种新型排风热泵热回收型新风机特性研究
摘
着生活水提高室空气品质求越越高新风加处理便直接送入室势必会增加空调系统耗降低空调系统耗时节约源文设计排风热回收技术应空调新风系统中回收排风中量
首先文设计种新型热泵热回收型新风机组该机组结合回风冷混风冷凝技术提升新风机组效时利GREATLAB仿真模拟台该新风机组进行仿真模拟进行部件系统参数优化性较模型机组
然委托某企业制作样机该企业焓差实验室测试样机性进步验证仿真准确性机组效实验表明GREATLAB仿真台精度高机组制冷标准条件系统效达365
文探讨新风机组应温湿度独立控制空调系统利水机新风机组合实现温湿度独立控制设计种新型新风空调体机中水机控制室显热负荷新风机控制室潜热负荷
关键词：新风机组热泵热回收仿真模拟温湿度独立控制
Abstract
With the advancement of science and technology people＇s requirements for indoor air quality are getting higher and higher If the fresh air is sent directly to the room without treatment it will inevitably increase the energy consumption of the air conditioning system
To reduce the energy consumption of air conditioning system and save energy this paper presents that the exhaust heat recovery technology can be applied to the DOAS (Dedicated Outdoor Air System) to recover the energy in the exhaust air
Firstly this paper presents a novel design of exhaust air heat hump which combines the return air subcooling and the mixed air condensation technology to improve the COP of the exhaust air heat hump At the same time the simulation model of the outdoor air handling unit using exhaust heat hump was established by using GREATLAB simulation software As the parameters of the components are optimized it can provide space cooling with fresh air exchange and reduce power consumption
Then a prototype was built in a factory and tested in a company The experimental results show the accuracy of the simulation model and evaluate the performance of the exhaust air heat pump which can get a higher COP (365 in standard refrigeration condition)
Finally this paper considers how to apply the exhaust air heat hump to the THIC (Temperature and Humidity Independent Control) system and presents a new design of air conditioning with outdoor air system in which the chiller regulates indoor temperature and the exhaust air heat hump regulates humidity separately
Key words DOAS exhaust air heat pump modelbased design THIC
目录
第1章 绪 6
11 课题背景 6
12 国外研究现状 7
13 文研究容 9
第2章 新风机设计方案 10
212 技术方案 10
213 技术先进性 13
22 部件系统仿真建模 15
221 压缩机模型 16
222 换热器模型 16
223 节流元件模型 16
224 新风机整机模型 17
23 部件系统参数优化 19
231 盘例（排数）分配 19
232 送风盘例：分路数优化 21
233 送风盘例：流优化 22
234 盘优化结果 23
235 混风 24
24 样机设计 25
第3章 样机测试系统性分析 27
31 样机展示 27
32 实验测试 28
321 实验室基情况 28
322 实验基情况 30
323 实验测试结果 32
324 性精度分析 34
33 系统性分析 35
331 制冷模式变工况分析 35
332 制热模式变工况分析 35
333 循环模式变工况分析 36
第4章 应：基温湿度独立控制新风空调体机 38
41 温湿度独立控制空调系统简介 38
42 普通水机+新风机独立组合设计方案评估 39
421 方案简介 39
422 变频水机仿真模型 40
423 负荷模型 41
424 仿真结果 44
43 高温水机+新风机体机方案评估 46
431 方案简介 46
432 仿真结果 47
第5章 结展 48
51 结 48
52 展 48
参考文献 49
致谢 51
第1章 绪
11 课题背景
创造高质量室空气环境提高劳动生产率保护体身体健康创造舒适工作生活环境非常重意义着
社会物质文化生活水提高保护意识加强越越空气品质（IAQ）提出更高求国出台系列卫生标准[1]室项污染物浓度指标做出明确规定室外新鲜空气（新风）送入室普遍认述污染物效途径[2 3]
现代许建筑尤住宅建筑开始引入新风空调系统改进室空气品质新风引入会导致建筑负荷升提高室空气品质时降低空调系统耗成研究热点目前急需解决问题统计[4]新风带热湿负荷已占空调总负荷30供暖季节更高达60少增加增加空调负荷新风需定处理送入空调区域
2015年新颁布公建筑节设计标准中指出新风冷（热）负荷建筑物总体冷（热）负荷中占例宜排风热回收装置样回收空调排风中部分冷量者热量新风预冷者预热降低处理新风冷（热）负荷举产生显著节效益[5]
目前市场家新风机组提供害物质滤功部分产品带热回收（显热全热）功少数产品带独立湿功热泵式新风机组时满足新风滤新风制冷（热）新风湿求热泵系统时存制冷（热）排冷（热）处理程果进行热回收建筑排出冷（热）量转移需热（冷）量方够减少源浪费
文设计新型排风热泵热回收型新风机组热泵式排风全热回收技术综合热泵热排风热回收装置优点热泵式排风全热回收技术种新型源热回收技术该技术限电通制冷剂热力循环回收排风冷量热量[6]热泵机组需设备配备初投资略高热泵机组回收量量回收热效率高需担心交叉污染尤冬季低温工况性优势更突出住宅建筑新风空调系统中热泵式排风热回收全新风机组正越越广泛应
温湿度独立控制空调系统年种新兴空调系统理念传统空调温湿度耦合控制方法系统温湿度独立调节避免传统空调系统中温湿度联合处理带损失满足断变化房间温湿度求避免室湿度高(低)情况商业工业已越越空调系统采温湿度独立控制空调系统家市场目前没出现规模应
12 国外研究现状
利室排风中余冷余热处理新风效减少处理新风需力时降低机组负荷提高机组济性目前常见空气热回收装置性适象表1 1示：
表1 1 常见空气热回收装置分类
述种热回收系统特色优劣相液体循环式板式热等显热热回收装置说全热热回收装置初投资设备费较高占面积较全热热收回装置回收效率显热热回收装置效率高初投资增加费运行费中回报外果采全热回收装置会存交叉污染问题空气质量求较高场合（例医院等）适[7]
鉴排风热回收空调节建筑节重性国外众学者进行研究
文献[8] 介绍余热回收系统背景优点系统结构理分析全新风空调系统中余热回收措施节性时列举三城市分进行节分析指出余热回收国具节潜力全热回收适合南方潮湿城市显热回收适合北方干燥区
文献[9]夏热冬暖区例分析公建筑空调负荷构成研究新风负荷公建筑影响研究排风热回收装置建筑节情况研究发现夏热冬暖区公建筑空调系统说全热回收装置获更节效益
文献[10]利全年逐时动态模拟计算方法两城市例计算热回收装置节量全年风机耗全年动态节率进行较建议根投资回收期考虑否热回收装置种热回收装置
文献[11]通实验分析13种实际运行排风热回收装置节情况发现
3案例中排风热回收装置实际量回收率达理值80差3案例排风热回收装置消耗量回收量
文献[12]发现果新风机组采热回收技术回收排风中冷（热）量减少室处理设备压力时热回收系统安装运行成进行评估利净现值法（NPV）计算出热回收装置投资回收期12年
文献[13]介绍带余热回收装置空调系统生命周期成介绍回收期计算通实际案例分析指出余热回收装置具较节性节约空调系统身生命周期成回收期较短具价值推广前景
文献[14]介绍热泵热回收型新风机工业中应节性济性进行分析发现节效果济性高值推广应
文献[15]设计种紧凑化热泵热回收式新风机种设计换热器轴流风机叶轮集成起改进原热泵热回收式新风机传统新风换气机相该设计具优点焓差利率高机组效高适应更工况该研究指出该设计通添加简单运行控制策略换热器表面做出合适处理达排风全热回收运行目
文献[16] 利热回收装置空调系统进行改造试图回收排风中量改造中较新风换气机转轮全热交换器风冷热泵等节性济性总体分析风冷热泵排风热回收技术空调系统运行费较低总体济性略两种方案
文献[17]出种两级排风热回收新风机组该机组组合全热回收装置热泵热回收装置作热回收两级装置应空气水空调系统实现温湿度独立控制研究选取某区典型气象年进行负荷计算模拟结果表明该系统实现温湿度独立控制目标均供冷效系数458传统空调系统相节率高达428
文献出排风热回收技术空调系统节具重意义热泵式排风热回收技术理实际中取错节效果济性种出色热回收方式温湿度独立控制空调系统原理说避免传统空调中源浪费现象两种技术结合起建筑节产生更效果
13 文研究容
设计种新型300风量新型排风热泵热回收型新风机适面积150m2左右住宅建筑文利仿真方法建立系统仿真模型利仿真方法新型风机进行优化外制作样机进行实验验证机组性仿真模型准确性进行评估
文尝试该新风机应温湿度独立控制空调系统中分析普通水机新风机独立组合方案针缺点进行改进设计种新高温水机新风机体机方案具体研究容：
（1） 新型热泵式排风热回收全新风机组设计
文针种新型带混风冷凝回风冷新风机济学张春路教授带领团队开发GREATLAB系列仿真软件建立换热器压缩机风机节流元件等部件模型搭建出机组系统仿真模型
时该新风机进行优化部件层面换热器排数分路数排布方式进行优化设计系统层面混风进行优化设计新风机组制冷模式更高效时兼顾制热循环模式切换全工况运行
基础完成样机设计
（2） 样机测试实验系统性分析
委托某企业制作台样机该企业焓差法实验室进行样机性测试评估机器性时测试数仿真数进行较评估仿真精度试验基础系统制冷制热循环模式性进行分析讨
（3） 新风机应：基温湿度独立控制空调系统新风空调体机
文已完成新风机应温湿度独立控制空调系统模拟普通住户选择7°C水机新风机独立组合方案针直接组合产生问题文改进出种新15°C水机新风机组合体机方案
