CN104298888B - 一种基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于流量冷量关系模型的风机盘管冷计量方法，基于风机盘管结构、送风量、供水流量，从而确定其内外表面热交换系数，进而确定其传热系数，根据供水温度设定风机盘管机器露点温度，进而确定风机盘管所能提供的换热效率系数和接触系数，进而确定风机盘管进口空气湿工况对应的干工况，进而确定风机盘管处理空气需要的换热效率系数，进而确定风机盘管出口空气湿工况对应的干工况，再利用能量守恒原理，最终得到基于流量测量后的风机盘管供冷末端的供冷量。该方法不需进行供热供回水温度差测量，使得操作步骤更加简洁、设备故障率低、安装更加方便、利于节能、可靠性高，且该方法经过现场实测数据验证，准确度较高。

Description

一种基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法

技术领域

本发明涉及冷量计量领域，特别涉及一种主要应用于风机盘管供冷末端的基于流量计量的冷量计量方法。

背景技术

风机盘管是通过机组内的风机不断的再循环室内空气，使空气通过冷水(热水)盘管后被冷却(加热)，以达到维持室内空气温度恒定的目的。风机盘管是中央空调系统理想的末端，在我国民用及工业建筑领域被广泛使用，是应用最为广泛的供冷末端。随着我国热计量工作的进行，通过计量获得的节能效果显而易见。随着我国高档住宅建筑的大量建设，中央空调系统大量应用到住宅建筑中，冷量计量的需求也逐渐显现出来。

为了保证夏季室内的舒适性，中央空调系统需要向室内提供维持室内温湿度的冷量。根据计量参数选取的不同，目前国内已有的冷量计量方法可以分为以下几类：水侧测量计量法、风侧冷量计量法、计时法、面积冷负荷指标法、实时冷负荷计算法。水侧测量计量法的原理与热量表计量原理相同，通过实时监测供水流量及供回水温度来进行计量。计量精度高。但安装复杂，投资较高，不适用于既有建筑改造。风侧冷量计量法计量装置简单易实现，计量误差在20％左右，但湿度传感器易老化，设备更换频繁，只适用于定流量系统，冷量调节范围有限。计时法简单方便易于实现，但由于未考虑供水温度及流量变化，且以额定制冷量为基础进行计量，误差较大。面积冷负荷指标法简单易行，但计量精度较低，不能激励用户的自主节能行为。实时冷负荷计算法计量精度高， 但计算过程复杂，且室内热源变化较大时，误差较大。

采用干湿转换法，对于送风量，供水量，供水温度相同的同一风机盘管，如果某一干工况的进出风口焓值及接触系数与某一湿工况的进出风口焓值及接触系数相同，则称这个干工况为该湿工况的等价干工况。

如图1所示：1、2点分别为风机盘管进出口干球温度，3点为机器露点。过3点的等含湿量线与1、2点的等焓线交于1’、2’点。

由干湿转换法原理可知，对于同一风机盘管，当送风量G，供水量W和进水温度t_w1相等时，干工况1ˊ-2ˊ为湿工况1-2的等价干工况。

干湿转换法经过严密热力学推导验证，将风机盘管湿工况转换为干工况。在进行风机盘管传热系数计算过程中，避免了析湿系数的求解，大大简化了风机盘管传热系数求解过程。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有冷量计量方法的共同缺点，尤其针对在进行冷量计量时要进行温度的多点测量这一缺点，提出一种应用于风机盘管供冷末端的基于流量冷量关系模型的冷计量方法，在精确计量冷量、合理解决现存冷量计量方法共同存在的问题的前提下，特别地，不需进行温度的多点测量，使得计量更加简洁、设备故障率低、安装更加方便、利于节能、可靠性高。

本发明是通过下述技术方案来实现的：

一种基于流量冷量关系模型的风机盘管冷计量方法，该方法包括下述步骤：

步骤1：根据风机盘管结构、风机盘管风速档位开关位置，确定风机盘管结构参数，送风量G_ij，设定风机盘管供水温度t_w1、室内空气温度状态(t_1ij，d_ij)；

步骤2：根据风机盘管结构及其在室内的分布情况，确定风机盘管内部阻力变化特性，得到在该种分布情况下风机盘的流量分配系数μ_ij，进而根据总流量 获得流过风机盘管的流量值q_mij；

步骤3：根据上述流过风机盘管的流量值q_mij、风机盘管结构参数，确定风机盘管内表面热交换系数α_nij；

步骤4：根据风机盘管送风量G_ij、风机盘管结构参数，确定风机盘管外表面热交换系数α_wij；

步骤5：根据步骤3得到的风机盘管内表面热交换系数α_nij、步骤4得到的外表面热交换系数α_wij，确定风机盘管在干工况下的传热系数K_ij；

步骤6：根据室内空气状态(t_1ij，d_ij)，假定风机盘管机器露点温度t_3ij、确定风机盘管湿工况对应的干工况空气状态t'_1ij；

步骤7：根据步骤2得到的风机盘管供水流量q_mij、步骤4得到的风机盘管外表面热交换系数α_wij、步骤5得到的风机盘管传热系数K_ij、风机盘管结构参数、送风量G_ij，确定风机盘管所能提供的换热效率系数ε_1ij、接触系数ε_2ij；

步骤8：根据上述风机盘管所能提供的接触系数ε_2ij、步骤6得到的干工况状态t'_1ij、机器露点温度t_3ij，确定风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数

步骤9：判断上述风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数与步骤7得到的风机盘管所能提供的换热效率系数ε_1ij，若两者之差满足计算精度要求，则说明风机盘管机器露点温度t_3ij假设正确，否则，重复步骤6；

