间歇供暖模式下多联机快速制热运行特性分析.pdf
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1、2 2023中国家电科技年会论文集0 引言随着生活水平的不断提高,人们愈发关注自己所处室内环境的舒适性问题。舒适的环境不仅可以稳定人的情绪,还可以提升人员的工作效率1。多联机空调系统是一种能够根据用户使用需求,按需提供冷(热)量的多末端、变容量直接蒸发式供暖空调系统,随着技术的进步,其运行能效和室内舒适性大幅提升,且因其具备调节灵活,操作简单、无需专人运行管理等优势,深受具有“部分时间,部分空间”间歇供暖特征的商用、办公和住宅建筑的青睐,据统计,目前,中国多联机产品的销售额约占中央空调市场的50%,且有近一半的产品应用于住宅建筑中2。与空调系统电耗直接相关的运行费用和室内舒适性是用户关注的两个
2、重要问题。对于房间空调器和多联机等住宅空调系统而作者简介:刘树荣,学士学位,博士研究生。研究方向:多联机空调技术。E-mail:。通讯作者:石文星,博士学位,清华大学建筑技术科学系教授。E-mail:。基金项目:本文由国家重点研发计划课题“局部环境营造一体化对流/辐射耦合末端”(课题编号:2022YFC3801502)资助。间歇供暖模式下多联机快速制热运行特性分析刘树荣1 罗彬1,2 肖寒松1 杨子旭1 石文星11.清华大学建筑技术科学系 北京 100084;2.广东美的暖通设备有限公司 广东佛山 528311摘 要:多联机因其控制灵活、高效节能、无需专人管理,在办公和住宅等具有“部分时间,部
3、分空间”间歇供能需求的建筑中得到了广泛应用。然而在冬季间歇供暖模式下,启动多联机后,尽管只有部分房间需要制热,但室内仍需经过较长时间才能达到设定温度,影响室内的热舒适性。以一套南京住宅建筑的多联机系统为例,建立多联机系统启动过程的性能模型,并通过TRNSYS-TRNBUILD仿真平台,分析部分房间实现快速制热的可行性以及在此情景下的多联机性能和室内舒适性改善效果。结果表明:多联机启动后可利用其变容量调节特性进行热量调度,实现局部房间的快速制热,相较于常规制热启动模式,采用快速制热模式将提升系统能效比COP和室内舒适性。关键词:多联机;间歇供暖;快速制热;PPD;COP;空调Analysis o
4、f VRF system rapid heating operation characteristics in intermittent heating modeLIU Shurong1 LUO Bin1,2 XIAO Hansong1 YANG Zixu1 SHI Wenxing11.Department of Building Science,Tsinghua University Beijing 100084;2.Gangdong Midea Air-Conditioning Equipment Co.,Ltd.Foshan 528311Abstract:VRF system,becau
5、se of its flexible control and high efficiency,is widely used in office and residential buildings with part time,part space requirement.However,in winter intermittent heating mode,after starting VRF system,although only some rooms need to be heated,each room still needs to go through a long time to
6、reach setting temperature.This process would also affect the thermal comfort of the room.A VRF system of a residential building in Nanjing is taken as an example to establish a performance model of startup process of the VRF system.The feasibility of rapid heating is analyzed through the TRNSYS-TRNB
7、UILD simulation platform,the VRF system performance and indoor comfort improvement effects under this scenario are analyzed.The results show that:in the rapid heating mode,the advantage of wide range of VRF capacity adjustment can be used for heat scheduling.The rapid heating of local room can be re