第2章 新风机设计方案
章设计种新型排风热泵热回收新风机设计方案亮点回风冷混风冷凝技术组合章分析市面新风机常见做法证设计方案技术先进性利GRAETLAB制冷空调系统稳态准稳态通仿真台该新型新风机进行部件模拟系统仿真该新风机部件系统层次进行优化部件层面章回风盘送风盘排风盘进行优化盘额定工况排数排布方式分数路方面进行探究时考虑模式切换情况确定相较优盘设计方案系统层面章混风进行优化探究额定工况佳混风优化基础章节出新风机样机终设计包括部件选型
21 新风机技术方案
211 设计容
设计涉台300风量新风湿机设计工况：
额定制冷工况：新风工况：35°CRH80 回风工况：27°C19°C
额定制热工况：新风工况：7°C6°C 回风工况：20°C15°C
湿工况：室20°CRH80
212 技术方案
图2 1 新风机流程图
新风机系统原理图图2 1示带循环模式整体式热泵热回收型新风机
设计中热泵热回收型新风机组具三种基运行模式：新风制冷湿模式回风湿（循环）模式新风制热模式适应室外气候条件需求夏季开启新风制冷湿模式新风进行降温湿送入室冬季开启新风制热模式新风进行加热（含加湿）送入室梅雨季节湿度较情况开启回风湿（循环）模式室空气进行湿循环净化三种模式分述：
新风制冷湿模式图2 2示混风风口排风风口新风风口均开排风风机送风风机开中：
（1） 制冷剂回路：制冷剂压缩机压缩成高温高压气体排气盘冷盘冷凝成制冷剂液体然通膨胀阀进行节流送风盘蒸发送压缩机
（2） 风侧流路：混风风门开室外新风新风口进入混风风门处分两路路送风盘降温湿送入室路冷盘回收冷量室回风混合排风盘排风风机送室外
图2 2 新风制冷湿模式3D示意图
新风制热模式图2 3示混风风口关闭排风风口新风风口开排风风机送风风机开中：
（1） 制冷剂回路：制冷剂压缩机压缩高温高压气体然送风盘冷凝制冷剂液体膨胀阀节流冷盘排风盘蒸发送入压缩机
（2） 风侧流路：混风风门关闭室外新风新风口进入送风盘加热送入室室回风回风口冷盘排风盘回收热量排风风机送室外
图2 3 新风制热模式3D示意图
湿循环模式图2 4示混风风口开排风风口新风风口关闭排风风机关停送风风机开中：
（1） 制冷剂回路：制冷剂通压缩机压缩高温高压气体通送风盘冷凝膨胀阀冷盘排风盘蒸发送入压缩机
（2） 风侧流路：混风风门开室回风通冷盘降温湿混风口送风盘送入室
图2 4 回风湿（循环）模式3D示意图
213 技术先进性
整体式热泵热回收体机目前国外家新风机市场中高端机型运行效较高
目前市场应整体式热泵热回收体机基原理图图2 5示制冷工况送风盘作蒸发器吸收新风中热量低温空气送入室排风盘作冷凝器回收室回风冷量制热工况送风盘作冷凝器加热低温新风高温空气送入室排风盘作蒸发器回收室回风热量湿量
图2 5 整体式热泵热回收体机基原理图
种整体式热泵热回收体机存缺陷夏季冷凝散热量全部室排风承担室需保持正压排风风量会送风风量造成冷凝器风量偏冷凝温度较高受冷凝温度（压缩机高压）限限制送风温度偏高（例室外干球温度35°C 湿球温度28°C新风说通常送风温度达22°C附时冷凝温度已达60°C左右）系统效率较低
改善冷凝风量导致问题研究发现通引入室外新风增冷凝风量提高机组夏季效带混风冷凝整体式热泵热回收体机基原理图2 6示图制冷工况送风侧送风盘作蒸发器吸收新风中热量低温空气送入室排风侧新风风道开启吸入新风室回风混合作冷凝器排风盘带走冷凝换热量制热工况新风通道关闭工作原理普通热泵热回收体机相
种机组直接新风室排风混合通冷凝器然通增风量方式降低冷凝温度高温新风低温室回风混合造成定混合损失
图2 6 带混风冷凝整体式热泵热回收体机基原理图
文设计新型排风热泵热回收新风机采混风冷凝加回风冷新技术前两种整体式热泵热回收体机相原理具先进性：
（1） 通增设冷盘利回风冷增加系统冷度提高单位制冷量提高系统效时保持（冷排加热）回风新风混风降低冷凝温度提高效优点
（2） 紧凑高效低成实现回风湿（室空气循环）功目前市场具回风湿（室空气循环）功产品通附加风箱进行空气流路切换实现造成整机尺寸明显加成升空气侧风道间漏风会较严重导致性降
（3） 湿力幅提升新风处理送风温度显著降
更具体说明三种新风机文横较标准制冷工况（室外35℃28℃室27℃19℃）时三种热泵热回收体机性相送风温度三种新风机组性
中表中 Ⅰ 型指普通整体式热泵热回收体机Ⅱ 型指带混风冷凝整体式热泵热回收体机Ⅲ 型带混风冷凝加回风冷整体式热泵热回收体机
表2 1 制冷模式三种新风机性
性参数
Ⅰ 型
Ⅱ 型
Ⅲ 型
制冷剂循环
冷凝温度°C
596
494
496
蒸发温度°C
180
180
180
送风干球温度°C
220
220
220
送风湿球温度°C
217
217
217
系统性
新风热量kW
163
163
163
压缩机耗功W
577
378
360
压缩机转速Hz
50
35
34
风机耗功W
28
94
82
系统COP
269
345
368
表中出相送风温度情况普通整体式热泵热回收体机COP269带混风冷凝整体式热泵热回收体机COP345混风冷凝加回风冷整体式热泵热回收体机COP368普通整体式热泵热回收体机COP高27左右混风冷凝整体式热泵热回收体机高7左右
综述现整体式热泵热回收体新风机相产品采技术具显著先进性制冷湿模式时仅效降低冷凝温度降低送风温度提高机组效种循环模式切换满足户时刻需求极提高户居家舒适度
22 部件系统仿真建模
排风热泵热回收型新风机仿真模型基制冷空调系统通仿真台GREATLAB进行设计GREATLAB软件套件济学张春路教授团队历时年开发蒸汽式压缩制冷空调热泵系统等研究象专业仿真台
GREATLAB仿真台简单说明[18]：
制冷空调系统稳态准稳态通仿真台GREATLAB适种闭式者开式系统进行部件设计优化GREATLAB套件拥单独运行仿真模拟软件包括翅片换热器通仿真软件CoilLab制冷压缩机通数建模性分析软件CompLab微通道（行流）换热器通仿真软件MCHXLab风机通数建模性分析软件FanLab降膜式换热器通仿真软件FFHXLab基电子表格控件SpreadsheetGearGREATLAB批量仿真计算参数分析工具GREATTable制冷剂物性计算器RefPropCalc仿真设计中GREATLAB
软件CompLab软件CoilLab软件 GREATTable软件软件具体程结果会相应章节中进行定说明
221 压缩机模型
例涉台变频压缩机压缩机数厂商提供仿真时根厂商提供压缩机性数CompLab软件进行压缩机模型搭建中变频压缩机采ANSIAHRI5402004标准推广10+系数模型具体介绍：
AHRI 10系数模型（ANSIAHRI5402004）美国空调供暖制冷协会AHRI制定压缩机生产厂商广泛采原理式：
(12)
式中Y代表功耗质量流量Te压缩机吸气饱温度Tc压缩机排气饱温度C1～C1010系数CompLab计算
推广10+系数模型原理式：
(13)
式中Y代表功耗质量流量Te压缩机吸气饱温度Tc压缩机排气饱温度fr频率（负荷）频率（负荷）C1～C1515系数CompLab计算
222 换热器模型
例中送风盘回风盘排风盘均采常见翅片换热器利CoilLab翅片换热器通设计工具进行搭建
CoilLab软件采逐建模技术进行灵活排布置进行意合理路连接考虑真实翅片换热器中[19]空气侧翅片(壁)通热流热传导等传热方式会形成复杂温度场时考虑分流合流情况道流路变化带路流动均匀性例中计算CondCoil3D模型三维分布参数模型
223 节流元件模型
节流元件制冷系统中起提供压降控制制冷剂流量作例中常节流元件膨胀阀进行仿真模拟时膨胀阀采ExpDevCd0模型进行计算该模型流量系数常数节流元件模型
ExpDevCd0模型属控制模型控制目标方程代节流元件物理模型时流量系数设置输出参数指定控参数（例压缩机吸气热度）
224 新风机整机模型
利GREATLAB软件搭建排风热泵热回收型新风机新风制冷湿模式新风制热模式回风湿（循环）模式仿真模型223节中叙述部件外添加必连接压降器件等模拟机组真实情况
具体情况图2 7图2 8图2 9示
中图2 7新风制冷湿模式图2 8新风制热模式图2 9回风湿（循环）模式
图2 7 GRAETLAB仿真新风制冷湿模式（截图）
图2 8 GRAETLAB仿真新风制热模式（截图）
图2 9 GRAETLAB仿真回风湿模式（截图）
23 部件系统参数优化
节部件系统层面新风机进行优化
部件层面考虑换热器佳设计方案首先确定回风盘送风盘排风盘例分配然进行盘分路数流优化进行例分配时结合工况新风机运行情况考虑确定盘排数分数路流优化送风盘例展示优化程（余盘理）节末出盘仿真优化结果
系统层面节混风参数做出探究试出额定工况佳混风
231 盘例（排数）分配
户机器尺寸限制盘胀高孔数均已确定表2 2示
表2 2 盘胀高孔数
盘
胀高（mm）
孔数（孔）
排风盘
400
12
冷盘
280
12
送风盘
250
12
结合实际制作工艺求换热器选7mm 螺旋强化圆确定结构参数表2 3示
表2 3 换热器结构参数
胀
外径（mm）
壁厚（mm）
间距（mm）
排间距（mm）
翅片类型
翅片
间距（mm）
翅片
厚度（mm）
73
03
22
1905
双波纹片
14
0115
三盘面积例（排数）应综合考虑模式表现确定
通常情况新风机制冷湿模式应较体优化思路：制冷模式性时保证模式够模式性达求
制冷模式送风盘担蒸发器冷排风盘担冷凝器制热模式冷排风盘担蒸发器送风盘担冷凝器循环模式
冷盘担蒸发器送风盘担冷凝器
配合模式换热器需初步考虑送风盘定流冷盘排风盘定逆流考虑循环模式冷盘担蒸发器保证该模式情况需先确定冷盘排数
确定冷盘排数时需满足条件：
（1） 压缩机频率范围11～110Hz
（2） 冷凝温度超60°C
（3） 户尺寸限制求：超4排
利CoilLab软件建立1～4排（时盘均1路）冷盘模型GRAETLAB中进行计算发现冷盘排数4时满足条件（情形时冷凝温度均超60°C）冷盘确定4排
新风机部分时间运行制冷湿模式先考虑制冷模式校核制热模式制冷模式送风盘作蒸发器冷排风作冷凝器进行计算
确定制冷模式蒸发器冷凝器排数时需满足条件：
（1） 压缩机频率范围11～110Hz
（2） 冷凝温度超60°C
（3） 户尺寸限制求：蒸发器超5排冷凝器（冷盘＋排风盘）超8排
利CoilLab软件建立排数冷凝器蒸发器（时盘均1路）带入GRAETLAB中进行计算计算结果表2 4示满足条件情况中选择效高组合方式蒸发器5排冷凝器8排情况
表2 4 制冷模式盘排数较
蒸发器排数（排）
冷凝器排数 （排）
压缩机频率（Hz）
冷凝温度（°C）
蒸发温度（°C）
COP
5
8
54
5193
1022
307
4
8
>60°C
5
7
60
547
945
276
4
7
>60°C
5
6
64
5835
916
244
4
6
>60°C
5
5
>60°C
终排数：冷盘4排排风盘4排送风盘5排
232 送风盘例：分路数优化
翅片换热器进行串时应该考虑否制冷剂分成股流动寻求换热力压降衡
方面分路数少时制冷剂压降均换热温差制冷剂流速换热系数方面分路数时制冷剂压降均换热温差制冷剂流速换热系数应该两者间寻求佳衡佳分路数
送风盘例5排12孔送风盘说串存四种性1路2路3路6路利CoilLab建立分路数送风盘盘示意图图2 10示
图2 10 送风盘分路数串示意图
建立盘分带入仿真模型里进行计算计算结果表2 5示中组压缩机频率均满足负荷情况选取佳COP时频率
表中数送风盘分两路（单程流路长75m）时候系统效佳送风盘分路数确定两路
表2 5 送风盘分路数系统影响
分路数（路）
单程流路长度（m）
压缩机频率（Hz）
冷凝温度（°C）
蒸发温度（°C）
COP
1
15
54
515
105
312
2
75
50
513
129
337
3
5
53
520
121
321
6
25
53
512
106
314