步骤10：根据能量守恒定律，确定第(i，j)台风机盘管供冷量Q_ij及用户内所有风机盘管的总供冷量Q_i。

得到的总供冷量Q_i就是基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量的冷量计量值。

进一步地，所述步骤2根据总流量获得流过风机盘管的流量值q_mij，按如下 过程进行：

(2a)根据风机盘管结构参数，确定风机盘管局部阻力系数ξ_ij、风机盘管管径d_nij；

(2b)根据上述风机盘管局部阻力系数ξ_ij、风机盘管换热盘管管径d_nij，根据风机盘管之间串并联关系，得到风机盘管的流量分配系数μ_ij；

见式：2.307ν_ij ^0.25l_ijμ_ij ^1.75q_m ^0.25/d_nij ^0.25+μ_ij ²Σξ_ij＝const

其中：

ν_ij为第(i，j)台风机盘管内流体的运动粘度系数，m²/s；

l_ij为第(i，j)台风机盘管换热盘管长度，m；

q_m为流量表所测系统总流量值，kg/h；

(2c)根据上述各风机盘管的流量分配系数μ_ij，得到流过风机盘管的流量值q_mij；

见式：q_mij＝μ_ijq_m；

其中：q_mij为流过第(i，j)台风机盘管的供水流量值，kg/h。

进一步地，所述第(i，j)台风机盘管ν_ij表示某层第i户第j台风机盘管，1≤i≤n,1≤j≤m。

进一步地，所述步骤3根据总流量获得流过风机盘管的流量值q_mij，按如下过程进行：

(3a)根据流过风机盘管的流量值q_mij、风机盘管换热盘管管径d_nij，由流速流量之间的关系，确定风机盘管换热盘管内流体流速v_ij；

见式：

其中：900为换算系数；

ρ为流体密度，kg/m³；

d_nij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内径，m；

(3b)根据上述风机盘管换热盘管内流体流速v_ij，由雷诺数定义式，得到盘管内流体的雷诺常数Re_ij；

见式：

其中：v_ij为流过第(i，j)台风机盘管换热盘管的流体流速，m/s；

(3c)根据上述风机盘管换热盘管内流体的雷诺常数Re_ij，根据圆管内流体流动准则方程，得到盘管内流体的努谢尔特数Nu_ij；

见式：

其中：Re_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体雷诺数；

Pr_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体普朗特数；

Pr_wij为第(i，j)台风机盘管管壁温度下普朗特数；

(d_nij/l)^2/3为修正盘管长度的影响；

(3d)根据上述风机盘管换热盘管内流体的努谢尔特数N_uij，根据对流换热系数定义式，得到风机盘管内表面热交换系数α_nij；

见式：

其中：N_uij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体努谢尔特数；

λ_wij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体导热系数，W/(mK)。

进一步地，所述步骤4确定第(i，j)台风机盘管外表面热交换系数α_wij，按如下过程进行：

(4a)根据风机盘管送风量G_ij、风机盘管结构参数，得到风机盘管最窄界面处风速v_maxij；

见式：v_maxij＝s_1ijs_fijV_yij/((s_1ij-d_0ij)(s_fij-δ_fij))

其中：s_1ij为第(i，j)台风机盘管换热盘管的管中心距，m；

s_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管肋间距，m；

V_yij为第(i，j)台风机盘管迎面风速，m/s；

d_0ij为第(i，j)台风机盘管换热盘管管外径，m；

δ_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管肋片厚度，m；

(4b)根据上述风机盘管最窄界面处风速v_maxij，根据雷诺数定义式，得到风机盘管风侧的雷诺数Re_aij；

见式：

其中：v_maxij为第(i，j)台风机盘管最窄界面处风速，m/s；

v_aij为流过第(i，j)台风机盘管换热盘管空气运动粘度系数，m²/s；

d_eqij为当量直径，m；

(4c)根据上述风机盘管风侧的雷诺数Re_aij，根据前苏联戈果林总结的准侧方程式，得到风机盘管风侧努谢尔特数Nu_aij；

见式：Nu_aij＝CRe_aij ^g(L_aij/d_eqij)^s

其中：Re_aij为第(i，j)台风机盘管风侧雷诺数；

L_aij为第(i，j)台风机盘管沿气流方向肋长，m；

C、g、s为准则方程系数；C＝A(1.36-0.24Re_aij/1000)；

g＝0.45+0.0066L_aij/d_eqij；s＝-0.28+0.08Re_aij/1000；

A＝0.518-0.02315(L_aij/d_eqij)+0.000425(L_aij/d_eqij)²-3×10^-6(L_aij/d_eqij)³；

(4d)根据上述第(i，j)台风机盘管风侧努谢尔特数Nu_aij，利用努谢尔特数定义式，得到风机盘管外表面热交换系数α_wij；

见式：

其中：b为准侧方程系数，当风机盘管换热盘管为顺排管簇时取b＝1，当风机盘管换热盘管为叉排管簇时取b＝1.2；

Nu_aij为第(i，j)台风机盘管风侧空气努谢尔特数；

λ_aij为第(i，j)台风机盘管风侧空气导热系数，W/(mK)。

进一步地，所述步骤5确定风机盘管在干工况下的传热系数K_ij，按如下过程进行：

(5a)根据风机盘管结构参数，得到风机盘管肋表面全效率

见式：

其中：f_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管单位管长肋片面积，m²；

f_dij为第(i，j)台风机盘管换热盘管肋片间管子外表面积，m²；

η_ij为第(i，j)台风机盘管换热盘管肋效率；

(5b)根据上述风机盘管肋表面全效率步骤3得到的风机盘管内表面热交换系数α_nij、步骤4得到的风机盘管外表面热交换系数α_wij、风机盘管结构参数，忽略风机盘管管壁导热系数，得到风机盘管在干工况下的传热系数K_ij；

