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中央空调水系统为何设计7℃-12℃供回水温度?都是洋首是瞻的谬误

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发表于 2017-1-4 20:54:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
庄迪君博士      平日科技

导言:中央空调为何选择供回水温度7℃-12℃?业界普遍的答案是:“水温高了除湿不能保证”。百度搜索的最佳答案是一篇提名“为什么中央空调水系统设计供回水温度7℃-12℃?”的文章。作者虽然不详但是文章转载不计其数,所以我判断为主流思路。我尝试列举一些转载网站:暖通空调资讯、暖通空调在线、暖通空调采暖工程论坛、中国空调制冷网、中国制冷网、中国商用制冷设备网、制冷快报、制冷吧、中央空调技术资料、百度文库、豆丁网、360doc、搜狐公众平台、新浪博客、土木在线论坛、西安论坛、国通冷暖、北京联盟、梦飞科技、擎雷科技、南华中天、海润通控、北京盛阳电源、保定空调安装公司、西祠胡同、散文吧格力中央空调、散文吧暖通南社、酷饭网、大不留文章网等等……文中列举四点论证:(1)从制冷机组出发;(2)从热舒适和健康出发;(3)从湿度控制的保障出发;(4)12度回水的原因。我的观点不同而且极其简单,那就是美国人不了解除湿机制,所以设计7℃ -12℃供回水,而中国人选择这么做是因为洋首是瞻。

上述文章的论证(2):从舒适与健康出发,室内干球温度25℃,相对湿度60%,则露点温度16.6℃。考虑5℃传热温差与5℃介质传输温差,实现16.6℃露点温度,需要6.6℃的冷源温度(见图1)。
图1.png 图2.png

上述文章的论证(3):湿度控制的关键在于保障足够低的供水温度,按夏季设计温度24℃,相对湿度50%分析,则空气需要冷却到12.5oC(露点温度12.9oC)才能满足相对湿度要求(见图2)。

谬误一:论证2(图1)和论证3(图2)是相互矛盾的,如果按论证1所说,必须有5oC传热温差(图1),则论证3(图2)无法成立!因为图2的传热温差只有0.5oC。
事实上,利用选型软件数字模拟常规三排7℃-12℃供回水风机盘管以及模拟它在不同进风状态下的运行情况,可得以下数据:

对应论证3(图2):按照常规选型末端机组额定冷量为室内负荷的120%以及湿负荷为热负荷的25%计算,如果回水温度控制在12℃,则室内平衡干球温度=25.1℃,相对湿度=52.1%,此时进水温度=7.9℃(见表1),室内温度无法降温到24℃。

如果把进水温度降到7℃,则室内平衡干球温度=24.3℃,相对湿度=52.2%,仍然无法降温到24℃。

如果要降温到24℃,进水温度必须下降到6.63℃,这时出水温度=10.78℃,送风干球温度=13.35℃(高于露点温度12.9℃),湿球温度=12.11℃,相对湿度=86.9%。注意送风相对湿度比设计院惯用的相对湿度95%差了8.1%,这是使用常规风机盘管的空调房室内空气过于干燥的原因。

为何送风温度高于露点温度(12.9℃)盘管尚能除湿呢?那是因为相对于微小的空气分子来说,铝箔之间约2mm的空隙是比十万八千里还大的距离!所以在两片铝箔之间的空气分子的温度是分层的。靠近铝箔的温度低于露点温度(12.9℃),但是离铝箔远的空气分子温度是比送风温度(13.35 ℃)还高的,而送风温度是所有铝箔之间的空气分子的混合温度。

谬误二:论证(2)和(3)都以横流表冷器设计为讨论的前提,如果表冷器设计是逆流的,那么所有讨论都是不成立的(见图3)。
图3.png
事实上,所有空气处理机组的表冷器设计都是逆流的。为了方便制造起见,常规三排风机盘管表冷器确实设计为横流,但是也存在做逆流设计的风机盘管表冷器,干盘管就是典型的例子。