233 送风盘例：流优化
考虑设计系统热泵系统制冷模式作蒸发器送风盘制热模式会变冷凝器冷凝器说排布方式流换热量会降（存夹点）蒸发器排布方式流者逆流
制冷剂出口热度较时尝试采逆流制冷剂处两相状态时压降存会导致制冷剂饱温度降时采流方式获较均换热温差制冷剂变气态时温度升时流排布换热介质旧达前出口温度需蒸发温度降低样会降低系统效气态段采逆流排布换热温差均匀利整系统效提高
利CoilLab建立流逆流送风盘串图2 11示
图2 11 送风盘流逆流串示意图
盘带入仿真模型中进行计算送风盘采流逆流形式系统影响表2 6示中组压缩机频率均满足负荷情况选取佳COP时频率
表2 6 送风盘采流逆流时系统影响
流
压缩机频率（Hz）
冷凝温度（°C）
蒸发温度（°C）
COP
流
50
513
129
337
逆流
43
494
145
374
表中出送风盘采逆流流时提高制冷模式效COP提高幅度高达11
逆流流盘带入冬季制热循环模式中校核发现冬季制热COP降低01循环模式COP提升01新风机运行夏季制冷模式选择逆流作送风盘流
实际生产中发现换热器逆流流加工工艺较复杂次品率高利生产设计保持维持送风盘流流
234 盘优化结果
冷盘排风盘优化程
盘优化整体结果表2 7示
盘终优化串示意图图2 12示
表2 7 盘优化结果
盘
孔数 （孔）
胀高（mm）
流
分路数
排数 （排）
单程流路长度（m）
送风盘
12
250
流
2
5
75
冷盘
12
280
逆流
2
4
672
排风盘
12
400
逆流
2
4
96
图2 12 送风盘冷盘排风盘串示意图（左右）
235 混风
额定制冷工况设计室回风室外新风混合送入排风盘增冷凝器风量降低冷凝温度提高系统效然着室外新风占增方面风量进步增利冷凝温度降低方面室回风室外新风混合损失增利系统效提高综合两方面应该存佳混风利GREATLAB软件已搭建新风机模型中调节额定制冷工况新风机混风（混入新风风量排风盘总风量）发现混风系统COP影响图2 13示
图中出额定制冷工况系统佳混风06
图2 13 额定制冷工况混风系统COP影响
24 样机设计
结合新风机组实际设计需初步设计图中添加初效中效滤器防虫网低压高压保护开关阀件等设备样机终设计图2 14图2 15图2 16示分应新风机新风制冷湿新风制热循环模式运行情况
图2 14 样机系统流程图（新风制冷湿模式）
图2 15 样机系统流程图（新风制热模式）
图2 16 样机系统流程图（循环模式）
中新风制热模式运行时混风风门关闭循环模式运行时排风风门新风风门关闭
第3章 样机测试系统性分析
根第2章中设计结果某企业制作台样机利标准焓差法实验室样机进行实验测试测试时严格参GBT251282010直接蒸发式全新风空气处理机组相关求进行实验分测试制冷工况制热工况湿（循环）工况利实验测试结果评估机器性测试数GREATLAB仿真数进行评估GREATLAB软件中搭建排风热泵热回收新风机组仿真精度
时根第2章中设计结果章利GREATLAB软件系统制冷制热循环三种模式变工况运行结果进行仿真分析
31 样机展示
委托某企业制作样机展示中图3 1样机俯视图图3 2样机侧视图
图3 3换热器
图3 1 样机俯视图
图3 2 样机侧视图
图3 3 换热器
32 实验测试
321 实验室基情况
次实验委托某企业焓差法实验室
实验室中配备工环境模拟系统空气循环系统温度测量系统压力测量系统数实时采集系统实验仪器精度测试范围满足相关国家规范实验室国家相关质量检验中心审核评定通
工环境模拟系统数采集系统简介绍
（1） 工环境模拟系统
测试实验室包括室外环境模拟室室模拟实验室模拟实验需室外环境模拟新风状态参数（包括室外空气干湿球温度）室回风状态参数（包括室空气干球温度湿球温度）实验体机进行测试样机放置室外环境模拟室分通风道室室外侧相连空气取样系统取样耙测定干球湿球温度温度传感器组成测定实验机组进风状态发现测量进风状态满足设定求时调整环境模拟室布置制冷系统压缩机频率电加热器加湿器功率等保证空气状态参数达实验设定控制值
（2） 数采集系统
控制柜输入控制环境模拟间仪表数值测温热电偶压力探头等传感测试元件测量数均计算机进行通信通该计算机运行专业测试软件界面中获取实验数机组程中该界面中修改实验控制条件风机风量室外模拟间空气状态参数控制柜修改控制柜图3 4示数采集界面图3 5示
图3 4 控制柜
图3 5 数采集界面
322 实验基情况
样机实验测试点图3 6布置示中P指压力测试点T指温度测试测点
图3 6 实验测点布置图
具体测点说明标定范围精度见表3 1示
表3 1 测点说明表
测点
标号
说明
标定范围
精度
压缩机吸气口
P1
压缩机吸气压力
0~4500kPa
025
T1
压缩机吸气温度
0~70℃
±01℃
压缩机排气口
P2
压缩机排气压力
0~4500kPa
025
T2
压缩机排气温度
0~100℃
±01℃
冷盘出口
P3
冷盘出口压力
0~4500kPa
025
T3
冷盘出口温度
0~70℃
±01℃
室外新风
T4
新风干球温度
20~70℃
±01℃
T5
新风湿球温度
20~70℃
±01℃
室送风
T6
送风干球温度
0~70℃
±01℃
T7
送风湿球温度
0~70℃
±01℃
室回风
T8
回风干球温度
0~70℃
±01℃
T9
回风湿球温度
0~70℃
±01℃
室外排风
T10
排风干球温度
0~70℃
±01℃
样机实验程中注意事项：
（1） 新风机安放位置
新风机具湿功进排风两侧出水测试时需放置离30cm支架
（2） 样机密封性处理
新风样机第次制作样机密封性改善新风机运行时系统严密性参数影响测试前测试团队先系统检查新风机外侧中间风道隔层严密方进行手工密封连接室外风道风连接进行密封连接处理
（3） 电气连接开启
连接电源线通信线开启新风机第次性测试采手动测试模式调节风机转速风门控制膨胀阀开度
（4） 风量测定两风道相互干扰素
实验室风道先开进风风道测定300m3h风量排风风机开记进风风机转速排风风机转速开记进风风机转速确认两风道影响素
323 实验测试结果
（1） 新风制冷工况
制冷工况开启新风风门开启混风风门开启手动调整膨胀阀压缩机频率逐步升50Hz实验1组隔2分钟记录次数记录7次取均值
测试结果显示制冷工况该新风机制冷量333kW功耗911W系统COP365
具体数表3 2示
表3 2 样机实验数（新风制冷工况）
参数
单位
测试1（均值）
室外干球温度
°C
299
室外湿球温度
°C
268
室干球温度
°C
270
室湿球温度
°C
190
压缩机转速
rps
50
送风机转速
rpm
1660
排风机转速
rpm
1900
送风干球温度
°C
198
送风湿球温度
°C
178
送风风量
m3h
298
整机功耗
W
911
制冷量
kW
333
COP
365
（2） 新风制热工况
制热工况开启混风风门关闭实验3组（压缩机频率分30Hz40Hz50Hz余参数变）组实验均隔2分钟记录次数记录7次取均值
测试数显示制热工况该新风机制热量284kW功耗449W系统COP632
具体数表3 3示
表3 3 样机实验数（新风制热工况）
参数
单位
测试1（均值）
测试2（均值）
测试3（均值）
室外干球温度
°C
64
76
74
室外湿球温度
°C
41
45
43
室干球温度
°C
200
200
200
室湿球温度
°C
150
150
150
压缩机转速
rps
30
40
50
送风干球温度
°C
307
367
410
送风风量
m3h
317
320
324
整机功耗
W
449
660
884
（3） 回风湿（循环）工况
湿工况开启排风风门新风风门均关闭实验2组（压缩机频率分30Hz50Hz余参数变）组实验均隔2分钟记录次数记录7次取均值
循环工况应渡季节进行回风湿考虑湿性
具体数表3 4示
表3 4 样机实验数（循环工况）
参数
单位
测试1（均值）
测试2（均值）
室外干球温度
°C
室外湿球温度
°C
室干球温度
°C
20
200
室湿球温度
°C
177
177
压缩机转速
rps
30
50
送风机转速
rpm
1560
1680
排风机转速
rpm
送风干球温度
°C
316
380
送风湿球温度
°C
190
200
送风风量
m3h
318
326
整机功耗
W
417
786
324 性精度分析
测试结果进行整理总结新风机制冷制热湿（循环）工况性测试结果表3 5示
表3 5 新风机制冷制热湿工况测试结果
制冷工况
制热工况
湿工况（循环）
室外30°CRH80
室外7°C6°C
室20°CRH80
室27°C19°C
室20°C15°C
压缩机频率Hz
50
30
30
制冷（热）量kW
332
284
功耗W
911
449
417
COP
365
632
送风干球温度°C
198
307
湿球温度°C
178
159
水量 kgda
782
282
SMER kg(kW×h)
358
281
实际结果模拟仿真结果进行结果表3 6示
图表项参数误差基集中5高超7出GREATLAB具良仿真精度
表3 6 测试结果仿真结果
制冷工况
制热工况
湿工况（循环）
仿真值
实验值
误差
仿真值
实验值
误差
仿真值
实验值
误差
制冷量kW
329
333
01
300
284
56
功耗W
965
911
59
461
449
27
397
417
48
COP
341
365
66
65
632
28
水量 kgda
827
782
58
276
282
21
SMER kg(kW×h)
353
358
14
280
281
04
设计机组时采仿真手段提前模拟机组性进行优化缩短产品研发设计时间节省成
33 系统性分析
节针设计排风热泵热回收型新风机利GREATLAB仿真手段进行变参数性分析探究系统三种运行模式运行极端工况变工况系统性变化
331 制冷模式变工况分析
室保持27°C19°C室外温度发生变化时固定送风含湿量变调整压缩机频率（控制压缩机频率超110Hz）达更高系统效分析系统运行情况
发现室外温度超38°C压缩机频率达限室外温度继续增加高频率运行时湿量（潜热换热量）稍满足求
余情况系统效COP系统单位耗湿量SMER变化图3 7示
图出着室外温度增加系统效COP系统单位耗湿量SMER均降满足室新风制冷湿需
图3 7 变工况运行分析（夏季）
332 制热模式变工况分析
室20°C15°C室外温度发生变化调整压缩机频率达更高系统效时保证出风温度低30°C蒸发器侧结霜分析系统运行情况
发现室外温度低5°C保证出风温度等30°C蒸发器侧开始出现结霜现象室外温度进步降时蒸发器侧结霜现象严重必须采取相应化霜措施
余情况COP图3 8示
图3 8 变工况运行分析（冬季）
右图出着室外温度降低系统效COP降低总体COP处相较高值室外温度进步降低（低5°C）需考虑霜时系统效COP面幅度衰减
333 循环模式变工况分析
图3 9 压缩机频率湿量影响
渡季节采循环模式考虑室湿情况图3 9出压缩机频
率变化时新风机湿量变化出着压缩机频率增加湿量呈现升趋势着频率升高湿量升趋缓
系统单位耗湿量SMER压缩机频率变化图3 10示出着压缩机频率增加SMER减着压缩机频率增加压缩机功耗增加系统功耗增加种功耗增加超湿量增加SMER直减
图3 10 压缩机频率SMER影响
第4章 应：基温湿度独立控制新风空调体机
文设计新型排风热泵热回收型新风机应温湿度独立控制空调系统设计种新型新风空调体机
首先章利仿真手段模拟普通住户选传统7°C变频水机新风机直接组合方案探究方案性表现然设计种改进15°C变频水机新风机组合体机方案传统方案进行研究发现新设计新风空调体机方案适应种工况需性提升
41 温湿度独立控制空调系统简介
传统空调系统利种介质（例空气水制冷剂等等）运送冷量者热量传递室利流辐射等传热方式通冷媒热媒室末端进行热质交换目前常规空调存着问题[20 21]：
