基于喷雾形态的换热型空调新风系统湿度控制研究

基于喷雾形态的换热型空调新风系统湿度控制研究

徐鹏华1黎嘉伟2

1广东申菱环境系统股份有限公司广东省佛山市5283132广州高顺空气净化科技有限公司广东省广州市511495

摘要：随着经济的发展和人们生活水平的提高，越来越多的人对公共资源需求有了全新的认知。医院作为公共资源的典型代表，其环境尤其是空气环境的高品质要求变得尤为重要，而空气品质的决定因素为空气温湿度和洁净度，控制这些因素的先决条件即是空调新风系统，因此对其应用研究十分必要。

关键词：喷雾形态；换热型；空调新风系统；湿度控制

空调系统由冷源、热源系统和空气调节系统组成。冷源和热源是实现空气处理过程的基础，空调风系统是将经由空气处理设备的空气通过风管系统送入房间内，同时从房间内抽回部分空气，通过回风风管系统送至空气处理设备之前进行重复利用。使用送风机加回风机的双风机系统不仅使房间内送风均衡，还大大的提高了空调系统的运行效率。由于回风次数过多会影响空气质量，在双风机全新风系统中加入新风系统辅助，能够有效解决空调系统送风问题。

1研究意义

该项研究符合人们诊疗环境需求提高与健康观念转变的发展需要。医生对现代整体医学治疗效果的不断深入研究使得他们对治疗环境的要求愈加深刻和全面。当前我国大型综合性医院住院病房常常人满为患，加之医院的日常陪护管理不到位，一人生病全家人陪护的现象几乎成为常态，既不利于患者的康复治疗，又不利于控制院内感染。因此，医院急需能够满足不同科室医疗空气品质需求的合理方案。该项研究是公共机构节能、提高公共资金使用效率及医院绿色建筑实施的需要。由于医院建筑的功能特殊性，在“可持续发展”“绿色建筑”的大环境影响下，人们已经认识到绿色医院建设对人类可持续发展的重要性。

2集成设计研究

2.1研究内容

本次主要对医院空调系统中的子系统——温湿度耦合系统进行集成理论研究，该系统具有换热和加湿降温的双重作用。

2.1.1水雾与空气换热过程

通过对水的雾化，使得水雾和空气进行一次换热，水滴的雾化过程保证能够提供尽可能大的换热比表面积，提高换热效率。

雾化过程模拟计算：

（1）V=1m3的水滴变成半径为r=5×10-5m的球；

（2）单个r=5×10-5m液滴的体积为V1=×π×r3=5.23×10-5m3；

（3）V=1m3小球个数为n==1.91×1012；

（4）V=1m3的液滴表面积：s’=n×4×π×r2=1.91×1012×4×π×（5×10-5）2m2=6×104m2。

结果分析：对雾化过程进行的模拟计算足以说明雾化过程将提高水滴与空气的换热面积，水滴直径越小，换热比表面积越大，换热效率越高。

2.1.2水滴蒸发阶段分析

水滴蒸发是一种复杂的物理过程，它是传热、传质同时进行的耦合过程，本文研究的水滴是以水滴群（水雾）的形式出现，对水滴蒸发的研究过程建立在研究单个水滴的基础之上。稳态蒸发阶段：水滴球对称；忽略水滴与空气环境内的辐射换热；忽略水滴内部温度。水滴以某一初速度V在空气中运动，水滴的受力除自身的重力G以及空气浮力F外，空气与水滴表面摩擦还将产生摩擦阻力R。这种阻力的变化以及在水分蒸发过程中水滴的物理性质变化程度又影响着水滴与空气之间的相对运动。

2.2理论模型的研究

2.2.1运动方程研究

2.2.4模型验证

水滴的蒸发过程是通过高压雾化喷嘴形成的，液滴直径非常小，很难进行单个微小水滴的实验研究。在初始条件相同的情况下，水滴的直径越小，水滴在水平方向运动的距离越短，水平方向分速度随下落高度的变化率越大，在较短的下落距离内速度就衰减为零。其原因是水滴直径越小，其具有的初动量就越小，而受到的阻力系数则越大，本文所建立的模型适用于水滴的蒸发阶段，选定相应的初始值和物性参数，即可求解水滴特性，包括水滴的温度、速度、直径及水平飞行距离随其下落高度的变化关系。

通过查阅相关文献，可知对悬挂的单个水滴运动进行实验得出的结论与本文数学模型基本一致，数值计算得到的水滴在蒸发阶段的温度变化与实验结果的变化趋势基本一致。这说明本文提出的液滴蒸发冷却模型数值算法是可靠的，可以用来预测实际水滴的蒸发特性。通过对喷雾液滴数量的控制实现了出风口气体相对湿度控制在±2%的结果，在长达两个夏季的运行均稳定可靠。

结论

本文分析了单个水滴的蒸发模型，在此基础上给出了理论计算公式，为水滴群的进一步研究奠定了基础。在相同水滴直径和温度的条件下，蒸发时间是随着速度的增大而减少的，近似与Re的n次方成正比，两者的关系近乎为线性关系。一方面水滴的蒸发可以吸收大量热量，这对换热系统研究是非常有利的。对水滴蒸发过程进行深入细致的理论研究，是实验研究的一个重要补充，同时对实验具有重要的指导意义。全空气空调系统与新风系统联合应用，有效解决了公共大厅与房间对温度与湿度需求不同的问题，为中央空调系统的飞速发展奠定了基础。

参考文献：

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