如果表冷器是逆流设计,论证3(图2)中例子的最低传热温差是5.5oC而不是0.5oC。哪怕我把供水温度提高到9oC,同时夸张地把水温差提高到8oC,也就是把末端供回水温度设计在9-17℃,水和空气的最低传热温差仍然有3.5oC呢?
谬误三:论证3认为湿度控制的关键在于保障足够低的冷冻水供水温度,这是空调界多年错误的揣测!决定末端机组室内平衡相对湿度的直接参数是室内热湿负荷,风量和送风相对湿度,仅此而已。水温影响室内平衡空气状态点的含湿量,但是并不影响其相对湿度,原因是当水温升高时,干球温度随着含湿量升高,相互抵消了相对湿度的递增。表1清楚显示这个现象,我们称之为等相对湿度定律。这是我在南京321科技领军人才计划下,闭门造车四年,在除湿机制研究上的突破(见sana.cn),由衷感激南京市和高淳区的支持。

舒适性空调控制的是主机回水温度,利用选型软件数字模拟风机盘管在热负荷=额定冷量/1.2和湿负荷=0.25*热负荷的环境下的运行状态,可得表1的数据。第一条黑色虚线以上的是常规7-12℃供回水三排风机盘管,虚线以下的是9-17℃中温大温差风机盘管。特别突出的是不论是提高回水温度1℃或是缺水运行,室内平衡点相对湿度依然守恒。
表一.png
谬误四:7-12℃供回水是既耗能又不舒适的设计! 5℃-13℃大温差末端机组当然更不合理,这都是因为不了解除湿机制而惹的祸。因为不了解除湿机制就揣测供水温度必须设计在5℃-7℃之间才能保证室内平衡相对湿度不会失控,结果是平白地浪费能耗10%以上,而且在北方干燥地区,风机盘管在中低档风速下运行时,让皮肤在空调房内活受罪,直膨机内机亦然。空气处理机组因为送风相对湿度靠近设计院所设计的95%,所以湿润得多。

如果把供回水温度设计在9℃-17℃,不但送风相对湿度靠近设计院所设计的95%,而且水泵节能,主机节能,末端也因为不制造多余的冷凝水而贡献主机的节能。综合效果是系统或机房COP节能10%以上。

选型软件显示,7℃-12℃风机盘管设计送风相对湿度=86.9%,比设计院所设计的95%送风相对湿度整整低了8.1%。表1显示当湿负荷为热负荷的20%时(北方地区),常规7-12℃风机盘管室内平衡点干球温度=25.04℃,相对湿度=48.3%。这明显是太干了。这还是高档风速状态下运行的,在中档风速下运行,室内相对湿度就只有44%而已,自然就感觉皮肤干燥了。

香格里拉酒店显然是比较操心的,所以把室内相对湿度设计在60%。以下是福州香格里拉酒店实测的运行数据:客房空气温度23℃,相对湿度=63%;会议室温度22℃,相对湿度=62%;餐厅温度23℃,相对湿度=75%。

香格里拉酒店可以通过回风和新风的混合,甚至其它加湿除湿手段,把室内相对湿度控制在60%左右,但是一般场合的应用基本上是把新风处理到室内等焓线上再和回风混合而已,更多是不开新风,甚至是没有新风的。无论如何,合理的设计应该是把风机盘管的送风相对湿度设计在95%,与设计院设计空气处理的送风要求统一,简而言之应该比常规7℃-12℃供回水风机盘管的相对湿度高8%左右。

参考喜来登和香格里拉酒店的设计,我们把中温大温差机组的室内相对湿度设计在57.3%,即在两者之间。

谬误五:洋首是瞻的谬误。为什么中央空调水系统设计7℃-12℃供回水温度?因为国家标准是这么定的。为什么国家标准是这么定的呢?惭愧得很,十多年前我参与制定风机盘管国家标准时,对除湿机制狗屁不通!结果自然就和上述作者一样担心水温不够低则不能除湿,于是就乖乖地洋首是瞻,延续美国人的无知和谬误……平白每年浪费国家能耗10%以上……。

比我更荒谬的是iask.com的一篇最佳兼好评回答:“出水温度7℃回水温度12℃是冷水机组的标准运行参数,全世界各大厂家通过无数的试验总结出来的最适当、最经济的工况参数。”这可树立为洋首是瞻的经典。