（1） 热湿统处理损失
现空调系统般采温度湿度耦合调节控制方法夏季混合新风回风冷凝湿手段处理混合空气时进行降温湿处理空气送入室时建筑显热负荷潜热负荷满足湿需冷源温度（例冷冻水供水温度）会受室空气露点温度限制温度通常5~7℃般机械制冷方法制取排余热程说需温度15~18℃冷源满足需求见热湿统处理会带量利品位浪费
（2） 冷热抵消湿加湿抵消造成损失
冷凝湿处理空气含湿量然满足求温度低情况需热满足送风温湿度求种冷热抵消节产生源消耗某常年湿度较低区域湿加湿抵消造成损失低估种热者湿造成源浪费希避免
（3） 难适应显热变化
常规空调利冷凝湿方式温度湿度控制高度耦合必须时进行降温湿通常情况满足中参数难时室温度湿度效调节实际运行民建筑空调系统中少系统进行热般空调系统湿空气直接送入室采送风温差通调节送风量送风参数进行室环境调节种方式温度调节室湿度调节控制差难适应室显热变化
根避免降温热湿加湿抵消造成量损失时适应建筑室显热断变化需求够时满足室热湿参数调节温湿度独立控制空调系统应运生
温湿度独立控制空调系统核心思想[22]：采温湿度两套独立空调子系统分应室温度湿度控制条件中温度控制系统包括夏季高温冷源冬季供热热源考虑辐射干式末端设备湿度控制系统包括空气处理机组送风口末端装置工作原理图4 1示
图4 1 温湿度独立控制空调系统原理图
种系统中温度湿度独立控制彼间没相互牵扯避免常规空调系统中热湿联合处理带损失提高机组效济性时满足房间断变化显热提高体室环境中舒适性避免室湿度高（低）情况
42 普通水机+新风机独立组合设计方案评估
节评估普通7°C水机新风机直接独立组合方案评估改方案性节海区某156高端公寓例根海典型气象年数挑选典型工况建立负荷模型时利GREATLAB仿真台搭建方案仿真模型计算典型工况效
421 方案简介
方案模拟普通住宅户时购买户式家中央空调（变频水机）新风湿机时情形该方案中冷水机组供回水温设定7 °C12 °C配合新风湿机承担潜热机组间控制逻辑：冷水机够完全室湿负荷时仅开新风机风机压缩机关闭冷水机完全室湿负荷时开新风机压缩机利新风湿机湿冬季仅开水机新风机通风运行考虑风机功率
422 变频水机仿真模型
参某厂商提供变频水机GREATLAB仿真台搭建该水机仿真模型制冷工况图4 2示制热工况图4 3示
图4 2 GREATLAB水机仿真模型（制冷）
图4 3 GREATLAB水机仿真模型（制热）
该水机基信息表4 1示
表4 1 水机基信息
部件名称
类型
型号尺寸
压缩机
谷轮
ZPV038LE3X9571
室外换热器
翅片换热器
952mm圆(强化)
室换热器
板式换热器
F85Hx401PSCM
室外侧风机
直流
Z556167
气液分离器
外径120mm 高180mm
储液器
外径90mm 高200mm
制冷剂
R410A
423 负荷模型
4231 房间模型
图4 4 公寓面图（标准层）
设计层独栋建筑（四面均外墙外窗）公寓套房间面积156m2（中制冷面积146 m2）层高3m标准层房间面图图4 4示
该建筑针海周边区中房屋建筑热工参数满足夏热冬冷区居住建筑节规范[23]规定具体参数见表4 2示
表4 2 建筑热工系数
体形系数
04
窗墙
东
035
南
045
西
035
北
04
围护结构
部位
材料
传热系数(Wm2·K)
外墙
钢筋砼膨胀聚苯板
077
外窗
6mm双层隔热玻璃
246
4232 室设计参数
室参数取民建筑供暖通风空调设计规范[24]具体取值示
干球温度 (°C)
湿球温度 (°C)
相湿度
夏季
27
19
47
冬季
20
15
60
结合实际情况室假设：
（1） 房间数4计算员活动状态轻度劳动
（2） 室灯光10 Wm2计算
（3） 室设备15 Wm2计算
（4） 室体外湿源
4233 室外典型工况点选取
气象参数选取海市作算例利DeST（Designer’s Simulation Tools）导出海市全年气象参数图4 5示海市典型气象年逐时气象数分布根气象数分布选取典型工况点典型工况点覆盖常见温湿度范围边界中心极端工况中ADEFG夏季常见温湿度范围边界点中心点BC夏季极端工况点（40℃）HIJK冬季典型工况点具体数值见表4 3
图4 5 典型工况点分布
表4 3 典型工况点数
季节
编号
工况名称
干球温度
°C
湿球温度
°C
含湿量
g×kg1
相湿度
夏季
A
标准制冷
35
28
212
59
B
高温制冷
43
30
218
39
C
高温高湿制冷
40
33
296
62
D
低温低湿制冷
29
19
97
39
E
低温中湿制冷
29
25
185
72
F
低温高湿制冷
29
28
244
95
G
渡季高湿制冷
22
21
159
95
冬季
H
标准制热
7
6
I
低温制热
2
1
J
超低温制热
4
5
K
高温制热
12
11
4234 负荷计算结果
空调系统负荷应时考虑空调区负荷新风负荷取两者
机组设计时空调系统负荷计算准计算典型工况负荷（包括空调区负荷新风负荷）表4 4表4 5示
表4 4 典型工况点负荷（夏季）
编号
工况名称
室外温度
°C
全热冷负荷
kW
显热冷负荷
kW
潜热冷负荷
kW
A
标准制冷
3528
148
125
227
B
高温制冷
4330
230
201
286
C
高温高湿制冷
4033
219
173
457
D
低温制冷
2919
759
705
054
E
低温中湿制冷
2925
923
701
221
F
低温高湿制冷
2928
105
701
353
G
渡季高湿制冷
2221
206
041
165
表4 5 典型工况点负荷（冬季）
编号
工况名称
室外温度
°C
总热负荷
kW
H
标准制热
76
403
I
低温制热
21
567
J
超低温制热
45
760
K
高温制热
1211
234
注：冬季热负荷中考虑新风需加热量新风加湿需汽化潜热
424 仿真结果
典型工况制冷结果表4 6示中高温制冷高温高湿制冷渡季节高湿制冷时水机满足制冷湿需开启新风机
表4 6 普通水机+新风机独立组合典型工况仿真结果（夏季）
工况名称
室外温度（℃）
水机频率（Hz）
否开新风机
新风机频率（Hz）
冷负荷满足率
总COP
标准制冷
3528
84
开
100
269
高温制冷
4330
100
开
110
63
180
高温高湿制冷
4033
100
开
110
70
206
低温制冷
2919
35
开
100
393
低温中湿制冷
2925
43
开
100
393
低温高湿制冷
2928
43
开
17
100
414
渡季节高湿制冷
2221
30
开
100
476
注：功耗COP计算包含风机水泵功耗
出极端工况（高温制冷高温高湿制冷工况）时满频开启水机新风机满足时冷负荷实际运行时室气温高设计温度渡季节高湿制冷工况负荷较低水机仅低频开停运行开机率30满足湿需需新风机低频开停运行开机率72
典型工况湿情况图4 6示
图4 6 普通水机+新风机独立组合典型工况仿真结果（夏季湿情况）
温度湿度耦合控制夏季典型工况中出现明显湿现象实际运行时室会出现明显干燥造成体舒适感中高温制冷高温高湿制冷情况水机满足室显热负荷需开启新风机造成室进步湿低温高湿制冷工况水机满足室湿负荷开新风机进行湿新风机开停运行正满足室湿负荷需
典型制热工况运行结果表4 7示中低温制热超低温制热工况考虑室外机结霜影响表中水机制热量仿真模型计算结果80 计算COP做修正
表4 7 普通水机+新风机独立组合典型工况仿真结果（冬季）
工况名称
室外
温度
°C
水机
制热量
kW
水机
功耗
kW
水机
频率
Hz
开机率
COP
标准制热
76
681
241
30
59
282
低温制热
21
567
248
36
100
206
超低温制热
45
760
362
61
100
187
高温制热
1211
773
241
30
30
321
注：功耗COP计算包含风机水泵功耗
水机压缩机低频30Hz标准制热高温制热工况低频运行时制热量然剩时低频开停运行进行性计算出开机率
冬季开启新风机压缩机仅考虑新风机开启风机通风运行
43 高温水机+新风机体机方案评估
431 方案简介
针节普通水机+新风机独立组合出现问题节设计种基温湿度独立控制系统新风空调体机GREATLAB中建模模型图4 7示
图4 7 GREATLAB建模仿真新风空调体机（截图）
中变频冷水机组供回水温设定15 °C18 °C水冷机组仅仅承担室显热负荷承担潜热负荷潜热负荷变频新风机负责承担温度湿度分开控制该方案理满足室变化显热提高户居住舒适性会出现节中明显湿现象提高水机供水温度水机制冷循环蒸发温度相应提升单位制冷量提升解决节里出现极端工况制冷量足情形时蒸发温度提升带机组效提升外进步提高效方案新风机进行更改新风入口处设计水预冷盘利水机制冷水新风进行预冷冬季仅开水机新风机通风运行考虑风机功率
432 仿真结果
典型工况制冷结果表4 8示出低温高湿工况外工况均明显性提升特标况COP提升高达46
低温制冷低温中湿制冷低温高湿制冷渡季节高湿制冷工况冷负荷较低水机开停运行表中出水机开机率
表4 8 高温水机+新风机体机
工况名称
室外温度（℃）
水机频率
水机开机率
新风机频率
COP
提升例
标准制冷
3528
46
100
41
394
46
高温制冷
4330
90
100
80
248
38
高温高湿制冷
4033
74
100
105
258
25
低温制冷
2919
30
73
30
467
19
低温中湿制冷
2925
30
77
49
439
12
低温高湿制冷
2928
30
83
62
395
5
渡季节高湿制冷
2221
30
4
17
553
16
冬季开新风湿机压缩机仅考虑新风机风机功耗两方案冬季运行时差异方案冬季运行仿真结果表4 7示
第5章 结展
51 结
文设计种新型排风热泵热回收新风机利GREATLAB仿真台机组进行模拟优化制作样机进行实验实验证明机组整体效较高GREATLAB仿真台具较高精度针温湿度独立控制系统空调市场文仿真建模基础设计种新型新风空调体机
通次研究出结：
（1） 文设计新型排风热泵热回收新风机具较高效创新点时利回风冷混风冷凝技术仅降低冷凝温度回收部分室空气冷量提高机组整体效机组具较高节性济性
（2） 样机实验验证利GREATLAB机组进行模拟仿真具较高精度机组设计起指导作通仿真模拟结合实验研究缩短产品设计研发时间成
（3） 温湿度独立控制空调系统够解决目前传统空调系统出现适应房间变化显热冷热抵消等等问题家户式空调系统考虑利水机承担室潜热负荷利新风机承担室潜热负荷实现温度湿度独立控制方案文设计新风空调体机适家市场户式温湿度独立控制系统
52 展
时间限制文仅仅新风机适温湿度独立空调系统做出基础研究然存问题进步探索：
（1） 文仅海区例挑选冬夏渡季典型工况全年运行状态进行模拟评估全年运行效评估较复杂否更手段进行计算进步探究
（2） 文仅设计种新风空调体机应该机组较适应全年运行情况拥较高效机组整体进步优化改进评估方面指标性
参考文献
[1] GB 96631996~GB 96731996 公场卫生标准[S]
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致谢
文石家庄铁道学韩鹏副教授济学张春路教授指导完成外出进行毕业文
衷心感谢科期间教授位老师陪伴成长位学感谢韩鹏老师高玲老师张桂荣老师等教导坚实专业基础感谢王利军老师李亚宁老师常冰老师等专业课教授进步解学专业相关知识特感谢王利军老师制冷原理教授萌发制冷专业兴趣选择制冷低温工程作研究生阶段研究方
济学完成文期间衷心感谢张春路老师指导张老师制冷方面理实际知识十分丰富制冷仿真方面进步认识学术力极增长时感谢课题组位师兄师姐予关心帮助利济学完成毕业文
感谢担文评阅位老师严谨耐心审阅表示谢意