8、alized.Compared with the conventional heating start-up mode,the adoption of rapid heating mode will improve the system energy efficiency COP and indoor comfort.Keywords:VRF system;Intermittent heating;Rapid heating;PPD;COP;Air conditioner 中图分类号:TM925.12 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.99.001 3202
9、3中国家电科技年会论文集言,人们首要关注的是空调启动后制热与制冷快速性问题。调研发现,使用家用空调器供暖的居民中约有47%的人认为其在使用过程中舒适性不够理想,其不舒适感在空调启动阶段尤其明显,可见,空调启动后“热得不够快”已成为使用者不舒适的抱怨重点3。为研发快速启动制热的空调器,文献4采用模拟分析方法给出了我国典型地区住宅建筑采用空调器间歇供暖方式在启动时最不利的室内、外工况,以此作为设计条件研发快速制热空调器。另一方面,为了改善室内供暖的舒适性问题,市场上也出现了将一个末端设计成水末端,冬季制取供暖热水,通过地暖换热器实现室内供暖,而夏季采用室内风末端进行制冷的“天氟地水”多联机系统。此
10、类系统虽然能有效提升了室内舒适性,但因地板的热惰性大,导致室内末端需持续供暖、系统运行时间显著延长5,进而转化为“全部时间,全部空间”供能系统,失去了间歇供能能耗和运行费低的用能特征,而且系统的投资显著增大,给建筑领域“双碳”目标的实现带来了巨大挑战。基于上述背景,本文通过建立多联机启动过程的准稳态性能模型,以TRNSYS-TRNBUILD为仿真平台获取多联机室内末端启动过程中的室内负荷,以一套住宅中的多联机为例,探讨多联机系统在间歇供暖模式下实现局部房间快速制热升温的可行性,并考察在快速制热情景下的系统性能和舒适性改善效果。1 仿真模型及研究方法以夏热冬冷地区南京市一套选配了一拖四多联机的三
11、室一厅住宅建筑为例,搭建该住宅的建筑模型;通过负荷计算选定各房间的室内机容量,并根据多联机的技术要求配置室外机容量,在给定室外工况条件下(在启动过程可以认为室外温度变化很小),建立多联机启动过程(即室内温度逐渐升高时)的准稳态性能模型,分析不同时间长度下达到设定室温场景下的多联机系统性能和室内舒适性。1.1 建筑负荷模型(1)建筑模型图1给出了位于南京的某住宅建筑平面图,该住宅各房间分别有一扇窗户,青年人卧室北侧外窗面积4 m2,窗墙比0.38;老年人卧室西侧外窗5 m2,窗墙比0.38;中年人卧室西侧外窗5 m2,窗墙比0.38;客厅南侧外窗6 m2,窗墙比0.5;房间围护结构的传热系数根据
12、 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准6设定,如表1所示。图2为在TRNSYS平台上建立的该住宅的建筑负荷模型。表1 住宅建筑模型的参数设置建筑类型房间面积(m2)层高(m)供暖面积(蓝)(m2)结构类型导热系数三室一厅住宅建筑1263.6111外墙kexwall=0.93 W/(m2K)外窗kexwin=2.82 W/(m2K)屋顶kroof=0.23 W/(m2K)内墙kinwall=1.10 W/(m2K)(2)多联机的运行作息在住宅建筑中采用多联机系统时,一般而言,每个房间设置一台室内机末端。实际调研表明,各室内机极少同时开启,其运行时段与用户的家庭成员结构、年龄段、使用季节以及用户自身的
13、行为习惯等因素有关。相对于夏季而言,几乎不会出现卧室内的室内机整夜连续运行的情况,故其冬季卧室的开机时间往往会变得更短。本文依据文献7调研的空调使用习惯结果,设置了图3所示的各房间的室内机运行时长。对于设置在住宅中的多联机系统,测试表明,室内机启动制热图1 房间模型的平面示意图图2 TRNSYS-TRNBUILD仿真平台4 2023中国家电科技年会论文集后30 min左右可以将室温抬升至设定温度附近8。为研究多联机系统在部分房间使用时的快速制热性能,本文以客厅(最大居室面积)末端为例,分析其在间歇供暖典型工况(室外干/湿球温度为7/6、室内初始室温为10)下,在室内机启动后30 min内各时间
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