5*1.0975 =21.4kW。
图6.PNG
4  空调机组在梅雨季节的运行性能
4.1 空调机组在梅雨季节运行的性能计算
        取梅雨季节室外工况为W=(78.99, 20.286), DB=27℃, RH=90%,通过反复估算,当供水温度为7℃且室内空气状态约 21.6℃/60%, 则室内热负荷和空调机组冷量皆约为14.5kW。负荷向量 Δ=(14.520, 2.940/2.5)/1.278 = (11.362, 0.92)。
        表4显示在梅雨节的室内负荷。
表4.PNG
当室内空气状态为21.6℃/61%。应用近等相对湿度定律,梅雨工况下的室内平衡相对湿度可通过在图6左图中的送风点 O2上加负荷向量计算,O2 + Δ = (50.1, 12.52) + (11.362, 0.92) = (61.462, 13.44)。相对湿度=60.9%。
准确计算取N1=(46.67, 9.787). DB=21.6℃, RH=61%。负荷向量Δ= (11.362, 0.92),当空调机组进水温度为 7℃,新风送风点 K= φ(W)=(48.06,12.12),见图7左图。
C1=0.262K+0.738N1 = (47.04, 10.399), DB=20.44℃, WB=16.75℃;
图7.PNG
O1=F (C1)= (35.37, 8.87), 见图7右图;
N2= O1+Δ=(35.37, 8.87) + (11.362, 0.92)= (46.732,  9.79), DB=21.65℃, RH=60.8%.
N2 不等于N1 ,所以迭代继续。
图8.PNG
C2=0.262K+0.738N2=(47.08, 10.401), DB=20.48℃, WB=16.77℃;  
O2=F (C2)= (35.42, 8.88), 见图8左图;
N3= O2+Δ=(35.42, 8.88) + (11.362, 0.92)= (46.782,  9.8), DB=21.67℃, RH=60.8%.
N3 不等于N2 ,所以迭代继续。
C3=0.262K+0.738N3=(47.04, 10.394), DB=20.5℃, WB=16.78℃;
O3=F (C3)= (35.42, 8.88) = O2。
因此N4= N3,平衡室内状态点为DB=21.67℃, RH=60.8%。二级空调机组的冷量为21.27kW。

4.2 梅雨季节低档风速运行
在梅雨季节,以室内温度 21.6℃运行肯定是不合理的。常规做法是室内以低档风速运行,即二级空调机组风速降低到3834*0.50=1917m3/h=0.639kg/s。新风和二级空调机组的冷冻水流量维持在 0.57 l/s 和0.87l/s 。
 楼主| 发表于 2018-1-22 21:44:58 | 显示全部楼层
创新新语

不对称性
马来西亚丰隆集团的创始人郭令灿常说:“别人只看你的战绩,不看你是老几。”奥维尔工业的刘万明喜欢说:“画神画鬼容易,画狗画猫难。”
抽象的计划容易,具体的操作艰难。我管麦克维尔时的口头禅是:“操作都是千疮百孔的,具体操作的比拼不像比套拳表演而像擂台肉搏。比拼的不是谁比谁厉害而是谁比谁不那么差劲而已。知道自己的不足,操心做好细节,虚心学习以及用心填补能力与任务的不对称性,于是你就能做到百疮十孔。”
你做到百疮十孔,但是因为对手是千疮百孔,别人就会加油添醋地把你吹嘘到神乎神乎了。
具体的操作难在客观存在的许多不对称性。最根本的是理想与现实的不对称和目标与执行力的不对称。创新比常规操作更是困难,存在更多的不对称。光是知识与清空脑袋的不对称就要命了,如果知识片面或吃不透,一旦清空脑袋就一片空白了。还有创新概念和具体产品的不对称以及创新结果与市场意识的不对称都是铁壁、冰山。