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种新型排风热泵热回收型新风机特性研究
摘
着生活水提高室空气品质求越越高新风加处理便直接送入室势必会增加空调系统耗降低空调系统耗时节约源文设计排风热回收技术应空调新风系统中回收排风中量
首先文设计种新型热泵热回收型新风机组该机组结合回风冷混风冷凝技术提升新风机组效时利GREATLAB仿真模拟台该新风机组进行仿真模拟进行部件系统参数优化性较模型机组
然委托某企业制作样机该企业焓差实验室测试样机性进步验证仿真准确性机组效实验表明GREATLAB仿真台精度高机组制冷标准条件系统效达365
文探讨新风机组应温湿度独立控制空调系统利水机新风机组合实现温湿度独立控制设计种新型新风空调体机中水机控制室显热负荷新风机控制室潜热负荷
关键词：新风机组热泵热回收仿真模拟温湿度独立控制
Abstract
With the advancement of science and technology people＇s requirements for indoor air quality are getting higher and higher If the fresh air is sent directly to the room without treatment it will inevitably increase the energy consumption of the air conditioning system
To reduce the energy consumption of air conditioning system and save energy this paper presents that the exhaust heat recovery technology can be applied to the DOAS (Dedicated Outdoor Air System) to recover the energy in the exhaust air
Firstly this paper presents a novel design of exhaust air heat hump which combines the return air subcooling and the mixed air condensation technology to improve the COP of the exhaust air heat hump At the same time the simulation model of the outdoor air handling unit using exhaust heat hump was established by using GREATLAB simulation software As the parameters of the components are optimized it can provide space cooling with fresh air exchange and reduce power consumption
Then a prototype was built in a factory and tested in a company The experimental results show the accuracy of the simulation model and evaluate the performance of the exhaust air heat pump which can get a higher COP (365 in standard refrigeration condition)
Finally this paper considers how to apply the exhaust air heat hump to the THIC (Temperature and Humidity Independent Control) system and presents a new design of air conditioning with outdoor air system in which the chiller regulates indoor temperature and the exhaust air heat hump regulates humidity separately
Key words DOAS exhaust air heat pump modelbased design THIC
目录
第1章 绪 6
11 课题背景 6
12 国外研究现状 7
13 文研究容 9
第2章 新风机设计方案 10
212 技术方案 10
213 技术先进性 13
22 部件系统仿真建模 15
221 压缩机模型 16
222 换热器模型 16
223 节流元件模型 16
224 新风机整机模型 17
23 部件系统参数优化 19
231 盘例（排数）分配 19
232 送风盘例：分路数优化 21
233 送风盘例：流优化 22
234 盘优化结果 23
235 混风 24
24 样机设计 25
第3章 样机测试系统性分析 27
31 样机展示 27
32 实验测试 28
321 实验室基情况 28
322 实验基情况 30
323 实验测试结果 32
324 性精度分析 34
33 系统性分析 35
331 制冷模式变工况分析 35
332 制热模式变工况分析 35
333 循环模式变工况分析 36
第4章 应：基温湿度独立控制新风空调体机 38
41 温湿度独立控制空调系统简介 38
42 普通水机+新风机独立组合设计方案评估 39
421 方案简介 39
422 变频水机仿真模型 40
423 负荷模型 41
424 仿真结果 44
43 高温水机+新风机体机方案评估 46
431 方案简介 46
432 仿真结果 47
第5章 结展 48
51 结 48
52 展 48
参考文献 49
致谢 51
第1章 绪
11 课题背景
创造高质量室空气环境提高劳动生产率保护体身体健康创造舒适工作生活环境非常重意义着
社会物质文化生活水提高保护意识加强越越空气品质（IAQ）提出更高求国出台系列卫生标准[1]室项污染物浓度指标做出明确规定室外新鲜空气（新风）送入室普遍认述污染物效途径[2 3]
现代许建筑尤住宅建筑开始引入新风空调系统改进室空气品质新风引入会导致建筑负荷升提高室空气品质时降低空调系统耗成研究热点目前急需解决问题统计[4]新风带热湿负荷已占空调总负荷30供暖季节更高达60少增加增加空调负荷新风需定处理送入空调区域
2015年新颁布公建筑节设计标准中指出新风冷（热）负荷建筑物总体冷（热）负荷中占例宜排风热回收装置样回收空调排风中部分冷量者热量新风预冷者预热降低处理新风冷（热）负荷举产生显著节效益[5]
目前市场家新风机组提供害物质滤功部分产品带热回收（显热全热）功少数产品带独立湿功热泵式新风机组时满足新风滤新风制冷（热）新风湿求热泵系统时存制冷（热）排冷（热）处理程果进行热回收建筑排出冷（热）量转移需热（冷）量方够减少源浪费
文设计新型排风热泵热回收型新风机组热泵式排风全热回收技术综合热泵热排风热回收装置优点热泵式排风全热回收技术种新型源热回收技术该技术限电通制冷剂热力循环回收排风冷量热量[6]热泵机组需设备配备初投资略高热泵机组回收量量回收热效率高需担心交叉污染尤冬季低温工况性优势更突出住宅建筑新风空调系统中热泵式排风热回收全新风机组正越越广泛应
温湿度独立控制空调系统年种新兴空调系统理念传统空调温湿度耦合控制方法系统温湿度独立调节避免传统空调系统中温湿度联合处理带损失满足断变化房间温湿度求避免室湿度高(低)情况商业工业已越越空调系统采温湿度独立控制空调系统家市场目前没出现规模应
12 国外研究现状
利室排风中余冷余热处理新风效减少处理新风需力时降低机组负荷提高机组济性目前常见空气热回收装置性适象表1 1示：
表1 1 常见空气热回收装置分类
述种热回收系统特色优劣相液体循环式板式热等显热热回收装置说全热热回收装置初投资设备费较高占面积较全热热收回装置回收效率显热热回收装置效率高初投资增加费运行费中回报外果采全热回收装置会存交叉污染问题空气质量求较高场合（例医院等）适[7]
鉴排风热回收空调节建筑节重性国外众学者进行研究
文献[8] 介绍余热回收系统背景优点系统结构理分析全新风空调系统中余热回收措施节性时列举三城市分进行节分析指出余热回收国具节潜力全热回收适合南方潮湿城市显热回收适合北方干燥区
文献[9]夏热冬暖区例分析公建筑空调负荷构成研究新风负荷公建筑影响研究排风热回收装置建筑节情况研究发现夏热冬暖区公建筑空调系统说全热回收装置获更节效益
文献[10]利全年逐时动态模拟计算方法两城市例计算热回收装置节量全年风机耗全年动态节率进行较建议根投资回收期考虑否热回收装置种热回收装置
文献[11]通实验分析13种实际运行排风热回收装置节情况发现
3案例中排风热回收装置实际量回收率达理值80差3案例排风热回收装置消耗量回收量
文献[12]发现果新风机组采热回收技术回收排风中冷（热）量减少室处理设备压力时热回收系统安装运行成进行评估利净现值法（NPV）计算出热回收装置投资回收期12年
文献[13]介绍带余热回收装置空调系统生命周期成介绍回收期计算通实际案例分析指出余热回收装置具较节性节约空调系统身生命周期成回收期较短具价值推广前景
文献[14]介绍热泵热回收型新风机工业中应节性济性进行分析发现节效果济性高值推广应
文献[15]设计种紧凑化热泵热回收式新风机种设计换热器轴流风机叶轮集成起改进原热泵热回收式新风机传统新风换气机相该设计具优点焓差利率高机组效高适应更工况该研究指出该设计通添加简单运行控制策略换热器表面做出合适处理达排风全热回收运行目
文献[16] 利热回收装置空调系统进行改造试图回收排风中量改造中较新风换气机转轮全热交换器风冷热泵等节性济性总体分析风冷热泵排风热回收技术空调系统运行费较低总体济性略两种方案
文献[17]出种两级排风热回收新风机组该机组组合全热回收装置热泵热回收装置作热回收两级装置应空气水空调系统实现温湿度独立控制研究选取某区典型气象年进行负荷计算模拟结果表明该系统实现温湿度独立控制目标均供冷效系数458传统空调系统相节率高达428
文献出排风热回收技术空调系统节具重意义热泵式排风热回收技术理实际中取错节效果济性种出色热回收方式温湿度独立控制空调系统原理说避免传统空调中源浪费现象两种技术结合起建筑节产生更效果
13 文研究容
设计种新型300风量新型排风热泵热回收型新风机适面积150m2左右住宅建筑文利仿真方法建立系统仿真模型利仿真方法新型风机进行优化外制作样机进行实验验证机组性仿真模型准确性进行评估
文尝试该新风机应温湿度独立控制空调系统中分析普通水机新风机独立组合方案针缺点进行改进设计种新高温水机新风机体机方案具体研究容：
（1） 新型热泵式排风热回收全新风机组设计
文针种新型带混风冷凝回风冷新风机济学张春路教授带领团队开发GREATLAB系列仿真软件建立换热器压缩机风机节流元件等部件模型搭建出机组系统仿真模型
时该新风机进行优化部件层面换热器排数分路数排布方式进行优化设计系统层面混风进行优化设计新风机组制冷模式更高效时兼顾制热循环模式切换全工况运行
基础完成样机设计
（2） 样机测试实验系统性分析
委托某企业制作台样机该企业焓差法实验室进行样机性测试评估机器性时测试数仿真数进行较评估仿真精度试验基础系统制冷制热循环模式性进行分析讨
（3） 新风机应：基温湿度独立控制空调系统新风空调体机
文已完成新风机应温湿度独立控制空调系统模拟普通住户选择7°C水机新风机独立组合方案针直接组合产生问题文改进出种新15°C水机新风机组合体机方案