见式：

其中：α_wij为第(i，j)台风机盘管外表面热交换系数，W/(m²℃)；

为第(i，j)台风机盘管肋表面全效率；

τ_ij为第(i，j)台风机盘管肋化系数；

α_nij为第(i，j)台风机盘管内表面热交换系数，W/(m²℃)。

进一步地，所述步骤6确定风机盘管湿工况对应的干工况空气状态t'_1ij按如下过程进行：

(6a)根据室内空气状态(t_1ij，d_ij)，根据湿空气焓值计算公式，得到室内空气状态焓值；

见式：i_ij＝1.01t_ij+(2500+1.84t_ij)d_ij

其中：i_ij为室内空气焓值，kJ/kg；

t_ij为室内空气温度，℃；

d_ij为室内空气含湿量，kg/kg；

(6b)根据风机盘管供水温度t_w1，假定风机盘管机器露点温度t_3ij，得到风机盘管机器露点含湿量d_3ij；

见式：d_3ij＝0.020473t_3ij ²+0.103746t_3ij+4.47862

其中：t_3ij为第(i，j)台风机盘管机器露点温度，℃；

(6c)根据上述室内空气状态焓值、风机盘管机器露点含湿量d_3ij，利用湿空气焓值计算公式反推，得到室内空气湿工况对应的干工况空气状态t′_1ij。

进一步地，所述步骤7确定风机盘管所能提供的换热效率系数ε_1ij、接触系数ε_2ij按如下过程进行：

(7a)根据步骤2得到的风机盘管供水流量q_mij、步骤4得到的风机盘管外表面热交换系数α_wij、步骤5得到的风机盘管传热系数K_ij、风机盘管结构参数、送风量G_ij，得到风机盘管所能提供的换热效率系数ε_1ij、接触系数ε_2ij；

见式：

其中：β_ij＝(K_ijF_ij)/(G_ijc_p)，γ_ij＝(G_ijc_p)/(q_mijc_w)；

K_ij为第(i，j)台风机盘管在干工况下的传热系数，W/(m²℃)；

F_ij为第(i，j)台风机盘管总换热面积，m²；

G_ij为第(i，j)台风机盘管送风量，m³/h；

c_p、c_w为分别为空气定压比热和冷水定压比热，J/(kg℃)。

进一步地，所述步骤8确定风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数 按如下过程进行：

(8a)根据上述风机盘管能提供的接触系数ε_2ij、步骤6得到的风机盘管机器露点温度t_3ij、室内空气湿工况对应的干工况空气状态t'_1ij，利用接触系数热工计算公式，反推得出风机盘管出风口湿工况对应的干工况空气状态t'_2ij；

见式：t'_2ij＝t‘_1ij-ε_2ij(t‘_1ij-t_3ij)

其中：t'_1ij为第(i，j)台风机盘管入口空气湿工况对应干工况温度，℃；

ε_2ij为第(i，j)台风机盘管所能提供的接触系数；

t_3ij为第(i，j)台风机盘管机器露点温度，℃；

(8b)根据上述第(i，j)台风机盘管出风口湿工况对应的干工况空气状态t'_2ij，利用风机盘管换热效率系数热工计算公式，得到第(i，j)台风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数

见式：

其中：t'_2ij为第(i，j)台风机盘管出口空气湿工况对应干工况温度，℃；

t_w1为第(i，j)台风机盘管供水温度，℃。

进一步地，所述步骤10确定风机盘管供冷量Q_ij及用户内所有风机盘管的总供冷量Q_i，按如下过程进行：

(10a)根据步骤9的判断，确定风机盘管进行空气处理湿工况对应的干工 况状态(t′_1ij，t′_2ij)；

(10b)根据上述风机盘管干工况状态(t′_1ij，t′_2ij)，利用能量守恒公式，得到风机盘管的供冷量Q_ij；

见式：Q_ij＝G_ijc_p(t'_1ij-t'_2ij)

其中：t′_1ij为第(i，j)台风机盘管入口空气状态对应干工况干球温度，℃；

t′_2ij为第(i，j)台风机盘管出口空气状态对应干工况干球温度，℃；

(10c)根据上述风机盘管的供冷量Q_ij，利用系统能量守恒公式，得到用户内所有风机盘管的总供冷量Q_i；

见式：

其中：p为系统冷量修正系数，由现场实测数据确定；

Q_ij为房间内第(i，j)台风机盘管供冷量，W。

得到的总供冷量Q_i就是基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量的冷量计量值。

本发明基于风机盘管末端供冷能力大小与空调房间室内空气温湿度、风机盘管结构参数及送风量大小、系统运行状况(供水温度)以及供水流量等诸多因素有关。针对特定用户而言，室内空气状态的可控。针对特定的工程项目及冷源形式，风机盘管数量及型式唯一确定，系统运行状况呈现出特定的规律性，而针对特定的风机盘管末端，风机盘管结构形式一定，其送风量可通过风速调节档位唯一确定。因此，针对特定用户、特定工程项目及冷源形式而言，影响室内供冷量大小的主要因素为供水流量。通过流量计对各时刻供回水流量的直接测量，通过基于流量与冷量关系的分析，通过软件分析计算及现场实测验证，即可获得与之对应的冷量关系。通过镶嵌在流量计中的积分仪对某一时段的与 流量计测量的流量曲线对应的冷量曲线积分计算，即可获得该时段内热用户的实际耗冷量大小。

本发明基于流量冷量关系模型的风机盘管冷计量方法在相当程度上解决了现有技术存在的问题。

首先，本发明基于理论与试验验证所得到的流量与冷量关系模型，可以满足冷量计量的准确度；其次，本发明采用流量表代替冷量表进行测量，测量方法简单易行，且使用时安全可靠；再次，基于流量冷量关系模型的冷量计量装置投资较小，具有明显的经济优势。