改良式创新
绝大多数的创新属于改良式创新的范畴。比起突破性创新,上述的三个不对称都十分微小。脑袋不需要清空,市场也容易接受。
1994年我代表亚洲区参与麦克维尔(McQuay)全球空气处理机组“远见”Vision的研发。美国人胸有成竹,开发的99%是市场上的常规外框架空气处理机组,不同的1%是去除立柱的三角连接器,以在延长立柱上锁沉头螺丝替代。我认为这回劳师动众集聚三大洲科技人员的研发行动,连改良创新都不是。
我意见挺大说:“这没啥远见。”
其实我不好意思说出来的是:“这连狗屁改良都不是!”
美国人说:“这个庄博士就是爱唱反调!”
三年之前我有幸目睹特灵大红色的新空气处理机组,也是天下文章。是否有人有做正面的评价呢?有,他们是对手的销售人员,约克的销售人员说:“特灵又开发新产品了,红色的外观很漂亮,听说性能很好。”
我的总结是,这些销售人员在为自己销售能力的不对称准备一些砝码。这是美国人开始没落的征兆。
象1.PNG

稍微有突破性的创新困难良多
在AAF英国Cramlington工厂,搞飞机制造改行过来的Tony Taylor倒是提出了一个创新概念。一个介于改良和突破之间的创新。上世纪八九十年代,AAF生产了一个玻璃钢空气处理机组,可以称之为改良创新,创新点是用高分子负荷型材做框架以及箱体内部平整不积灰。香港人誉之为天下第一箱。
象2.PNG