第2章 新风机设计方案
章设计种新型排风热泵热回收新风机设计方案亮点回风冷混风冷凝技术组合章分析市面新风机常见做法证设计方案技术先进性利GRAETLAB制冷空调系统稳态准稳态通仿真台该新型新风机进行部件模拟系统仿真该新风机部件系统层次进行优化部件层面章回风盘送风盘排风盘进行优化盘额定工况排数排布方式分数路方面进行探究时考虑模式切换情况确定相较优盘设计方案系统层面章混风进行优化探究额定工况佳混风优化基础章节出新风机样机终设计包括部件选型
21 新风机技术方案
211 设计容
设计涉台300风量新风湿机设计工况：
额定制冷工况：新风工况：35°CRH80 回风工况：27°C19°C
额定制热工况：新风工况：7°C6°C 回风工况：20°C15°C
湿工况：室20°CRH80
212 技术方案
图2 1 新风机流程图
新风机系统原理图图2 1示带循环模式整体式热泵热回收型新风机
设计中热泵热回收型新风机组具三种基运行模式：新风制冷湿模式回风湿（循环）模式新风制热模式适应室外气候条件需求夏季开启新风制冷湿模式新风进行降温湿送入室冬季开启新风制热模式新风进行加热（含加湿）送入室梅雨季节湿度较情况开启回风湿（循环）模式室空气进行湿循环净化三种模式分述：
新风制冷湿模式图2 2示混风风口排风风口新风风口均开排风风机送风风机开中：
（1） 制冷剂回路：制冷剂压缩机压缩成高温高压气体排气盘冷盘冷凝成制冷剂液体然通膨胀阀进行节流送风盘蒸发送压缩机
（2） 风侧流路：混风风门开室外新风新风口进入混风风门处分两路路送风盘降温湿送入室路冷盘回收冷量室回风混合排风盘排风风机送室外
图2 2 新风制冷湿模式3D示意图
新风制热模式图2 3示混风风口关闭排风风口新风风口开排风风机送风风机开中：
（1） 制冷剂回路：制冷剂压缩机压缩高温高压气体然送风盘冷凝制冷剂液体膨胀阀节流冷盘排风盘蒸发送入压缩机
（2） 风侧流路：混风风门关闭室外新风新风口进入送风盘加热送入室室回风回风口冷盘排风盘回收热量排风风机送室外
图2 3 新风制热模式3D示意图
湿循环模式图2 4示混风风口开排风风口新风风口关闭排风风机关停送风风机开中：
（1） 制冷剂回路：制冷剂通压缩机压缩高温高压气体通送风盘冷凝膨胀阀冷盘排风盘蒸发送入压缩机
（2） 风侧流路：混风风门开室回风通冷盘降温湿混风口送风盘送入室
图2 4 回风湿（循环）模式3D示意图
213 技术先进性
整体式热泵热回收体机目前国外家新风机市场中高端机型运行效较高
目前市场应整体式热泵热回收体机基原理图图2 5示制冷工况送风盘作蒸发器吸收新风中热量低温空气送入室排风盘作冷凝器回收室回风冷量制热工况送风盘作冷凝器加热低温新风高温空气送入室排风盘作蒸发器回收室回风热量湿量
图2 5 整体式热泵热回收体机基原理图
种整体式热泵热回收体机存缺陷夏季冷凝散热量全部室排风承担室需保持正压排风风量会送风风量造成冷凝器风量偏冷凝温度较高受冷凝温度（压缩机高压）限限制送风温度偏高（例室外干球温度35°C 湿球温度28°C新风说通常送风温度达22°C附时冷凝温度已达60°C左右）系统效率较低
改善冷凝风量导致问题研究发现通引入室外新风增冷凝风量提高机组夏季效带混风冷凝整体式热泵热回收体机基原理图2 6示图制冷工况送风侧送风盘作蒸发器吸收新风中热量低温空气送入室排风侧新风风道开启吸入新风室回风混合作冷凝器排风盘带走冷凝换热量制热工况新风通道关闭工作原理普通热泵热回收体机相
种机组直接新风室排风混合通冷凝器然通增风量方式降低冷凝温度高温新风低温室回风混合造成定混合损失
图2 6 带混风冷凝整体式热泵热回收体机基原理图
文设计新型排风热泵热回收新风机采混风冷凝加回风冷新技术前两种整体式热泵热回收体机相原理具先进性：
（1） 通增设冷盘利回风冷增加系统冷度提高单位制冷量提高系统效时保持（冷排加热）回风新风混风降低冷凝温度提高效优点
（2） 紧凑高效低成实现回风湿（室空气循环）功目前市场具回风湿（室空气循环）功产品通附加风箱进行空气流路切换实现造成整机尺寸明显加成升空气侧风道间漏风会较严重导致性降
（3） 湿力幅提升新风处理送风温度显著降
更具体说明三种新风机文横较标准制冷工况（室外35℃28℃室27℃19℃）时三种热泵热回收体机性相送风温度三种新风机组性
中表中 Ⅰ 型指普通整体式热泵热回收体机Ⅱ 型指带混风冷凝整体式热泵热回收体机Ⅲ 型带混风冷凝加回风冷整体式热泵热回收体机
表2 1 制冷模式三种新风机性
性参数
Ⅰ 型
Ⅱ 型
Ⅲ 型
制冷剂循环
冷凝温度°C
596
494
496
蒸发温度°C
180
180
180
送风干球温度°C
220
220
220
送风湿球温度°C
217
217
217
系统性
新风热量kW
163
163
163
压缩机耗功W
577
378
360
压缩机转速Hz
50
35
34
风机耗功W
28
94
82
系统COP
269
345
368
表中出相送风温度情况普通整体式热泵热回收体机COP269带混风冷凝整体式热泵热回收体机COP345混风冷凝加回风冷整体式热泵热回收体机COP368普通整体式热泵热回收体机COP高27左右混风冷凝整体式热泵热回收体机高7左右
综述现整体式热泵热回收体新风机相产品采技术具显著先进性制冷湿模式时仅效降低冷凝温度降低送风温度提高机组效种循环模式切换满足户时刻需求极提高户居家舒适度
22 部件系统仿真建模
排风热泵热回收型新风机仿真模型基制冷空调系统通仿真台GREATLAB进行设计GREATLAB软件套件济学张春路教授团队历时年开发蒸汽式压缩制冷空调热泵系统等研究象专业仿真台
GREATLAB仿真台简单说明[18]：
制冷空调系统稳态准稳态通仿真台GREATLAB适种闭式者开式系统进行部件设计优化GREATLAB套件拥单独运行仿真模拟软件包括翅片换热器通仿真软件CoilLab制冷压缩机通数建模性分析软件CompLab微通道（行流）换热器通仿真软件MCHXLab风机通数建模性分析软件FanLab降膜式换热器通仿真软件FFHXLab基电子表格控件SpreadsheetGearGREATLAB批量仿真计算参数分析工具GREATTable制冷剂物性计算器RefPropCalc仿真设计中GREATLAB
软件CompLab软件CoilLab软件 GREATTable软件软件具体程结果会相应章节中进行定说明
221 压缩机模型
例涉台变频压缩机压缩机数厂商提供仿真时根厂商提供压缩机性数CompLab软件进行压缩机模型搭建中变频压缩机采ANSIAHRI5402004标准推广10+系数模型具体介绍：
AHRI 10系数模型（ANSIAHRI5402004）美国空调供暖制冷协会AHRI制定压缩机生产厂商广泛采原理式：
(12)
式中Y代表功耗质量流量Te压缩机吸气饱温度Tc压缩机排气饱温度C1～C1010系数CompLab计算
推广10+系数模型原理式：
(13)
式中Y代表功耗质量流量Te压缩机吸气饱温度Tc压缩机排气饱温度fr频率（负荷）频率（负荷）C1～C1515系数CompLab计算
222 换热器模型
例中送风盘回风盘排风盘均采常见翅片换热器利CoilLab翅片换热器通设计工具进行搭建
CoilLab软件采逐建模技术进行灵活排布置进行意合理路连接考虑真实翅片换热器中[19]空气侧翅片(壁)通热流热传导等传热方式会形成复杂温度场时考虑分流合流情况道流路变化带路流动均匀性例中计算CondCoil3D模型三维分布参数模型
223 节流元件模型
节流元件制冷系统中起提供压降控制制冷剂流量作例中常节流元件膨胀阀进行仿真模拟时膨胀阀采ExpDevCd0模型进行计算该模型流量系数常数节流元件模型
ExpDevCd0模型属控制模型控制目标方程代节流元件物理模型时流量系数设置输出参数指定控参数（例压缩机吸气热度）
224 新风机整机模型
利GREATLAB软件搭建排风热泵热回收型新风机新风制冷湿模式新风制热模式回风湿（循环）模式仿真模型223节中叙述部件外添加必连接压降器件等模拟机组真实情况
具体情况图2 7图2 8图2 9示
中图2 7新风制冷湿模式图2 8新风制热模式图2 9回风湿（循环）模式
图2 7 GRAETLAB仿真新风制冷湿模式（截图）
图2 8 GRAETLAB仿真新风制热模式（截图）
图2 9 GRAETLAB仿真回风湿模式（截图）
23 部件系统参数优化
节部件系统层面新风机进行优化
部件层面考虑换热器佳设计方案首先确定回风盘送风盘排风盘例分配然进行盘分路数流优化进行例分配时结合工况新风机运行情况考虑确定盘排数分数路流优化送风盘例展示优化程（余盘理）节末出盘仿真优化结果
系统层面节混风参数做出探究试出额定工况佳混风
231 盘例（排数）分配
户机器尺寸限制盘胀高孔数均已确定表2 2示
表2 2 盘胀高孔数
盘
胀高（mm）
孔数（孔）
排风盘
400
12
冷盘
280
12
送风盘
250
12
结合实际制作工艺求换热器选7mm 螺旋强化圆确定结构参数表2 3示
表2 3 换热器结构参数
胀
外径（mm）
壁厚（mm）
间距（mm）
排间距（mm）
翅片类型
翅片
间距（mm）
翅片
厚度（mm）
73
03
22
1905
双波纹片
14
0115
三盘面积例（排数）应综合考虑模式表现确定
通常情况新风机制冷湿模式应较体优化思路：制冷模式性时保证模式够模式性达求
制冷模式送风盘担蒸发器冷排风盘担冷凝器制热模式冷排风盘担蒸发器送风盘担冷凝器循环模式
冷盘担蒸发器送风盘担冷凝器
配合模式换热器需初步考虑送风盘定流冷盘排风盘定逆流考虑循环模式冷盘担蒸发器保证该模式情况需先确定冷盘排数
确定冷盘排数时需满足条件：
（1） 压缩机频率范围11～110Hz
（2） 冷凝温度超60°C
（3） 户尺寸限制求：超4排
利CoilLab软件建立1～4排（时盘均1路）冷盘模型GRAETLAB中进行计算发现冷盘排数4时满足条件（情形时冷凝温度均超60°C）冷盘确定4排
新风机部分时间运行制冷湿模式先考虑制冷模式校核制热模式制冷模式送风盘作蒸发器冷排风作冷凝器进行计算
确定制冷模式蒸发器冷凝器排数时需满足条件：
（1） 压缩机频率范围11～110Hz
（2） 冷凝温度超60°C
（3） 户尺寸限制求：蒸发器超5排冷凝器（冷盘＋排风盘）超8排
利CoilLab软件建立排数冷凝器蒸发器（时盘均1路）带入GRAETLAB中进行计算计算结果表2 4示满足条件情况中选择效高组合方式蒸发器5排冷凝器8排情况
表2 4 制冷模式盘排数较
蒸发器排数（排）
冷凝器排数 （排）
压缩机频率（Hz）
冷凝温度（°C）
蒸发温度（°C）
COP
5
8
54
5193
1022
307
4
8
>60°C
5
7
60
547
945
276
4
7
>60°C
5
6
64
5835
916
244
4
6
>60°C
5
5
>60°C
终排数：冷盘4排排风盘4排送风盘5排
232 送风盘例：分路数优化
翅片换热器进行串时应该考虑否制冷剂分成股流动寻求换热力压降衡
方面分路数少时制冷剂压降均换热温差制冷剂流速换热系数方面分路数时制冷剂压降均换热温差制冷剂流速换热系数应该两者间寻求佳衡佳分路数
送风盘例5排12孔送风盘说串存四种性1路2路3路6路利CoilLab建立分路数送风盘盘示意图图2 10示
图2 10 送风盘分路数串示意图
建立盘分带入仿真模型里进行计算计算结果表2 5示中组压缩机频率均满足负荷情况选取佳COP时频率
表中数送风盘分两路（单程流路长75m）时候系统效佳送风盘分路数确定两路
表2 5 送风盘分路数系统影响
分路数（路）
单程流路长度（m）
压缩机频率（Hz）
冷凝温度（°C）
蒸发温度（°C）
COP
1
15
54
515
105
312
2
75
50
513
129
337
3
5
53
520
121
321
6