附图说明

图1为干湿转换法i-d图；

图2为建筑某层各户风机盘管分布图；

图3为本发明冷量计量方法的流程图；

图4为实施例1单台风机盘管不同风速档位，供水流量与供冷量关系图；

图5为实施例2单台风机盘管不同室内空气设定状态(温湿度)条件下，供水流量与供冷量关系图；

图6为实施例3单台风机盘管不同供水温度，供水流量与供冷量关系图；

图7(a)-图7(d)为实施例4不同开启台数(不同型号)条件下，供水流量与供冷量关系图。

具体实施方式

下面将结合方法流程图(见图3)对本发明作进一步的详细说明：

一种基于流量冷量关系模型的风机盘管冷计量方法，包括下述步骤：

步骤1：根据第(i，j)台风机盘管结构、第(i，j)台风机盘管风速档位开关位置，确定第(i，j)台风机盘管结构参数，送风量G_ij，设定第(i，j)台风 机盘管供水温度t_w1、室内空气温度状态(t_1ij，d_ij)。

步骤2：根据风机盘管结构及其在室内的分布情况(见图2)，确定风机盘管内部阻力变化特性，得到在该种分布情况下第(i，j)台风机盘的流量分配系数μ_ij，进而根据总流量获得流过第(i，j)台风机盘管的流量值q_mij；具体为：

(2a)根据风机盘管结构参数，确定第(i，j)台风机盘管局部阻力系数ξ_ij、风机盘管管径d_nij；

(2b)根据上述第(i，j)台风机盘管局部阻力系数ξ_ij、风机盘管换热盘管管径d_nij，根据风机盘管之间串并联关系，得到第(i，j)台风机盘管的流量分配系数μ_ij；

见式：2.307ν_ij ^0.25l_ijμ_ij ^1.75q_m ^0.25/d_nij ^0.25+μ_ij ²Σξ_ij＝const

其中：

ν_ij为第(i，j)台风机盘管(表示某层第i户第j台风机盘管，1≤i≤n,1≤j≤m)内流体的运动粘度系数，m²/s；

l_ij为第(i，j)台风机盘管换热盘管长度，m；

q_m为流量表所测系统总流量值，kg/h；

(2c)根据上述各第(i，j)台机盘管的流量分配系数μ_ij，得到流过第(i，j)台风机盘管的流量值q_mij；

见式：q_mij＝μ_ijq_m

其中：q_mij为流过第(i，j)台风机盘管的供水流量值，kg/h；

步骤3：根据上述流过第(i，j)台风机盘管的流量值q_mij、第(i，j)台风机盘管结构参数，确定第(i，j)台风机盘管内表面热交换系数α_nij；具体为：

(3a)根据流过第(i，j)台风机盘管的流量值q_mij、风机盘管换热盘管管 径d_nij，由流速流量之间的关系，确定第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体流速v_ij；

见式：

其中：900为换算系数；

ρ为流体密度，kg/m³；

d_nij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内径，m；

(3b)根据上述第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体流速v_ij，由雷诺数定义式，得到盘管内流体的雷诺常数Re_ij；

见式：

其中：v_ij为流过第(i，j)台风机盘管换热盘管的流体流速，m/s。

(3c)根据上述第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体的雷诺常数Re_ij，根据圆管内流体流动准则方程，得到盘管内流体的努谢尔特数Nu_ij；

见式：

其中：Re_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体雷诺数；

Pr_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体普朗特数；

Pr_wij为第(i，j)台风机盘管管壁温度下普朗特数；

(d_nij/l)^2/3为修正盘管长度的影响；

(3d)根据上述第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体的努谢尔特数N_uij，根据对流换热系数定义式，得到风机盘管内表面热交换系数α_nij；

见式：

其中：N_uij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体努谢尔特数；

λ_wij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体导热系数，W/(mK)。

步骤4：根据第(i，j)台风机盘管送风量G_ij、第(i，j)台风机盘管结构参数，确定第(i，j)台风机盘管外表面热交换系数α_wij，具体为：

(4a)根据第(i，j)台风机盘管送风量G_ij、风机盘管结构参数，得到风机盘管最窄界面处风速v_maxij；

见式：v_maxij＝s_1ijs_fijV_yij/((s_1ij-d_0ij)(s_fij-δ_fij))

其中：s_1ij为第(i，j)台风机盘管换热盘管管中心距，m；

s_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管肋间距，m；

V_yij为第(i，j)台风机盘管迎面风速，m/s；

d_0ij为第(i，j)台风机盘管换热盘管管外径，m；

δ_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管肋片厚度，m；

(4b)根据上述第(i，j)台风机盘管最窄界面处风速v_maxij，根据雷诺数定义式，得到风机盘管风侧的雷诺数Re_aij；

见式：

其中：v_maxij为第(i，j)台风机盘管最窄界面处风速，m/s；

v_aij为流过第(i，j)台风机盘管换热盘管空气运动粘度系数，m²/s

d_eqij为当量直径，m；

(4c)根据上述第(i，j)台风机盘管风侧的雷诺数Re_aij，根据前苏联戈果林总结的准侧方程式，得到风机盘管风侧努谢尔特数Nu_aij；

见式：Nu_aij＝CRe_aij ^g(L_aij/d_eqij)^s

其中：Re_aij为第(i，j)台风机盘管风侧雷诺数；

L_aij为第(i，j)台风机盘管沿气流方向肋长，m；

C、g、s为准则方程系数；C＝A(1.36-0.24Re_aij/1000)；

g＝0.45+0.0066L_aij/d_eqij；s＝-0.28+0.08Re_aij/1000；

A＝0.518-0.02315(L_aij/d_eqij)+0.000425(L_aij/d_eqij)²-3×10^-6(L_aij/d_eqij)³；

(4d)根据上述第(i，j)台风机盘管风侧努谢尔特数Nu_aij，利用努谢尔特数定义式，得到风机盘管外表面热交换系数α_wij；

见式：

其中：b为准侧方程系数，当风机盘管换热盘管为顺排管簇时取b＝1，当风机盘管换热盘管为叉排管簇时取b＝1.2；

Nu_aij为第(i，j)台风机盘管风侧空气努谢尔特数；

λ_aij为第(i，j)台风机盘管风侧空气导热系数，W/(mK)。

步骤5：根据步骤3得到的第(i，j)台风机盘管内表面热交换系数α_nij、步骤4得到的第(i，j)台外表面热交换系数α_wij，确定第(i，j)台风机盘管在干工况下的传热系数K_ij；具体为：