为了达到箱体内部平整的效果,制造AAF        空气处理机组的面板需要折16道弯,这是极其低效和昂贵的钣金工序。Tony Taylor 于是想到用型材作边框,用高压聚氨酯发泡工艺替代钣金工艺,排除折16道弯的困扰。
象3.PNG
Tony 建议把框架去除,做一个无框架的空气处理机组。我认为这是处于改良与突破性之间的创新。我鼓动Tony向美国人提出他的方案,他不敢,不过他同意向AAF总经理Brian Houghton提出来。
Tony说:“我想做一个镜框式无框架空气处理机组。”
搞销售出身的Brian回答的十分果断:“Who the hell is going to buy a frameless AHU? (谁狗屁要买一个无框架空气处理机组呢?)”
这是创新产品与主流观念的不对称或创新结果与市场意识的不对称的阻力。
象4.PNG
1996年我在深圳麦克维尔开发Tony Taylor的无框架空气处理机组。我比Tony有条件,首先总经理不阻挠,因为总经理就是我。我不接受美国人所开发的全球空气处理机组,因为它既无创新,成本又高昂而且还要分摊买报价软件的超级高费用。麦克维尔总裁Joe Hunter接受我的要求,因为我告诉他我要开发一个双框架的空气处理机组。
仔细瞧瞧,上图是否有两个框架结合在一起呢?而且框架还和面板牢牢地结合在一起呢?大伙当真接受我了吗?怎么可能呢?原因是创新结果与市场意识的不对称以及大伙的知识面与创新产品的不对称。
许多人在背后说:“这个庄总以为自己还在大学里呢?就爱标新立异。”
最关键的是这时出现了创新概念和具体产品的不对称。新产品的漏风率比常规外框架空气处理机组还大!对大伙来说新产品唯一的好处是一个好听的名字,我把它叫做MM(magic modular AHU),神奇模块式空气处理机组。所以背后的说话是正确的,那个庄总就是爱标新立异!理所当然,1998年我离开麦克维尔到南京创办天加工厂,MM立刻就夭折了。
Tony的箱子其实就是我老祖母的箱子,但是以聚氨酯高压发泡替代钣金工艺则是一个突破性的发明,只是不标新立异的人看不到这个可以大幅提高生产力和降低投资的创新。他们同样看不到的是在天加这一个新创办而且投资少的企业,要活得好些就必须要创新。人道商场如战场,用孙子的话是:“兵者死生之地,存亡之道,不可不察也。”
不管你察还是不察,反正压力是存在的。在这个压力下,我攻克了我在约克工厂时就想做的一件事,那就是在空气处理机组的箱体结构里加上中国木工的传统榫头。我还引进了另一个中华文化的观念,那就是阴阳结合的概念。一号型材是柔性的,是可变形的,所以没缝。再加上里面的榫头,所以漏风率只有欧美外框架空气处理机组的1/20而已。
 楼主| 发表于 2018-1-23 06:29:56 | 显示全部楼层
像1.PNG
这个迷宫或榫头空气处理机组造就了南京天加空调。往后大家看到我就会提我发明的无框架迷宫空气处理机组客套一番,但是我始终认为这并非造就我的虚名的个中原因。我认为真正的原因是我创办了深圳麦克维尔和南京天加工厂和把它们搞上了轨道后,老洪把它们搞大了。关键是老洪把它们都搞成了大企业。这三十年的商业气息,搞大企业,赚大钱才是真本事,科技创新不是真本事。所以说我是沾了老洪的光。话说回来,内心深处我并不认为会赚钱就是什么光彩,提升国家科技力量才是光彩。
经过三十年的改革开放,中国经济的大平台已经搭建了起来。在这个大平台下,黄光裕坐牢了有宗庆后,还有马云、马化腾。
把范围缩小到空调界,春兰栽了有华宝,华宝垮了有海尔,海尔衰了还有格力,即使没有格力还有美的、海信。不过这些都不是中国真正的经济实力,中国的实力是从电讯到电子,从航天到高铁,从基建到小商品制造的技术力量。
不过人不像老鹰这类独居动物,所以没有鹰眼。人和狗一样是群居动物,狗眼并不犀利而更多时候会狗眼看人低。群居动物的特点是盲从,一只狗莫名其妙的吠起来,其他的狗就会不知其所以然地跟着吠。人也一样,最直观的是女人流行的衣着。流行穿长裙,穿长裙就是美丽。流行穿短裤,穿着貂皮大衣也要配露出半截大腿的短裤才漂亮。牛仔裤流行破旧和破洞不破洞就不漂亮了。长话短说,对俗人来说,世俗的眼光就是真理。这三十年来中国的商业气息十分浓厚,世俗的真理是:“会赚钱就是有本事。”
如果天加不是一年翻一番地扩大规模,业界对我的评价肯定是和麦克维尔废除MM空气处理机组的时候同出一辙的:“那个老庄就喜欢标新立异!狂妄自大!”
这几年沾上南京平欧空调的边,平欧窝囊,在世俗眼里我就明显窝囊了许多。
其实如果不标新立异,南京天加根本就无法靠生产空气处理机组做大。记得1999年我说:“在华电这七千平米的车间,我们要做三个亿的订单。”
总经理说:“这怎么可能?生产三个亿的空气处理机组需要买多少台AMADA?”AMADA是日本天田多头数控冲床。
我的回答是:“一台都不需要。”
总经理愣了半天,因为他对Tony Taylor以高压聚氨酯发泡工艺替代钣金工艺的创新全无概念。
说到标新立异和狂妄自大,我自小心高气傲、好高骛远,当然说的好听一点是志向远大。少时要做一流理论物理学家,在台大被同学姚期智和詹裕农等比下去后就给自己找借口说学哲学才有意义,最后改学数学。在大学里做不了一流的研究就出来在吉隆坡搞华文教育。搞华文教育发挥不了太大的作用了就进入商界。
如果不是标新立异和狂妄自大,我不可能在马来西亚教师总会和吉隆坡尊孔中学留下痕迹。如果不是好高骛远或志向远大,我不可能发明无框架迷宫空调箱,在十年内替代了接近半数欧美人的传统外框架产品。
志向远大也好,好高骛远也罢,反正有道是江山易改本性难移,所以当年我在深圳麦克维尔平常亭的柱子上刻上:“平生志要见中国人堂堂正正做人挺直腰身平等欧美,常日活但求当局者平平淡淡处事创造财富建设文明。”
无论如何我并不好大喜功,相反的当我的位子太高了而创造不了等同的价值或道不同不相为谋时,我就毫不犹豫地离开别人梦寐以求的高位。因为我早已顿悟,地位与实干能力的不对称就是心魔。