25
53
512
106
314
233 送风盘例：流优化
考虑设计系统热泵系统制冷模式作蒸发器送风盘制热模式会变冷凝器冷凝器说排布方式流换热量会降（存夹点）蒸发器排布方式流者逆流
制冷剂出口热度较时尝试采逆流制冷剂处两相状态时压降存会导致制冷剂饱温度降时采流方式获较均换热温差制冷剂变气态时温度升时流排布换热介质旧达前出口温度需蒸发温度降低样会降低系统效气态段采逆流排布换热温差均匀利整系统效提高
利CoilLab建立流逆流送风盘串图2 11示
图2 11 送风盘流逆流串示意图
盘带入仿真模型中进行计算送风盘采流逆流形式系统影响表2 6示中组压缩机频率均满足负荷情况选取佳COP时频率
表2 6 送风盘采流逆流时系统影响
流
压缩机频率（Hz）
冷凝温度（°C）
蒸发温度（°C）
COP
流
50
513
129
337
逆流
43
494
145
374
表中出送风盘采逆流流时提高制冷模式效COP提高幅度高达11
逆流流盘带入冬季制热循环模式中校核发现冬季制热COP降低01循环模式COP提升01新风机运行夏季制冷模式选择逆流作送风盘流
实际生产中发现换热器逆流流加工工艺较复杂次品率高利生产设计保持维持送风盘流流
234 盘优化结果
冷盘排风盘优化程
盘优化整体结果表2 7示
盘终优化串示意图图2 12示
表2 7 盘优化结果
盘
孔数 （孔）
胀高（mm）
流
分路数
排数 （排）
单程流路长度（m）
送风盘
12
250
流
2
5
75
冷盘
12
280
逆流
2
4
672
排风盘
12
400
逆流
2
4
96
图2 12 送风盘冷盘排风盘串示意图（左右）
235 混风
额定制冷工况设计室回风室外新风混合送入排风盘增冷凝器风量降低冷凝温度提高系统效然着室外新风占增方面风量进步增利冷凝温度降低方面室回风室外新风混合损失增利系统效提高综合两方面应该存佳混风利GREATLAB软件已搭建新风机模型中调节额定制冷工况新风机混风（混入新风风量排风盘总风量）发现混风系统COP影响图2 13示
图中出额定制冷工况系统佳混风06
图2 13 额定制冷工况混风系统COP影响
24 样机设计
结合新风机组实际设计需初步设计图中添加初效中效滤器防虫网低压高压保护开关阀件等设备样机终设计图2 14图2 15图2 16示分应新风机新风制冷湿新风制热循环模式运行情况
图2 14 样机系统流程图（新风制冷湿模式）
图2 15 样机系统流程图（新风制热模式）
图2 16 样机系统流程图（循环模式）
中新风制热模式运行时混风风门关闭循环模式运行时排风风门新风风门关闭
第3章 样机测试系统性分析
根第2章中设计结果某企业制作台样机利标准焓差法实验室样机进行实验测试测试时严格参GBT251282010直接蒸发式全新风空气处理机组相关求进行实验分测试制冷工况制热工况湿（循环）工况利实验测试结果评估机器性测试数GREATLAB仿真数进行评估GREATLAB软件中搭建排风热泵热回收新风机组仿真精度
时根第2章中设计结果章利GREATLAB软件系统制冷制热循环三种模式变工况运行结果进行仿真分析
31 样机展示
委托某企业制作样机展示中图3 1样机俯视图图3 2样机侧视图
图3 3换热器
图3 1 样机俯视图
图3 2 样机侧视图
图3 3 换热器
32 实验测试
321 实验室基情况
次实验委托某企业焓差法实验室
实验室中配备工环境模拟系统空气循环系统温度测量系统压力测量系统数实时采集系统实验仪器精度测试范围满足相关国家规范实验室国家相关质量检验中心审核评定通
工环境模拟系统数采集系统简介绍
（1） 工环境模拟系统
测试实验室包括室外环境模拟室室模拟实验室模拟实验需室外环境模拟新风状态参数（包括室外空气干湿球温度）室回风状态参数（包括室空气干球温度湿球温度）实验体机进行测试样机放置室外环境模拟室分通风道室室外侧相连空气取样系统取样耙测定干球湿球温度温度传感器组成测定实验机组进风状态发现测量进风状态满足设定求时调整环境模拟室布置制冷系统压缩机频率电加热器加湿器功率等保证空气状态参数达实验设定控制值
（2） 数采集系统
控制柜输入控制环境模拟间仪表数值测温热电偶压力探头等传感测试元件测量数均计算机进行通信通该计算机运行专业测试软件界面中获取实验数机组程中该界面中修改实验控制条件风机风量室外模拟间空气状态参数控制柜修改控制柜图3 4示数采集界面图3 5示
图3 4 控制柜
图3 5 数采集界面
322 实验基情况
样机实验测试点图3 6布置示中P指压力测试点T指温度测试测点
图3 6 实验测点布置图
具体测点说明标定范围精度见表3 1示
表3 1 测点说明表
测点
标号
说明
标定范围
精度
压缩机吸气口
P1
压缩机吸气压力
0~4500kPa
025
T1
压缩机吸气温度
0~70℃
±01℃
压缩机排气口
P2
压缩机排气压力
0~4500kPa
025
T2
压缩机排气温度
0~100℃
±01℃
冷盘出口
P3
冷盘出口压力
0~4500kPa
025
T3
冷盘出口温度
0~70℃
±01℃
室外新风
T4
新风干球温度
20~70℃
±01℃
T5
新风湿球温度
20~70℃
±01℃
室送风
T6
送风干球温度
0~70℃
±01℃
T7
送风湿球温度
0~70℃
±01℃
室回风
T8
回风干球温度
0~70℃
±01℃
T9
回风湿球温度
0~70℃
±01℃
室外排风
T10
排风干球温度
0~70℃
±01℃
样机实验程中注意事项：
（1） 新风机安放位置
新风机具湿功进排风两侧出水测试时需放置离30cm支架
（2） 样机密封性处理
新风样机第次制作样机密封性改善新风机运行时系统严密性参数影响测试前测试团队先系统检查新风机外侧中间风道隔层严密方进行手工密封连接室外风道风连接进行密封连接处理
（3） 电气连接开启
连接电源线通信线开启新风机第次性测试采手动测试模式调节风机转速风门控制膨胀阀开度
（4） 风量测定两风道相互干扰素
实验室风道先开进风风道测定300m3h风量排风风机开记进风风机转速排风风机转速开记进风风机转速确认两风道影响素
323 实验测试结果
（1） 新风制冷工况
制冷工况开启新风风门开启混风风门开启手动调整膨胀阀压缩机频率逐步升50Hz实验1组隔2分钟记录次数记录7次取均值
测试结果显示制冷工况该新风机制冷量333kW功耗911W系统COP365
具体数表3 2示
表3 2 样机实验数（新风制冷工况）
参数
单位
测试1（均值）
室外干球温度
°C
299
室外湿球温度
°C
268
室干球温度
°C
270
室湿球温度
°C
190
压缩机转速
rps
50
送风机转速
rpm
1660
排风机转速
rpm
1900
送风干球温度
°C
198
送风湿球温度
°C
178
送风风量
m3h
298
整机功耗
W
911
制冷量
kW
333
COP
365
（2） 新风制热工况
制热工况开启混风风门关闭实验3组（压缩机频率分30Hz40Hz50Hz余参数变）组实验均隔2分钟记录次数记录7次取均值
测试数显示制热工况该新风机制热量284kW功耗449W系统COP632
具体数表3 3示
表3 3 样机实验数（新风制热工况）
参数
单位
测试1（均值）
测试2（均值）
测试3（均值）
室外干球温度
°C
64
76
74
室外湿球温度
°C
41
45
43
室干球温度
°C
200
200
200
室湿球温度
°C
150
150
150
压缩机转速
rps
30
40
50
送风干球温度
°C
307
367
410
送风风量
m3h
317
320
324
整机功耗
W
449
660
884
（3） 回风湿（循环）工况
湿工况开启排风风门新风风门均关闭实验2组（压缩机频率分30Hz50Hz余参数变）组实验均隔2分钟记录次数记录7次取均值
循环工况应渡季节进行回风湿考虑湿性
具体数表3 4示
表3 4 样机实验数（循环工况）
参数
单位
测试1（均值）
测试2（均值）
室外干球温度
°C
室外湿球温度
°C
室干球温度
°C
20
200
室湿球温度
°C
177
177
压缩机转速
rps
30
50
送风机转速
rpm
1560
1680
排风机转速
rpm
送风干球温度
°C
316
380
送风湿球温度
°C
190
200
送风风量
m3h
318
326
整机功耗
W
417
786
324 性精度分析
测试结果进行整理总结新风机制冷制热湿（循环）工况性测试结果表3 5示
表3 5 新风机制冷制热湿工况测试结果
制冷工况
制热工况
湿工况（循环）
室外30°CRH80
室外7°C6°C
室20°CRH80
室27°C19°C
室20°C15°C
压缩机频率Hz
50
30
30
制冷（热）量kW
332
284
功耗W
911
449
417
COP
365
632
送风干球温度°C
198
307
湿球温度°C
178
159
水量 kgda
782
282
SMER kg(kW×h)
358
281
实际结果模拟仿真结果进行结果表3 6示
图表项参数误差基集中5高超7出GREATLAB具良仿真精度
表3 6 测试结果仿真结果
制冷工况
制热工况
湿工况（循环）
仿真值
实验值
误差
仿真值
实验值
误差
仿真值
实验值
误差
制冷量kW
329
333
01
300
284
56
功耗W
965
911
59
461
449
27
397
417
48
COP
341
365
66
65
632
28
水量 kgda
827
782
58
276
282
21
SMER kg(kW×h)
353
358
14
280
281
04
设计机组时采仿真手段提前模拟机组性进行优化缩短产品研发设计时间节省成
33 系统性分析
节针设计排风热泵热回收型新风机利GREATLAB仿真手段进行变参数性分析探究系统三种运行模式运行极端工况变工况系统性变化
331 制冷模式变工况分析
室保持27°C19°C室外温度发生变化时固定送风含湿量变调整压缩机频率（控制压缩机频率超110Hz）达更高系统效分析系统运行情况
发现室外温度超38°C压缩机频率达限室外温度继续增加高频率运行时湿量（潜热换热量）稍满足求
余情况系统效COP系统单位耗湿量SMER变化图3 7示
图出着室外温度增加系统效COP系统单位耗湿量SMER均降满足室新风制冷湿需
图3 7 变工况运行分析（夏季）
332 制热模式变工况分析
室20°C15°C室外温度发生变化调整压缩机频率达更高系统效时保证出风温度低30°C蒸发器侧结霜分析系统运行情况
发现室外温度低5°C保证出风温度等30°C蒸发器侧开始出现结霜现象室外温度进步降时蒸发器侧结霜现象严重必须采取相应化霜措施
余情况COP图3 8示
图3 8 变工况运行分析（冬季）
右图出着室外温度降低系统效COP降低总体COP处相较高值室外温度进步降低（低5°C）需考虑霜时系统效COP面幅度衰减
333 循环模式变工况分析
图3 9 压缩机频率湿量影响
渡季节采循环模式考虑室湿情况图3 9出压缩机频
率变化时新风机湿量变化出着压缩机频率增加湿量呈现升趋势着频率升高湿量升趋缓
系统单位耗湿量SMER压缩机频率变化图3 10示出着压缩机频率增加SMER减着压缩机频率增加压缩机功耗增加系统功耗增加种功耗增加超湿量增加SMER直减
图3 10 压缩机频率SMER影响
第4章 应：基温湿度独立控制新风空调体机
文设计新型排风热泵热回收型新风机应温湿度独立控制空调系统设计种新型新风空调体机
首先章利仿真手段模拟普通住户选传统7°C变频水机新风机直接组合方案探究方案性表现然设计种改进15°C变频水机新风机组合体机方案传统方案进行研究发现新设计新风空调体机方案适应种工况需性提升
41 温湿度独立控制空调系统简介
传统空调系统利种介质（例空气水制冷剂等等）运送冷量者热量传递室利流辐射等传热方式通冷媒热媒室末端进行热质交换目前常规空调存着问题[20 21]：