(5a)根据第(i，j)台风机盘管结构参数，得到风机盘管肋表面全效率

见式：

其中：f_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管单位管长肋片面积，m²；

f_dij为第(i，j)台风机盘管换热盘管肋片间管子外表面积，m²；

η_ij为第(i，j)台风机盘管换热盘管肋效率；

(5b)根据上述第(i，j)台风机盘管肋表面全效率步骤3得到的第(i， j)台风机盘管内表面热交换系数α_nij、步骤4得到的第(i，j)台风机盘管外表面热交换系数α_wij、风机盘管结构参数，忽略风机盘管管壁导热系数，得到风机盘管在干工况下的传热系数K_ij；

见式：

其中：α_wij为第(i，j)台风机盘管外表面热交换系数，W/(m²℃)；

为第(i，j)台风机盘管肋表面全效率；

τ_ij为第(i，j)台风机盘管肋化系数；

α_nij为第(i，j)台风机盘管内表面热交换系数，W/(m²℃)。

步骤6：根据室内空气状态(t_1ij，d_ij)，假定第(i，j)台风机盘管机器露点温度t_3ij、确定湿工况对应的干工况空气状态t'_1ij；具体为：

(6a)根据室内空气状态(t_1ij，d_ij)，根据湿空气焓值计算公式，得到室内空气状态焓值；

见式：i_ij＝1.01t_ij+(2500+1.84t_ij)d_ij

其中：i_ij为室内空气焓值，kJ/kg；

t_ij为室内空气温度，℃；

d_ij为室内空气含湿量，kg/kg；

(6b)根据第(i，j)台风机盘管供水温度t_w1，假定风机盘管机器露点温度t_3ij，得到风机盘管机器露点含湿量d_3ij；

见式：d_3ij＝0.020473t_3ij ²+0.103746t_3ij+4.47862

其中：t_3ij为第(i，j)台风机盘管机器露点温度，℃；

(6c)根据上述室内空气状态焓值、第(i，j)台风机盘管机器露点含湿量d_3ij，利用湿空气焓值计算公式反推，得到室内空气湿工况对应的干工况空气状 态t′_1ij。

步骤7：根据步骤2得到的第(i，j)台风机盘管供水流量q_mij、步骤4得到的第(i，j)台风机盘管外表面热交换系数α_wij、步骤5得到的第(i，j)台风机盘管传热系数K_ij、风机盘管结构参数、送风量G_ij，确定第(i，j)台风机盘管所能提供的换热效率系数ε_1ij、接触系数ε_2ij；具体为：

(7a)根据步骤2得到的第(i，j)台风机盘管供水流量q_mij、步骤4得到的第(i，j)台风机盘管外表面热交换系数α_wij、步骤5得到的第(i，j)台风机盘管传热系数K_ij、风机盘管结构参数、送风量G_ij，得到第(i，j)台风机盘管所能提供的换热效率系数ε_1ij、接触系数ε_2ij。

见式：

其中：β_ij＝(K_ijF_ij)/(G_ijc_p)，γ_ij＝(G_ijc_p)/(q_mijc_w)；

K_ij为第(i，j)台风机盘管在干工况下的传热系数，W/(m²℃)；

F_ij为第(i，j)台风机盘管总换热面积，m²；

G_ij为第(i，j)台风机盘管送风量，m³/h；

c_p、c_w为分别为空气定压比热和冷水定压比热，J/(kg℃)。

步骤8：根据上述第(i，j)台风机盘管所能提供的接触系数ε_2ij、步骤6得到的干工况状态t'_1ij、机器露点温度t_3ij，确定第(i，j)台风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数具体为：

(8a)根据上述第(i，j)台风机盘管能提供的接触系数ε_2ij、步骤6得到的第(i，j)台风机盘管机器露点温度t_3ij、室内空气湿工况对应的干工况空气状态t'_1ij，利用接触系数热工计算公式，反推得出第(i，j)台风机盘管出风口湿工况 对应的干工况空气状态t'_2ij；

见式：t'_2ij＝t‘_1ij-ε_2ij(t‘_1ij-t_3ij)

其中：t'_1ij为第(i，j)台风机盘管入口空气湿工况对应干工况温度，℃；

ε_2ij为第(i，j)台风机盘管所能提供的接触系数；

t_3ij为第(i，j)台风机盘管机器露点温度，℃；

(8b)根据上述第(i，j)台风机盘管出风口湿工况对应的干工况空气状态t'_2ij，利用风机盘管换热效率系数热工计算公式，得到第(i，j)台风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数

见式：

其中：t'_2ij为第(i，j)台风机盘管出口空气湿工况对应干工况温度，℃；

t_w1为第(i，j)台风机盘管供水温度，℃。

步骤9：判断上述第(i，j)台风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数与步骤7得到的第(i，j)台风机盘管所能提供的换热效率系数ε_1ij，若两者之差满足计算精度要求，则说明第(i，j)台风机盘管机器露点温度t_3ij假设正确，否则，重复步骤6。

步骤10：根据能量守恒定律，确定第(i，j)台风机盘管供冷量Q_ij及用户内所有风机盘管的总供冷量Q_i；具体为：

(10a)根据步骤9的判断，确定第(i，j)台风机盘管进行空气处理湿工况对应的干工况状态(t′_1ij，t′_2ij)；

(10b)根据上述第(i，j)台风机盘管干工况状态(t′_1ij，t′_2ij)，利用能量守恒公式，得到第(i，j)台风机盘管的供冷量Q_ij；

见式：Q_ij＝G_ijc_p(t'_1ij-t'_2ij)