我曾和York、McQuay的美国同事打了多年的交道,也曾参与麦克维尔全球空气处理机组Vision的开发工作,我看不到这些大厂家通过无数试验总结出来的最适当、最经济的工况参数,实验室的用处更多是新产品在标准工况下的设计性能验证。大多数美国人和咱们一样,天下文章一大抄……。

在约克和麦克维尔担任总经理的过程中,我曾多次更改美国人的设计,开始的时候我的同事都跟我说类似上述好评回答作者所说的话,事实证明这是莫大的谬误(见sana.cn>三浪网>从书生到商人第二版)。走不出“全世界各大厂家通过无数的试验总结出来的阴影”,当美国人热推水地源热泵时,我们就跟着推水地源热泵;美国人热推温湿度独立处理,我们便跟着吹温湿度独立处理机组;如此洋首是瞻,中国人的科技如何能走到太阳光下呢?

走不出“全世界各大厂家通过无数的试验总结出来的阴影”和忽视同僚们的偏见,当年我不可能开发出造就南京天加空调和颠覆了美国人空气处理机组设计概念和生产工艺的无框架迷宫空气处理机组。今天无框架空气处理机组已逐渐取代传统欧美人的框架设计,成为主流。无框架空气处理机组顾名思义是空调系统的皮毛,但是除湿机制则是其核心,我预言中温大温差机组将取代常规7℃-12℃供回水末端机组,成为主流,哪怕我人微言轻,说话传不远。道理十分简单,谁愿意跟10%的系统节能过意不去呢?国家领导肯定不愿意。

可以说得出来的道理并非恒常的道理, 可以定义的概念不是恒常的概念。 没有定义是万物的本质, 然而有定义则是认知万物的母体。 所以要经常钻研理论才能看到它的窍门,却要经常把定义和理论忘掉才能看到大自然的微妙 -- 《道德经》(见sana.cn)文化传承>老庄说)。
来源:平日科技(sana.cn)
地址:南京市高淳区古檀大道3号科创中心
电话:13915946363


中央空调水系统设计7度供水12度回水的谬误.docx

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发表于 2018-1-23 06:46:09 | 显示全部楼层
创新新语

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 2018-1-24 08:38:00 | 显示全部楼层
i-d 向量空间与舒适性空调系统运行性能的计算


庄迪君                                 
南京平日制冷科技有限公司                                       
                                                                                                   

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。
(去年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。
已经把整个制冷过程表示为一个数学公式Ni+1= F[0.262φ(W)+ 0.738Ni] + Δ        ,摆明室内状态点是任意室外工况和室内负荷的函数,而且是当面沟通尚且如此困难,我开始怀疑这是否因为学工程和学数理的思维方式的差异?或是搞应用和搞科研的思维模式的不同?)
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℃。
发表于 2018-1-24 08:42:43 | 显示全部楼层
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。
发表于 2018-1-24 08:54:56 | 显示全部楼层
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.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 。
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。应用在温湿度独立控制空调系统,可以简捷和量化地证明,系统的总风量和新风量都比常规空调大许多。以理论计算取代测试和搜集现场数据验证,作用之大是在明显不过的。


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.

发表于 2017-2-16 16:49:32 | 显示全部楼层
本帖最后由 zhuangzhou 于 2017-2-16 16:57 编辑

话说回来,大家已经做得不少了,我记得1992年初到深圳的时候,壁挂机要从东南亚和日本进口,甚至是走私进来的。今天中国是最大的家用空调出口国。我们已经掌握了大部分所谓国外先进的技术。这三十年行情太好,这也是国家政策和大家的功劳,这是无可厚非的。但是也正是因为行情太好,钱好赚,大家都在比赚钱,谁会赚钱谁就厉害,赚得钱多就是水平高,车子大就是有面子。但是来到技术环节即不特别重视也缺乏信心和理念,总是说国外先进技术。大家说麦克维尔是黄埔军校,我看从麦克维尔出来的大腕大部分还是我上面所描述的人,在我看来不咋样!