（1） 热湿统处理损失
现空调系统般采温度湿度耦合调节控制方法夏季混合新风回风冷凝湿手段处理混合空气时进行降温湿处理空气送入室时建筑显热负荷潜热负荷满足湿需冷源温度（例冷冻水供水温度）会受室空气露点温度限制温度通常5~7℃般机械制冷方法制取排余热程说需温度15~18℃冷源满足需求见热湿统处理会带量利品位浪费
（2） 冷热抵消湿加湿抵消造成损失
冷凝湿处理空气含湿量然满足求温度低情况需热满足送风温湿度求种冷热抵消节产生源消耗某常年湿度较低区域湿加湿抵消造成损失低估种热者湿造成源浪费希避免
（3） 难适应显热变化
常规空调利冷凝湿方式温度湿度控制高度耦合必须时进行降温湿通常情况满足中参数难时室温度湿度效调节实际运行民建筑空调系统中少系统进行热般空调系统湿空气直接送入室采送风温差通调节送风量送风参数进行室环境调节种方式温度调节室湿度调节控制差难适应室显热变化
根避免降温热湿加湿抵消造成量损失时适应建筑室显热断变化需求够时满足室热湿参数调节温湿度独立控制空调系统应运生
温湿度独立控制空调系统核心思想[22]：采温湿度两套独立空调子系统分应室温度湿度控制条件中温度控制系统包括夏季高温冷源冬季供热热源考虑辐射干式末端设备湿度控制系统包括空气处理机组送风口末端装置工作原理图4 1示
图4 1 温湿度独立控制空调系统原理图
种系统中温度湿度独立控制彼间没相互牵扯避免常规空调系统中热湿联合处理带损失提高机组效济性时满足房间断变化显热提高体室环境中舒适性避免室湿度高（低）情况
42 普通水机+新风机独立组合设计方案评估
节评估普通7°C水机新风机直接独立组合方案评估改方案性节海区某156高端公寓例根海典型气象年数挑选典型工况建立负荷模型时利GREATLAB仿真台搭建方案仿真模型计算典型工况效
421 方案简介
方案模拟普通住宅户时购买户式家中央空调（变频水机）新风湿机时情形该方案中冷水机组供回水温设定7 °C12 °C配合新风湿机承担潜热机组间控制逻辑：冷水机够完全室湿负荷时仅开新风机风机压缩机关闭冷水机完全室湿负荷时开新风机压缩机利新风湿机湿冬季仅开水机新风机通风运行考虑风机功率
422 变频水机仿真模型
参某厂商提供变频水机GREATLAB仿真台搭建该水机仿真模型制冷工况图4 2示制热工况图4 3示
图4 2 GREATLAB水机仿真模型（制冷）
图4 3 GREATLAB水机仿真模型（制热）
该水机基信息表4 1示
表4 1 水机基信息
部件名称
类型
型号尺寸
压缩机
谷轮
ZPV038LE3X9571
室外换热器
翅片换热器
952mm圆(强化)
室换热器
板式换热器
F85Hx401PSCM
室外侧风机
直流
Z556167
气液分离器
外径120mm 高180mm
储液器
外径90mm 高200mm
制冷剂
R410A
423 负荷模型
4231 房间模型
图4 4 公寓面图（标准层）
设计层独栋建筑（四面均外墙外窗）公寓套房间面积156m2（中制冷面积146 m2）层高3m标准层房间面图图4 4示
该建筑针海周边区中房屋建筑热工参数满足夏热冬冷区居住建筑节规范[23]规定具体参数见表4 2示
表4 2 建筑热工系数
体形系数
04
窗墙
东
035
南
045
西
035
北
04
围护结构
部位
材料
传热系数(Wm2·K)
外墙
钢筋砼膨胀聚苯板
077
外窗
6mm双层隔热玻璃
246
4232 室设计参数
室参数取民建筑供暖通风空调设计规范[24]具体取值示
干球温度 (°C)
湿球温度 (°C)
相湿度
夏季
27
19
47
冬季
20
15
60
结合实际情况室假设：
（1） 房间数4计算员活动状态轻度劳动
（2） 室灯光10 Wm2计算
（3） 室设备15 Wm2计算
（4） 室体外湿源
4233 室外典型工况点选取
气象参数选取海市作算例利DeST（Designer’s Simulation Tools）导出海市全年气象参数图4 5示海市典型气象年逐时气象数分布根气象数分布选取典型工况点典型工况点覆盖常见温湿度范围边界中心极端工况中ADEFG夏季常见温湿度范围边界点中心点BC夏季极端工况点（40℃）HIJK冬季典型工况点具体数值见表4 3
图4 5 典型工况点分布
表4 3 典型工况点数
季节
编号
工况名称
干球温度
°C
湿球温度
°C
含湿量
g×kg1
相湿度
夏季
A
标准制冷
35
28
212
59
B
高温制冷
43
30
218
39
C
高温高湿制冷
40
33
296
62
D
低温低湿制冷
29
19
97
39
E
低温中湿制冷
29
25
185
72
F
低温高湿制冷
29
28
244
95
G
渡季高湿制冷
22
21
159
95
冬季
H
标准制热
7
6
I
低温制热
2
1
J
超低温制热
4
5
K
高温制热
12
11
4234 负荷计算结果
空调系统负荷应时考虑空调区负荷新风负荷取两者
机组设计时空调系统负荷计算准计算典型工况负荷（包括空调区负荷新风负荷）表4 4表4 5示
表4 4 典型工况点负荷（夏季）
编号
工况名称
室外温度
°C
全热冷负荷
kW
显热冷负荷
kW
潜热冷负荷
kW
A
标准制冷
3528
148
125
227
B
高温制冷
4330
230
201
286
C
高温高湿制冷
4033
219
173
457
D
低温制冷
2919
759
705
054
E
低温中湿制冷
2925
923
701
221
F
低温高湿制冷
2928
105
701
353
G
渡季高湿制冷
2221
206
041
165
表4 5 典型工况点负荷（冬季）
编号
工况名称
室外温度
°C
总热负荷
kW
H
标准制热
76
403
I
低温制热
21
567
J
超低温制热
45
760
K
高温制热
1211
234
注：冬季热负荷中考虑新风需加热量新风加湿需汽化潜热
424 仿真结果
典型工况制冷结果表4 6示中高温制冷高温高湿制冷渡季节高湿制冷时水机满足制冷湿需开启新风机
表4 6 普通水机+新风机独立组合典型工况仿真结果（夏季）
工况名称
室外温度（℃）
水机频率（Hz）
否开新风机
新风机频率（Hz）
冷负荷满足率
总COP
标准制冷
3528
84
开
100
269
高温制冷
4330
100
开
110
63
180
高温高湿制冷
4033
100
开
110
70
206
低温制冷
2919
35
开
100
393
低温中湿制冷
2925
43
开
100
393
低温高湿制冷
2928
43
开
17
100
414
渡季节高湿制冷
2221
30
开
100
476
注：功耗COP计算包含风机水泵功耗
出极端工况（高温制冷高温高湿制冷工况）时满频开启水机新风机满足时冷负荷实际运行时室气温高设计温度渡季节高湿制冷工况负荷较低水机仅低频开停运行开机率30满足湿需需新风机低频开停运行开机率72
典型工况湿情况图4 6示
图4 6 普通水机+新风机独立组合典型工况仿真结果（夏季湿情况）
温度湿度耦合控制夏季典型工况中出现明显湿现象实际运行时室会出现明显干燥造成体舒适感中高温制冷高温高湿制冷情况水机满足室显热负荷需开启新风机造成室进步湿低温高湿制冷工况水机满足室湿负荷开新风机进行湿新风机开停运行正满足室湿负荷需
典型制热工况运行结果表4 7示中低温制热超低温制热工况考虑室外机结霜影响表中水机制热量仿真模型计算结果80 计算COP做修正
表4 7 普通水机+新风机独立组合典型工况仿真结果（冬季）
工况名称
室外
温度
°C
水机
制热量
kW
水机
功耗
kW
水机
频率
Hz
开机率
COP
标准制热
76
681
241
30
59
282
低温制热
21
567
248
36
100
206
超低温制热
45
760
362
61
100
187
高温制热
1211
773
241
30
30
321
注：功耗COP计算包含风机水泵功耗
水机压缩机低频30Hz标准制热高温制热工况低频运行时制热量然剩时低频开停运行进行性计算出开机率
冬季开启新风机压缩机仅考虑新风机开启风机通风运行
43 高温水机+新风机体机方案评估
431 方案简介
针节普通水机+新风机独立组合出现问题节设计种基温湿度独立控制系统新风空调体机GREATLAB中建模模型图4 7示
图4 7 GREATLAB建模仿真新风空调体机（截图）
中变频冷水机组供回水温设定15 °C18 °C水冷机组仅仅承担室显热负荷承担潜热负荷潜热负荷变频新风机负责承担温度湿度分开控制该方案理满足室变化显热提高户居住舒适性会出现节中明显湿现象提高水机供水温度水机制冷循环蒸发温度相应提升单位制冷量提升解决节里出现极端工况制冷量足情形时蒸发温度提升带机组效提升外进步提高效方案新风机进行更改新风入口处设计水预冷盘利水机制冷水新风进行预冷冬季仅开水机新风机通风运行考虑风机功率
432 仿真结果
典型工况制冷结果表4 8示出低温高湿工况外工况均明显性提升特标况COP提升高达46
低温制冷低温中湿制冷低温高湿制冷渡季节高湿制冷工况冷负荷较低水机开停运行表中出水机开机率
表4 8 高温水机+新风机体机
工况名称
室外温度（℃）
水机频率
水机开机率
新风机频率
COP
提升例
标准制冷
3528
46
100
41
394
46
高温制冷
4330
90
100
80
248
38
高温高湿制冷
4033
74
100
105
258
25
低温制冷
2919
30
73
30
467
19
低温中湿制冷
2925
30
77
49
439
12
低温高湿制冷
2928
30
83
62
395
5
渡季节高湿制冷
2221
30
4
17
553
16
冬季开新风湿机压缩机仅考虑新风机风机功耗两方案冬季运行时差异方案冬季运行仿真结果表4 7示
第5章 结展
51 结
文设计种新型排风热泵热回收新风机利GREATLAB仿真台机组进行模拟优化制作样机进行实验实验证明机组整体效较高GREATLAB仿真台具较高精度针温湿度独立控制系统空调市场文仿真建模基础设计种新型新风空调体机
通次研究出结：
（1） 文设计新型排风热泵热回收新风机具较高效创新点时利回风冷混风冷凝技术仅降低冷凝温度回收部分室空气冷量提高机组整体效机组具较高节性济性
（2） 样机实验验证利GREATLAB机组进行模拟仿真具较高精度机组设计起指导作通仿真模拟结合实验研究缩短产品设计研发时间成
（3） 温湿度独立控制空调系统够解决目前传统空调系统出现适应房间变化显热冷热抵消等等问题家户式空调系统考虑利水机承担室潜热负荷利新风机承担室潜热负荷实现温度湿度独立控制方案文设计新风空调体机适家市场户式温湿度独立控制系统
52 展
时间限制文仅仅新风机适温湿度独立空调系统做出基础研究然存问题进步探索：
（1） 文仅海区例挑选冬夏渡季典型工况全年运行状态进行模拟评估全年运行效评估较复杂否更手段进行计算进步探究
（2） 文仅设计种新风空调体机应该机组较适应全年运行情况拥较高效机组整体进步优化改进评估方面指标性
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致谢
文石家庄铁道学韩鹏副教授济学张春路教授指导完成外出进行毕业文
衷心感谢科期间教授位老师陪伴成长位学感谢韩鹏老师高玲老师张桂荣老师等教导坚实专业基础感谢王利军老师李亚宁老师常冰老师等专业课教授进步解学专业相关知识特感谢王利军老师制冷原理教授萌发制冷专业兴趣选择制冷低温工程作研究生阶段研究方
济学完成文期间衷心感谢张春路老师指导张老师制冷方面理实际知识十分丰富制冷仿真方面进步认识学术力极增长时感谢课题组位师兄师姐予关心帮助利济学完成毕业文
感谢担文评阅位老师严谨耐心审阅表示谢意
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