其中：t′_1ij为第(i，j)台风机盘管入口空气状态对应干工况干球温度，℃；

t′_2ij为第(i，j)台风机盘管出口空气状态对应干工况干球温度，℃；

(10c)根据上述第(i，j)台风机盘管的供冷量Q_ij，利用系统能量守恒公式，得到用户内所有风机盘管的总供冷量Q_i；

见式：

其中：p为系统冷量修正系数，由现场实测数据确定；

Q_ij为房间内第(i，j)台风机盘管供冷量，W。

得到的总供冷量Q_i就是基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量的冷量计量值。

下面通过具体实施例对本发明的适用性做出具体说明。

实施例1：

本实施例主要为了说明不同风速档位条件下，本发明的适用性：

(1)风机盘管型号为FP-51；风机盘管结构参数为：管排为8×3平套片管式，铜管10×1mm，长度528mm，正三角形排列，铝材肋片厚度和间距分别为0.115mm和2.35mm，垂直气流方向管间距25mm，肋化系数14.5，迎风面积为0.052m²，总换热面积6.76m²；

(2)高中低三档风量分别为510m³/h、390m³/h、260m³/h；

(3)供水温度为13℃；

(4)室内空气温度状态控制在(28℃/55％RH)；

如上所述，由于供水流量的改变导致风机盘管供冷量的改变，通过本发明方法通过对流量的测定，基于流量与流量之间的函数关系，可直接获得通过风机盘管向室内的供冷量大小。在上述不同室内空气设定状态条件下，风机盘管 供冷量随供水流量的变化情况如图4所示：

基于图4中的流量与冷量关系，即可根据流量表测试的流量值计算出对应时刻的风机盘管供冷量。

实施例2：

本实施例主要为了说明不同室内空气设定状态(温湿度)条件下，本发明的适用性：

(1)风机盘管型号为FP-51；风机盘管结构参数为：管排为8×3平套片管式，铜管10×1mm，长度528mm，正三角形排列，铝材肋片厚度和间距分别为0.115mm和2.35mm，垂直气流方向管间距25mm，肋化系数14.5，迎风面积为0.052m²，总换热面积6.76m²，送风量510m³/h；

(2)供水温度为13℃；

(3)室内空气温度状态控制在(28℃/55％RH)和(26℃/45％RH)；

在上述不同室内空气设定状态(温湿度)条件下，风机盘管供冷量随流量的变化情况如图5所示：

基于图5中的流量与冷量关系，即可根据流量表测试的流量值计算出对应时刻的风机盘管供冷量。

实施例3：

本实施例主要为了说明不同供水温度设定条件下，本发明的适用性：

(1)风机盘管型号为FP-51；风机盘管结构参数为：管排为8×3平套片管式，铜管10×1mm，长度528mm，正三角形排列，铝材肋片厚度和间距分别为0.115mm和2.35mm，垂直气流方向管间距25mm，肋化系数14.5，迎风面积为0.052m²，总换热面积6.76m²，送风量510m³/h；

(2)室内空气温度状态控制在(28℃/55％RH)；

(3)供水温度分别设定为7℃、10℃、13℃；

在上述不同室内空气设定状态(温湿度)条件下，风机盘管供冷量随流量的变化情况如图6所示：

基于图6中的流量与冷量关系，即可根据流量表测试的流量值计算出对应时刻的风机盘管供冷量。

实施例4：

本实施例主要为了说明不同开启台数(不同型号)设定条件下，本发明的适用性：

(1)设定室内风机盘管有4台，风机盘管型号分别为FP-85、FP-34、FP-51、FP-51；风机盘管结构参数为：管排为8×3平套片管式，铜管10×1mm，，正三角形排列，铝材肋片厚度和间距分别为0.115mm和2.35mm，垂直气流方向管间距25mm，肋化系数14.5，送风量分别为850m³/h、340m³/h、510m³/h、510m³/h；

(2)室内空气温度状态控制在(28℃/55％RH)；

(3)供水温度分别设定为13℃；

(4)风机盘管开启台数分别为上述四台风机盘管的排列组合；

在上述不同开启台数(不同型号)设定条件下，风机盘管供冷量随流量的变化情况如图7所示：

图7(a)为分别开启；图7(b)为双开双关；图7(c)为三开一关；图7(d)为全开状态图。

基于图7中的流量与冷量关系，即可根据流量表测试的流量值计算出对应时刻的室内风机盘管各种开启状态下的供冷量。

如上所述，由于供水流量的改变导致风机盘管向室内的供冷量的改变，通 过本发明方法通过对流量的测定，可直接获得通过风机盘管末端向室内的供冷量大小。在上述不同风速档位、不同室内空气温度状态、不同供水温度、不同开启台数(不同型号)条件下，室内供冷量随供水流量的变化情况如图4、图5、图6、图7所示。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

步骤1：根据风机盘管结构、风机盘管风速档位开关位置，确定风机盘管结构参数，送风量G_ij，设定风机盘管供水温度t_w1、室内空气温度状态(t_1ij，d_ij)；

步骤2：根据风机盘管结构及其在室内的分布情况，确定风机盘管内部阻力变化特性，得到在该种分布情况下风机盘管的流量分配系数μ_ij，进而根据总流量获得流过风机盘管的流量值q_mij；

步骤3：根据上述流过风机盘管的流量值q_mij、风机盘管结构参数，确定风机盘管内表面热交换系数α_nij；

步骤4：根据风机盘管送风量G_ij、风机盘管结构参数，确定风机盘管外表面热交换系数α_wij；

步骤5：根据步骤3得到的风机盘管内表面热交换系数α_nij、步骤4得到的风机盘管外表面热交换系数α_wij，确定风机盘管在干工况下的传热系数K_ij；

步骤6：根据室内空气状态(t_1ij，d_ij)、假定风机盘管机器露点温度t_3ij，确定风机盘管湿工况对应的干工况空气状态t'_1ij；

步骤7：根据步骤2得到的风机盘管的流量值q_mij、步骤4得到的风机盘管外表面热交换系数α_wij、步骤5得到的风机盘管传热系数K_ij、风机盘管结构参数、送风量G_ij，确定风机盘管所能提供的换热效率系数ε_1ij、接触系数ε_2ij；