在这方面,我认为我做了我本分分的工作。在当总经理的时候我开发了无框架空调箱,我认为是超越了美国人的箱子,造就了南京天加空调。我感到遗憾的是大家只看到无框架空调箱所创造出来的人民币数额却看不到其中的精神,那就是美国人的技术是完全可以超越的。

2008年我在扬州搞一万容器厂,多位麦克维尔的前同僚来找我带领他们创业。我看到他们更多的是赚钱的欲望却看不到太多对技术和创造文明的执着。其中两位因为我而在2004年离开天加的,我觉得亏欠他们,所以最后就决定帮助他们搞平欧而没有帮助那些能力比他们更强的。然而在平欧我看的还是为了赚钱而赚钱理念,这是我感到十分遗憾的事。所以四五年前我决定自己重头学技术,开始专注搞技术,要证明在技术上平等欧美是绝对可行的。

五年前,选型我基本上不会,设计院如何设计空调系统不懂,工程公司如何安装也不得而知。但是因为我曾经是深圳麦克维尔的总经理和南京天加空调的董事经理,在加上所开发的无框架迷宫空调箱的成功,大家把我叫做专家。其实我是狗屁不通的“砖家”。但是,这五年的钻研成果,我认为我证明了平等欧美是绝对可能的,只是我们是否有这个心愿而已。在论坛上谈技术是需要勇气的,那就像是江湖中的擂台,随时一个高手出一招就可以置你于死地!我想要证明一个五年前对技术狗屁不通的搞管理的,经过五年的磨练基本功,也能在论坛上面对高手。既然如此,我们怎么不能平等甚至超越欧美呢?我认为我的无框架榫头空调箱就已经超越了美国人的外框架空调箱,不论是性能,成本或工艺都超越他们。我认为7-15空调系统已经超越了美国人的7-12或5-13空调系统,关键是有多少国人与我认同而已。

如果没有平等欧美的心愿,那么哪怕是开发出比美国人好的产品也推不出去。这是身历其境的感觉。不过也不用丧气,历史上最伟大的人在世时窝囊的不乏人在。你看耶稣基督如何?只会侃大山而不务正业,因为妖言惑众而和杀人犯和强奸犯一起被处死的。孙中山如何?在南洋被叫做孙大炮,革命成功了,当总统的是袁世凯。在当时世俗的眼里,你说他们难道不是窝囊废吗?
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发表于 2017-2-16 15:16:33 | 显示全部楼层
zhuangzhou 发表于 2017-2-16 09:13
为了进一步了解具体运行情况,我们追踪机组的循环运行。首先水温从9.2℃往左下方漂移到9℃。

第一次循环 ...

敬佩如此认真的态度,先不谈看不看得懂哈,话说有几人能这样如此执着认真去探讨一个问题?首先本人做不到,其他不谈,这种精算就值得大家学习!
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发表于 2017-9-8 09:03:33 | 显示全部楼层
zhuangzhou 发表于 2017-9-8 08:24
其实,严格来说与刘易斯定律
是貌似神不似,就像是拿我的家产与李嘉诚的相比一样的情况。我的家产是 ...

再有,就好比一个班的学生,成绩有好有差的,对于同一个事情,对于同一个自然规律理解的深度也有不同。
所以,不要说网上谁的论文怎么说,你要自己搞一个焓差实验室去获得第一手资料
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发表于 2017-9-6 15:36:54 | 显示全部楼层
好人做到底,我怕装博士还是不明白表冷器是如何除湿的,他一直以为温差大除湿就大
PDX)S`]Y)%N1PE~P5@KPU7E.png
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发表于 2017-9-6 11:15:44 | 显示全部楼层
wx_S9Ph3NDM 发表于 2017-9-6 10:53
别的不论,先说庄博士认为出口空气相对湿度能够达到99.9%,就足以证明他不懂表冷器因为制造上的原因存在 ...