老天爷最好的安排
领导平欧空调是我最窝囊的经验,却偏又是老天爷最好的安排。要求位子与能力不对称的人走技术创新路线是不可能的,因为位子与能力的不对称只能务虚。一个满脑袋科技创新路线的领导,带领一批认为赚大钱就是伟大的大股东兼高管,绝对是犯了兵家大忌。孙子的说法是“上下同欲者胜。”或是“上下不同欲者难胜。”
如果为了赚钱而赚钱,这对我来说是毫无意义的。除了创办麦克维尔和天加工厂,我曾创办和协助创办过三家企业。当企业上轨道后,我把股份原始价转让给创造价值者。叫我重作冯妇,为这些为了赚钱而赚钱的老板赚钱,那我倒不如老早自己做老板来得直接。
当然另一个我考虑的问题是,时隔十多年,重复创办南京天加的模式大有时过境迁的状况。孙子的说法是:“行军千里而不劳者,行于无人之地。”想要依赖十前的创新产品(无框架榫头空气处理机组)来行军作战,即使能成事也要累个半死,因为除了天加,已经有国祥、盾安、申菱、劲腾……多家企业捷足先登。于是自然而然地我淡出管理而自己深入制冷空调的科研,并和黄烽研发出结霜少而除霜只要三分钟的虚拟蒸发风冷模块机组。
客观现实是位子与能力的不对称不但是务虚而且还是心魔。四五年前我这个被认为过于理想化的老头干脆就在南京321科技领军人物计划下,全身心地回去做20年前从事的科研工作,这就是老天爷给我最好的安排。
上世纪80年代初离开大学出来搞华文教育,就没想过会回头搞科研,三十年后想不到阴差阳错竟然重操旧业。不过不少人视为宝贝的无框架迷宫空气处理机组,在我看来始终是空调领域的外壳或皮毛而已,这是我想得到的。
要平等欧美就必须在空调理论的核心领域超越欧美而不是在皮毛上梳理。从这个角度看,我的科研焦点应该是超越开利应用焓湿图来设计空调的理论。这应该是像我这样好高骛远、狂妄自大和标新立异的人才敢去想的,也是一些刻板的科班认为绝对不可能的事。因此哪怕我把问题解决了,他们压根就不要相信!再加上一些陌生的数学名词,所以连看都不认真看就加以否定了,这叫做专业的不对称性。
近几十年,学术界提倡跨专业科研,这应该是排除专业不对称的良方。我有理由相信,刻板地把空调学理所当然地视为工程类的实验科学和把开利的设计视为神圣不可侵犯的圣经,这应该是空调学滞留在经验科学的阶段一个多世纪的根本原因。
最微妙的是我竟然是把空调学当着儿时的理想--理论物理来研究,这本身就是一个创新。同样微妙的是我所学的物理和数学都派上用场了,虽然这只是简单的向量空间而已。国家和地方政府都极其重视科技创新的大政策是另一个微妙的巧合。
 楼主| 发表于 2018-1-23 06:32:08 | 显示全部楼层
把空调学从经验科学提升到理论科学
这四五年的研究,最大的突破不是开发了结霜少除霜快的虚拟蒸发风冷模块机组或既节能又高性能的7-15℃和9-17℃大温差空调机组,而是建立了i-d向量空间理论,把焓湿图转变成i-d向量空间。于是把空调学从经验科学提升到理论科学,其作用远比几个节能产品大得太多了。比如应用在净化空调设计,它可以排除再热,解决二次回风问题,甚至把冷冻水温大幅提升和简化自控等等。
i-d空间理论可以把空调系统简化成一个数学公式。例如集中新风舒适性空调系统的整个制冷过程可以以向量函数公式表示:
Ni+1= F[0.262φ(W)+ 0.738Ni] + Δ, Ni是室内空气状态点,F和 φ是空调机组,
W是室外工况向量,Δ 是室内负荷向量。

只需把室外工况和室内负荷带入公式中,即可求得空调系统在任意室外工况和室内负荷下运行的性能参数。
我在两年前就发现了这个理论,但是基于各种不对称性,虽然我已经应用它制造出7-15℃、9-17℃和11-16℃水温节能空调系统,却依然是养在深闺人未识。这包括给我科研经费的科创中心和南京市政府。这是创新和考核的不对称以及大政策和大环境的不对称。
国家重视科技创新的力度是史无前例的,南京市政府和高淳科创中心的支持也无话可说。科创中心和高淳区政府的努力,在定期问卷里我也是由衷地给予高评价,但是客观的不对称却确实是存在的。
上述两个不对称,所引申出来的就是创新成果与考核能力的不对称。结果,考核的试金石就是企业赚多少钱或纳多少税,谁钱赚得最多就是最成功的。对于像我这种弃商业从科研的人,这到底有什么意义呢?我时常在想一个问题:“如果把袁隆平放在这个平台,他到底能孵化多大的企业,能赚多少钱呢?”