步骤8：根据上述风机盘管所能提供的接触系数ε_2ij、步骤6得到的干工况空气状态t'_1ij、机器露点温度t_3ij，确定风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数

步骤9：判断上述风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数与步骤7得到的风机盘管所能提供的换热效率系数ε_1ij，若两者之差满足计算精度要求，则说明风机盘管机器露点温度t_3ij假设正确，否则，重复步骤6；

步骤10：根据能量守恒定律，确定风机盘管供冷量Q_ij及用户内所有风机盘管的总供冷量Q_i。

2.根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在于，所述步骤2根据总流量获得流过风机盘管的流量值q_mij，按如下过程进行：

(2a)根据风机盘管结构参数，确定风机盘管局部阻力系数ξ_ij、风机盘管换热盘管管径d_nij；

(2b)根据上述风机盘管局部阻力系数ξ_ij、风机盘管换热盘管管径d_nij，根据风机盘管之间串并联关系，得到风机盘管的流量分配系数μ_ij；

见式：

其中：

ν_ij为第(i，j)台风机盘管内流体的运动粘度系数，m²/s；

l_ij为第(i，j)台风机盘管换热盘管长度，m；

q_m为流量表所测供水干管总流量值，kg/h；

m为每户内的风机盘管数量；

(2c)根据上述各风机盘管的流量分配系数μ_ij，得到流过风机盘管的流量值q_mij；

见式：q_mij＝μ_ijq_m

其中：q_mij为流过第(i，j)台风机盘管的供水流量值，kg/h。

3.根据权利要求2所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在于，所述第(i，j)台风机盘管表示某层第i户第j台风机盘管，1≤i≤n,1≤j≤m；

其中，n为该层住宅的户数，m为每户内的风机盘管数量。

4.根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在于，所述步骤3确定风机盘管内表面热交换系数α_nij，按如下过程进行：

(3a)根据流过风机盘管的流量值q_mij、风机盘管换热盘管管径d_nij，由流速流量之间的关系，确定风机盘管换热盘管内流体流速v′_ij；

见式：

其中：900为换算系数；

ρ为流体密度，kg/m³；

d_nij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内径，m；

(3b)根据上述风机盘管换热盘管内流体流速v′_ij，由雷诺数定义式，得到盘管内流体的雷诺常数Re_fij；

见式：

其中：v′_ij为流过第(i，j)台风机盘管换热盘管的流体流速，m/s；

(3c)根据上述风机盘管换热盘管内流体的雷诺常数Re_fij，根据圆管内流体流动准则方程，得到盘管内流体的努谢尔特数Nu_ij；

见式： ${\mathrm{Nu}}_{ij}=\left\{\begin{array}{c}3.66\\ 0.012({{\mathrm{Re}}_{fij}}^{0.87}-280){{\mathrm{Pr}}_{fij}}^{0.4}\[1+{\left(d_{nij}/l\right)}^{\frac{2}{3}}\]{\left(\frac{{\mathrm{Pr}}_{fij}}{{\mathrm{Pr}}_{wij}}\right)}^{0.11}\\ 0.023{{\mathrm{Re}}_{fij}}^{0.8}{{\mathrm{Pr}}_{fij}}^{0.3}\end{array}\right.$

其中：Re_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体雷诺常数；

Pr_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体普朗特数；

Pr_wij为第(i，j)台风机盘管管壁温度下普朗特数；

(d_nij/l)^2/3为修正盘管长度的影响；

(3d)根据上述风机盘管换热盘管内流体的努谢尔特数N_uij，根据对流换热系数定义式，得到风机盘管内表面热交换系数α_nij；

见式：

其中：N_uij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体努谢尔特数；

λ_wij为第(i，j)台风机盘管换热盘管内流体导热系数，W/(mK)。

5.根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在于，所述步骤4确定风机盘管外表面热交换系数α_wij，按如下过程进行：

(4a)根据风机盘管送风量G_ij、风机盘管结构参数，得到风机盘管最窄界面处风速v_maxij；

见式：v_maxij＝s_1ijs_fijV_yij/((s_1ij-d_0ij)(s_fij-δ_fij))

其中：s_1ij为第(i，j)台风机盘管换热盘管管中心距，m；

s_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管肋间距，m；

V_yij为第(i，j)台风机盘管迎面风速，m/s；

d_0ij为第(i，j)台风机盘管换热盘管管外径，m；

δ_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管肋片厚度，m；

(4b)根据上述风机盘管最窄界面处风速v_maxij，根据雷诺数定义式，得到风机盘管风侧的雷诺数Re_aij；

见式：

其中：v_maxij为第(i，j)台风机盘管最窄界面处风速，m/s；

v_aij为流过第(i，j)台风机盘管换热盘管空气运动粘度系数，m²/s；

d_eqij为当量直径，m；

(4c)根据上述风机盘管风侧的雷诺数Re_aij，得到风机盘管风侧努谢尔特数Nu_aij；

见式：Nu_aij＝CRe_aij ^g(L_aij/d_eqij)^s

其中：Re_aij为第(i，j)台风机盘管风侧雷诺数；

L_aij为第(i，j)台风机盘管沿气流方向肋长，m；

C、g、s为准则方程系数；C＝A(1.36-0.24Re_aij/1000)；

g＝0.45+0.0066L_aij/d_eqij；s＝-0.28+0.08Re_aij/1000；

A＝0.518-0.02315(L_aij/d_eqij)+0.000425(L_aij/d_eqij)²-3×10^-6(L_aij/d_eqij)³；

(4d)根据上述风机盘管风侧努谢尔特数Nu_aij，利用努谢尔特数定义式，得到风机盘管外表面热交换系数α_wij；

见式：

其中：b为准侧方程系数，当风机盘管换热盘管为顺排管簇时取b＝1，当风机盘管换热盘管为叉排管簇时取b＝1.2；

Nu_aij为第(i，j)台风机盘管风侧空气努谢尔特数；

λ_aij为第(i，j)台风机盘管风侧空气导热系数，W/(mK)。

6.根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在于，所述步骤5确定风机盘管在干工况下的传热系数K_ij，按如下过程进行：