非常希望看到我之前心中的大神能正面回答庄博士的问题,证面交锋,然后胜出,才不愧是我心中的大神!
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发表于 2017-8-25 08:03:40 | 显示全部楼层

f.PNG


O4=FN3)=(39.71kJ/kg,9.89g/kg)。


N4= O4+Δ=39.71kJ/kg,9.89g/kg)+20kJ/kg2.8g/kg)=59.71kJ/kg12.69g/kg),干湿球温度=27.08/20.68℃。

类推,


O5=FN4)=(39.94kJ/kg,9.94g/kg)。

N5= O5+Δ=(39.94kJ/kg,9.94g/kg)+(20kJ/kg2.8g/kg)=(59.94kJ/kg12.74g/kg),干湿球温度=27.18/20.75℃。



O6=FN5)=(40.06kJ/kg,9.97g/kg)。


N6= O6+Δ=40.06kJ/kg,9.97g/kg)+20kJ/kg2.8g/kg)=60.06kJ/kg12.77g/kg),干湿球温度=27.22/20.78℃。


O7=FN6)=(40.12kJ/kg,9.99g/kg)。

N7= O7+Δ=(40.12kJ/kg,9.99g/kg)+(20kJ/kg2.8g/kg)=(60.12kJ/kg12.79g/kg),干湿球温度=27.23/20.8℃。



O8=FN7)=(40.2kJ/kg,10.01g/kg)。


N8= O8+Δ=40.2kJ/kg,10.01g/kg)+20kJ/kg2.8g/kg)=60.2kJ/kg12.81g/kg),干湿球温度=27.26/20.82℃。


O9=FN8)=(40.18kJ/kg,10g/kg)。

N9= O9+Δ=(40.18kJ/kg,10g/kg)+(20kJ/kg2.8g/kg)=(60.18kJ/kg12.8g/kg),干湿球温度=27.27/20.82℃。
f.PNG

O10=FN9)=(40.2kJ/kg,10.01g/kg)。

N10= O10+Δ=(40.2kJ/kg,10.01g/kg)+(20kJ/kg2.8g/kg)=(60.2kJ/kg12.81g/kg),干湿球温度=27.26/20.82℃,相对湿度=56.6%
温度升高3℃,虽然湿负荷高达热负荷的35%,相对湿度却变化不大,原因是温度升高了……


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发表于 2017-5-27 11:20:53 | 显示全部楼层

f7.PNG
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发表于 2017-5-26 17:07:16 | 显示全部楼层
本帖最后由 zhuangdijun 于 2017-5-26 17:10 编辑

首先余热=0时,供水温度=12℃肯定是正确的。在100%满负荷运行时,供水温度不是7℃而是7.81℃,因为末端选型是额定冷量/1.2而不是额定冷量。

在什么场合供水温度是7℃呢?是在合肥所的实验室里……不是在应用场所。如果在应用场所的供水温度是7℃,这是啥状况呢?那是室内负荷超大了,

是满负荷的1.2倍时,这时室内的干球温度大概是27℃,相对湿度大概是60%,湿球温度大概是19.5℃……

看IPLV的计算公式,100%负荷的加权系数是0.023,那就是说满负荷运行基本上是不存在的!75%和50%负荷的加权系数加起来是88%,那就是说在

88%的时间里,空调系统是在50-75%部分负荷下运行的。因此常规7-12℃空调机组不但不是在7℃供水温度下运行,连8℃都不是,正如我前面所说,

88%的时间是在接近9-10℃的供水温度下运行的

子曰:尽信老美,不如无老美。
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发表于 2017-4-28 18:34:09 | 显示全部楼层

a.PNG b.PNG
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发表于 2017-4-26 16:36:50 | 显示全部楼层
“你们这里的华人讲师真多!”那口印尼腔我已开始熟悉了:“我系里只有我一个华人。”

        我告诉他,马来西亚华人人口是30%而印尼的华人却只有3%而已。

        “是的,即使是只有3%的华人,印尼政府还是要实行固打制(quota),比如大学收生,外来人只录取1%而已。”他仿佛是他乡遇故知,就像一个刚打开的咸菜缸,酸气扑鼻。

        我感到很别扭,我实在无法接受IRYANTO是华人,他分明是彻彻底底的印尼人,怎么可能是外来人呢?印尼政府到底还要固打什么呢?我问他:“你会讲华语吗?”