专业思维的不对称
不对称永远是客观存在的现实,专业思维的不对称是另一个严重的问题。首先这出现在我自己的身上。科技创新的思维方式是做减法,也就是把焦点确定后,尽可能抛弃无关的概念,清空脑袋。我的第一个焦点是把室内热湿负荷变成一个数学体(mathematical entity),然后把整个空调系统变成数学体。所以我不去理会设计师所熟悉的知识,如负荷计算等,我干脆就考虑固定的室内负荷。对一般暖通空调专业人士来说,那是一个不懂得空调的人在做数学研究。
一位认同我科研成果的名校教授让三位研究生做i-d向量空间的课题,在这大半年里偶尔与研究生沟通,在我看来他们总是提问一些风马牛不相及的问题。比如你所用的软件有多精准?我的想法是我的目标是理论突破,管它软件有多精准,软件有多精准则计算结果就有多准,与理论无关。
这些日子深入了解暖通空调界的知识、术语和思维模式,再通过论坛进一步掌握对这个领域的认知,这个不对称性基本上是解决了一半,那就是我自己的一半。但是解决另一半却依然十分困难。
空调学一个世纪以来一直就是经验科学,所学理论基本上都是牛顿微元模型(differential model)推算出来的热交换计算。上世纪80年代开始热乎起来的数学建模,所建的还是微元模型。微元模型主要适用于制冷系统与其配件上,在处理热湿过程的空调系统上的应用并不合适。研究生的第一个判断却是:“i-d向量空间和微元建模一样,没什么创新。”
空调系统的设计百年如一日,依然是捧着美国人开利(Willis Carrier)一百多年前的焓湿图设计为圣经,画热湿比线,取机械露点温度,神圣不可侵犯。
我问:“热负荷加上热湿比线难道不是隐含着向量的概念吗?”
科班刻板的回答是:“不一样。”
耐心听地听我解释后的刻板回答则是:“两者是一样的,毫无创新。”
我说:“把空气状态点和负荷视为向量后,可以做向量加减和标量乘除运算,焓湿图能吗?”
刻板的回答是:“就是计算方便一点而已。”
我说;“i-d空间理论可以把整个制冷过程以一个数学公式表示,例如集中新风舒适性空调系统可以表示为Ni+1= F[0.262φ(W)+ 0.738Ni] + Δ。”
刻板的回答是:“这有啥意义呢?”
我说:“我可以计算空调系统在任意工况和室内负荷下的运行性能参数。例如要计算在恶劣工况40℃/70%时的室内温度和相对湿度,我只需要把工况和负荷向量代如公式即可。”
刻板说:“你能做到,焓湿图也能做!”
我问:“如何做?”
刻板理所当然地回答:“以40℃/70%为室外工况W,画焓湿图计算啊!”
我问:“你到底是设计另一个空调系统?还是计算在设计工况所设计的空调系统在恶劣工况40℃/70%时的性能呢?”当然是前者,这是毫无疑问的。
在不同的工况或室内负荷下重新设计一个空调系统和计算其冷量,这和在设计工况设计一个空调系统,然后计算它在任意负荷和工况下的性能怎么可能是一样的东西呢?
有一种可能,除非刻板所设计的空调系统不但不刻板而且是变形金刚。于是当你要计算在恶劣工况下空调的运行性能参数时,变形金刚空调系统立刻会变成在恶劣工况下所设计的,明显比较大的空调系统。如果要计算在过渡季节的运行性能,则它会立刻变成在过渡季节所设计的小空调系统。
甚至有一些半桶水科班会说:“你怎么可能那么自负,以为你能超越空调之父开利呢?”
或刻板地说:“美国人都做不到,你这个傻逼能做得到?真的是不知量力,狂妄自大。你的研究肯定是错的,就是标新立异罢了!”
研究生到底是高材生,所以还好,我在平欧空调和论坛上就碰到半桶水科班这个问题了。我把开发出来的7-15℃和9-17℃和11-16℃空调机组无偿让南京平欧空调生产。所做的二三十个小项目的运行效果十分良好,客户也十分满意。但是惭愧得很,除了黄烽等少数技术人员,连一些从事末端开发的工程师都听不懂或不愿意听我的培训!前线的销售人员就更麻烦了,能接受和推广的恐怕只有20%而已。因此我想过发表论文。