(5a)根据风机盘管结构参数，得到风机盘管肋表面全效率

见式：

其中：f_fij为第(i，j)台风机盘管换热盘管单位管长肋片面积，m²；

f_dij为第(i，j)台风机盘管换热盘管肋片间管子外表面积，m²；

η_ij为第(i，j)台风机盘管换热盘管肋效率；

(5b)根据上述风机盘管肋表面全效率步骤3得到的风机盘管内表面热交换系数α_nij、步骤4得到的风机盘管外表面热交换系数α_wij、风机盘管结构参数，忽略风机盘管管壁导热系数，得到风机盘管在干工况下的传热系数K_ij；

见式：

其中：α_wij为第(i，j)台风机盘管外表面热交换系数，W/(m²℃)；

为第(i，j)台风机盘管肋表面全效率；

τ_ij为第(i，j)台风机盘管肋化系数；

α_nij为第(i，j)台风机盘管内表面热交换系数，W/(m²℃)。

7.根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在于，所述步骤6确定风机盘管湿工况对应的干工况空气状态t'_1ij，按如下过程进行：

(6a)根据室内空气状态(t_1ij，d_ij)，根据湿空气焓值计算公式，得到室内空气状态焓值；

见式：i_ij＝1.01t_ij+(2500+1.84t_ij)d_ij

其中：i_ij为室内空气焓值，kJ/kg；

t_ij为室内空气温度，℃；

d_ij为室内空气含湿量，kg/kg；

(6b)根据风机盘管供水温度t_w1，假定风机盘管机器露点温度t_3ij，得到风机盘管机器露点含湿量d_3ij；

见式：d_3ij＝0.020473t_3ij ²+0.103746t_3ij+4.47862

其中：t_3ij为第(i，j)台风机盘管机器露点温度，℃；

(6c)根据上述室内空气状态焓值、风机盘管机器露点含湿量d_3ij，利用湿空气焓值计算公式反推，得到室内空气湿工况对应的干工况空气状态t′_1ij。

8.根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在于，所述步骤7确定风机盘管所能提供的换热效率系数ε_1ij、接触系数ε_2ij，按如下过程进行：

(7a)根据步骤2得到的供水流量q_mij、步骤4得到的风机盘管内表面热交换系数α_wij、步骤5得到的风机盘管传热系数K_ij、风机盘管结构参数、送风量G_ij，得到风机盘管所能提供的换热效率系数ε_1ij、接触系数ε_2ij；

见式：

其中：β_ij＝(K_ijF_ij)/(G_ijc_p)，γ_ij＝(G_ijc_p)/(q_mijc_w)；

K_ij为第(i，j)台风机盘管在干工况下的传热系数，W/(m²℃)；

F_ij为第(i，j)台风机盘管总换热面积，m²；

G_ij为第(i，j)台风机盘管送风量，m³/h；

c_p、c_w分别为空气定压比热和冷水定压比热，J/(kg℃)。

9.根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在于，所述步骤8确定风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数按如下过程进行：

(8a)根据上述风机盘管能提供的接触系数ε_2ij、步骤6得到的风机盘管机器露点温度t_3ij、室内空气湿工况对应的干工况空气状态t'_1ij，利用接触系数热工计算公式，反推得出风机盘管出风口湿工况对应的干工况空气状态t'_2ij；

见式：t'_2ij＝t‘_1ij-ε_2ij(t‘_1ij-t_3ij)

其中：t'_1ij为第(i，j)台风机盘管入口空气湿工况对应干工况温度，℃；

ε_2ij为第(i，j)台风机盘管所能提供的接触系数；

t_3ij为第(i，j)台风机盘管机器露点温度，℃；

(8b)根据上述风机盘管出风口湿工况对应的干工况空气状态t'_2ij，利用风机盘管换热效率系数热工计算公式，得到风机盘管进行空气处理所需要的换热效率系数

见式：

其中：t'_2ij为第(i，j)台风机盘管出口空气湿工况对应干工况温度，℃；

t_w1为第(i，j)台风机盘管供水温度，℃。

10.根据权利要求1所述的基于流量冷量关系模型的风机盘管冷量计量方法，其特征在于，所述步骤10确定风机盘管供冷量Q_ij及用户内所有风机盘管的总供冷量Q_i，按如下过程进行：

(10a)根据步骤9的判断，确定风机盘管进行空气处理湿工况对应的干工况状态(t′_1ij，t′_2ij)；

(10b)根据上述风机盘管干工况状态(t′_1ij，t′_2ij)，利用能量守恒公式，得到风机盘管的供冷量Q_ij；

见式：Q_ij＝G_ijc_p(t'_1ij-t'_2ij)

其中：t′_1ij为第(i，j)台风机盘管入口空气状态对应干工况干球温度，℃；

t′_2ij为第(i，j)台风机盘管出口空气状态对应干工况干球温度，℃；

(10c)根据上述风机盘管的供冷量Q_ij，利用系统能量守恒公式，得到用户内所有风机盘管的总供冷量Q_i；

见式：

其中：p为系统冷量修正系数，由现场实测数据确定；

Q_ij为房间内第(i，j)台风机盘管供冷量，W；

m为每户内的风机盘管数量。