        他说:“我只会讲吃饭、睡觉两个福建话单词。”接着他用闽南话说出吃饭的单词,生硬的腔调使我疑惑不已,他到底是在说印尼腔的闽南话还是在讲闽南调的印尼话?

        我跟他说:“你就干脆认做土著(prebumi)好了,政府如何去区分呢?”

        他的回答非常直接:“在填写表格时,你必须在祖籍的栏目上填写外来人(asing),不然一旦被检举,事情就大了!”他的语调显得气愤。

        我脑子有些胀痛,这沉闷的空气在炎热的天气里发酵了。我胀痛的脑子始终认为IRYANTO是印尼人,无论如何我不认为他是华人,于是我再强调他是地道的印尼人。

        “可是我要做印尼人,他们不给啊!”我的朋友IRYANTO语调沉重。

        第二阶段的研讨时间已到,在走回冷气讲堂的路上,IRYANTO和我都没有说话。

        下两个小时的研讨我没听下去,我脑子里一直回旋着IRYANTO的最后一句话:

        “我要做印尼人,他们不给啊!”       

庄迪君 1986年
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发表于 2017-1-5 08:22:56 | 显示全部楼层
太专业 ,看了一遍没看懂
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发表于 2017-1-5 10:42:07 | 显示全部楼层
除非温湿度独立控制,才能提高冷冻水温度,不然你觉得定多少好呢
发表于 2017-1-5 13:01:34 来自暖通空调在线手机网 | 显示全部楼层
老爷子精神可嘉!理越辩越清。本专业追踪述源太少了。赞!
来自: 微社区
发表于 2017-1-5 13:09:01 | 显示全部楼层
miaojianjin 发表于 2017-1-5 10:42
除非温湿度独立控制,才能提高冷冻水温度,不然你觉得定多少好呢

表1显示,设计9-17度供回水室内平衡相对湿度恒定在57.3度左右,在喜来登和香格里拉酒店的要求之间,比常规7-12机组,系统或机房COP节能>10%,与温湿度独立处理接近。
发表于 2017-1-5 13:34:04 | 显示全部楼层
9201816 发表于 2017-1-5 08:22
太专业 ,看了一遍没看懂

我所做的就是使用选型软件和含湿图把末端机组在任意一个给定的水温和室内热湿负荷下运行的过程做数字模拟或运算,求其室内平衡空气状态点而已。特别突出结果是平衡相对湿度守恒,这是令我十分惊讶的事,不过细想一周后我找到了理论证明,所以等先对湿度定律肯定是正确的。在本文里我没有阐述等相对湿度的证明。
发表于 2017-1-5 13:37:10 | 显示全部楼层
zhuangzhou 发表于 2017-1-5 13:34
我所做的就是使用选型软件和含湿图把末端机组在任意一个给定的水温和室内热湿负荷下运行的过程做数字模拟 ...

我所做的就是使用选型软件和含湿图把末端机组在任意一个给定的水温和室内热湿负荷下运行的过程做数字模拟或运算,求其室内平衡空气状态点而已。特别突出结果是平衡相对湿度守恒,这是令我十分惊讶的事,不过细想一周后我找到了理论证明,所以等相对湿度定律肯定是正确的。在本文里我没有阐述等相对湿度定律的证明。
发表于 2017-1-5 17:00:16 | 显示全部楼层
不能一概而论,我看后再和你细节讨论。
发表于 2017-1-5 21:26:40 来自暖通空调在线手机网 | 显示全部楼层
nanjingpingri 发表于 2017-1-4 20:54
庄迪君博士      平日科技

导言:中央空调为何选择供回水温度7℃-12℃?业界普遍的答案是:“水温高了除 ...

写的太好了,虽然不能完全看懂,但是感觉是创新和突破,值得大家深思,比人云亦云的那些文章好多了,点赞!
来自: 微社区
发表于 2017-1-5 21:40:12 | 显示全部楼层
太专业了,没看太懂!但是正如庄迪君博士最后一句说的那样,只有敢于怀疑及自问才能避免落入窠臼,值得学习!
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