为什么不写论文?
说到发表论文,以国内目前的客观现实,在国内发表被视为没有分量。于是我花了三个月的时间写了三篇英文的论文,但是一直犹疑是否应该投稿。上星期平日制冷科技来了两位来自中国建筑科学研究院的朋友。一位高工说:“我应该看过日本人在本土有做7-15℃空调系统的。”
于是我决定不投稿而把论文翻译成中文。基于在国内发表被视为没有分量的客观现实,还不如晚些时候,概念得以在国内推广后,才在国外发表。
从中国建筑科学研究院到合肥所,从同济到交大,空调界我还不算陌生。也曾做一些初步的沟通,包括发三篇论文初稿。效果是前面所说的一位教授让三位研究生做i-d向量空间论文。最形象的是天津马教授的感触。在一个偶然的场合,我与马教授对话。
我说:“我认为我成功把空调学从实验科学提升为理论科学,它将改变传统空调设计的思维方式和方法(paradigm),应用起来空调系统节能10%完全可以轻松实现,但是推展不开。”
马教授说:“我推CO2空调系统好些时候了,你在南京,我劝你去找天加或九鼎。”
能有什么效果呢?如果不受重视,商人们会说:“又是标新立异,不切实际的东西。”
如果受重视,这些知识就当宝贝地要被保护起来,商人绞尽脑汁和你签署约束合同。至于推广效果吗?应该就是我在平欧空调的经验乘一个系数而已。至于这个系数是大于一还是小于一还是一个未知数。
我在想:“叫袁隆平找种水稻的商人推广,那会是怎么样的效果呢?”
给一家企业卖力,除了给老板赚钱,效果能有多大呢?
马教授的结论是:“三年后看我们能推出什么成绩吧!”
个性使然,我还是选择标新立异。我的结论是多管齐下,再来一个推广模式上的创新,首先把三篇论文翻译成中文在互联网上发表;同时把论文发给业界的朋友以及联系市领导组织专家对话。让大家来评判或批判这到底是标新立异或是足以平等欧美的科研成果。
发表于 2018-1-25 08:45:10 | 显示全部楼层
走在前沿的人都是孤独和寂寞的!
 楼主| 发表于 2018-1-25 09:58:07 | 显示全部楼层
尼采和苏鲁支

上帝没死因为上帝已经活了数千年
数千年积累的传统和庞大的粉丝群就是真理
尼采肯定死了而且死了很久
因为他的哲学是个人的创新
创新该不该死都该死
最该死的是他没有几个粉丝
没有粉丝就得死
死得像自杀身亡的过气电影明星一样
不过苏鲁支没死
波斯哲人已经离开他的鸟兽朋友很久了
天气预报暴雪在12个小时内降临
他却依然一个人走在陌生街道的黑夜里
躺在被窝里的人依然在寻思
踏着这个脚步声的贼到底要走向何处呢?
 楼主| 发表于 2018-1-25 15:05:17 | 显示全部楼层
本帖最后由 zhuangdijun 于 2018-1-29 09:00 编辑

专家

20年前他们都说我是空调专家
还说我是发明家
我照镜子
看见一个空调狗屁不通的董事经理得意地瞅着我
我告诉他:“你空调狗屁不通,就是发明了一个箱子而已。”
他对我不屑一顾。
我说:“你最多是一个木匠,绝对不是空调专家!”
他说:“是空箱子或是空调并不重要。”
“是木匠还是专家都无所谓。”
有所谓的是那个箱子能卖钱
有所谓的是它为企业赚了很多钱
镜子里的世界
钱赚多了狗屁不通也是专家
不会赚钱再通大不了是狗屁通而已
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