瞬態模擬軟件在《熱質交換設備》教學中的應用分析

楊胤保

摘 要：以《熱質交換原理與設備》課程教學中的復合式熱質交換設備為研究對象，為加深學生對該內容的理解，應用瞬態系統模擬計算軟件建立系統模型，對蘇州地區的一級直接蒸發冷卻空調系統、二級蒸發冷卻空調系統和三級蒸發冷卻空調系統進行供冷工況下的模擬計算。得出了相應的空氣處理后的溫度、相對濕度，并對結果進行分析，研究對實際的空調工程、通風工程的系統選型設計、方案比較均具有參考意義，對學生學習掌握《熱質交換原理與設備》課程教學中的相關內容起到一定的促進作用。

關鍵詞：蒸發冷卻;空調系統;蘇州;TRNSYS

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.36.078

0 引言

《熱質交換原理與設備》課程教學中的第8章復合式熱質交換設備的熱工計算中，有大量涉及蒸發冷卻空調系統的教學內容，包括一級直接蒸發冷卻空調系統、二級（間接+直接）蒸發冷卻空調系統和三級（間接+間接+直接）蒸發冷卻空調系統等。該內容涉及的系統較新穎，不使用CFCs，直接補充水分來維持蒸發過程的進行，對大氣臭氧層無破壞作用，可直接采用全新風，提供良好的室內空氣品質，具有節能環保的特點，目前國外對蒸發冷卻技術的應用比較廣泛，我們有必要對蒸發冷卻等新技術進行研究，以達到既滿足用戶的舒適性或工藝性要求又達到節能的目的。在教學上，為加深學生對該內容的理解，可以應用瞬態系統模擬計算軟件TRNSYS建立系統模型，進行一級直接蒸發冷卻空調系統、二級（間接+直接）蒸發冷卻空調系統和三級（間接+間接+直接）蒸發冷卻空調系統等計算分析。

1 三種蒸發冷卻空調系統的空氣處理過程分析

蒸發冷卻的特點是蒸發冷卻填料中空氣與水之間傳熱傳質過程同時發生，過程復雜，其過程是流動、傳熱、傳質同時發生，相互耦合，交叉影響的復雜熱力過程。

如圖1所示，一級直接蒸發冷卻空調系統（DEC）是通過空氣與淋水填料層直接接觸，直接進行熱質交換，過程為空氣的絕熱降溫加濕。

如圖2所示，二級（間接+直接）蒸發冷卻空調系統，間接蒸發冷卻的主要特點是降低了溫度并保持了一次氣流的濕度不變，其理論最低溫度可降至蒸發側二次空氣流的濕球溫度。日前，該系統在實際工程中應用較廣。

如圖3所示，三級（間接+間接+直接）蒸發冷卻空調系統，適用于一些對室內空氣條件有一定要求的場所（如星級賓館、醫院或一些工廠等）。

2 三種不同蒸發冷卻空調系統的建模與計算

在蒸發冷卻空調系統中空氣和水傳熱傳質情況復雜，故對其內部的狀況進行描述、測量和計算比較困難，理論計算也是其難點之一，研究可以采用瞬態系統模擬計算軟件為基礎。

系統研究地點取蘇州地區，建立一級直接蒸發冷卻空調系統模型（如圖4所示）、二級（間接+直接）蒸發冷卻空調系統模型（如圖6所示）和三級（間接+間接+直接）蒸發冷卻空調系統模型（如圖8所示）三種，計算時間取5月1日至10月31日，時間步長為1小時，共4416小時。

2.1 一級直接蒸發冷卻空調系統

2.2 二級蒸發冷卻空調系統

2.3 三級蒸發冷卻空調系統

3 處理前后空氣溫度、相對濕度的結果分析

一級直接蒸發冷卻空調系統計算結果（如圖5所示）、二級（間接+直接）蒸發冷卻空調系統計算結果（如圖7所示）和三級（間接+間接+直接）蒸發冷卻空調系統計算結果（如圖9所示），現對計算結果進行匯總如表1。

4 結論

本研究對象為地處蘇州地區的三種不同的蒸發冷卻空調系統，利用瞬態系統模擬計算軟件能快速地計算出三種不同系統的空氣處理后的溫度與相對濕度等。計算中若改變地點參數文件，軟件也能很快模擬計算出相應地點的空氣處理前后的狀態參數。對實際工程的系統選型設計、方案比較均具有參考意義，對學生學習掌握《熱質交換原理與設備》課程教學中的相關內容起到一定的促進作用。

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