实验一室内气流组织模拟实验 一、实验目的 通过室内气流组织模拟

实验一 室内气流组织模拟实验
一、实验目的
通过室内气流组织模拟实验，掌握常用风口、常见室内送回风口布置对室内气流分布、工作区温度速度均匀性的影响；掌握室内工作区温度和速度的测量方法、气流演示实验方法。

二、实验原理
室内气流组织的优劣直接影响室内热环境的舒适性和空调设计的实现，同时也直接影响空调系统的能耗量。

通常室内工作区由余热而形成的负荷只占全室总负荷的一部分。

另一部分产生于工作区之上。

良好而经济的气流组织形式，应在保证工作区满足空调参数要求的前提下，使空调送风有效地排出工作区的余热，而不使工作区以外的余热带入工作区，从而达到不增加送风量且提高排风温度的效果，直接排除这部分热量，以提高空调系统的经济性。

为此引入评价室内气流组织经济性指标——能量利用系数η：
o
n o
p t t t t --=
η 式中，t n 、t o 、t p 分别为室内工作区空气平均温度、送风温度及排（回）风温度。

通过实测获得能量利用系数η，以评价室内气流组织的经济性。

三、实验方法
1．气流组织测量方法 (1).烟雾法
将棉球蘸上发烟剂（如四氯化钦、四氯化锡等）放在送风口处，烟雾随气流在室内流动。

仔细观察烟雾的流动方向和范围，在记录图上描绘出射流边界线、回漩涡流区和回流区的轮廓，或者采用摄影法直接记录气流形态。

由于从风口射出的烟雾不大而且扩散较快，不易看清楚流动情况，可将蘸上发烟剂的棉花球绑在测杆上，放到需要测定的部位，以观察气流流型。

这种方法比较快，但准确性差，只在粗测时采用。

(2).逐点描绘法
将很细的合成纤维丝线或点燃的香绑在测杆上，放在测定断面各测点位置上，观察丝线或烟的流动方向，并在记录图上逐点描绘出气流流型，或者采用摄影法直接记录气流形态。

这种测试方法比较接近于实际情况。

应注意上述用于记录气流形态的摄影法对拍摄焦距、烟雾与背景的对比度等要求较高。

2．能量利用系数测量方法
分别在室内工作区、送回风口处布置温度测点，温度测量仪器采用热电偶测量，工作区温度应采用多点布置取其平均值，计算求得能量利用系数。

3．风口、气流组织的选择
目前环境室内可供测量的风口有散流器、双层百叶两种风口，可供观察的气流组织形式有上送上回、上送下回，其中散流器送风口有二个。

四、实验步骤
1. 选择一种风口形式及其气流组织方式，调整送风温度及其送风量至设定值，待稳定后进行实验；
2. 在被测环境室工作区内布置三只热电偶温度计、送回风口各布置一支热电偶温度计，并把温度计连接到温度显示仪表；
3. 在送风管道内安放发烟剂，等烟雾到达一定浓度且稳定后，观测室内气流组织流态，采用烟雾法或者逐点描绘法或者拍摄法记录某一平面的室内气流组织情况；
4. 与此同时记录所测到工作区、送回风口处的温度；
5. 再选择一种送风形式，重复以上步骤进行实验。

五、实验结果
1．根据相机拍摄的气流组织效果图，分析该气流组织的流动情况；
六、思考问题
1．烟雾法观测室内气流组织有什么不足地方，你有其他方法测试室内气流组织？
2．如何用能量利用系数η评价室内气流组织的优劣？
3．请说明你所采用的工作区温度的测量点布置方法，说明理由。

建筑环境与设备系统实验指导书
实验二风机盘管热工性能测试实验
一、实验目的：
1.了解风机盘管冷量测量的实验室测试方法；
2.了解水侧和空气侧冷量测量方法；
3.掌握主要测量仪器的使用；
4.掌握实验数据处理的方法。

二、实验仪器设备
1.定频压缩机机组，压缩机：日立，SHW33TC4-U，名义冷量5990W；
2.变频压缩机机组，压缩机：日立，THS20MC6-Y，名义冷量8150W（90Hz）；
3.相应的冷却水系统、冷冻水系统和空调风系统；
4.风机盘管性能测试焓差本体；
5.Pt100铂电阻，空气取样器；
6.测试风机盘管，新晃SCR600。

三、实验原理
1.风机盘管热工性能测试根据中华人民共和国机械行业标准JB/T 4283-91，测试名义供
冷工况：环境空气干球温度27℃，环境空气湿球温度19.5℃，风机盘管进口水温7℃，进出口水温差5℃，风机转速，最高额定转速，被测风机盘管出口与测试室的空气静压差，0±2Pa；
2.测量系统原理图如图1所示；
图1 测量系统原理图
3.采用焓差测试方法，分别测量风机盘管回风空气和出风空气的干球温度和湿球温度，采用喷嘴测量风机盘管出风量，用焓差计算测试机组空气侧的总制冷量Qa；
4.测量风机盘管的进、出水温度，以及相应的水流量，计算测试机组水侧的总制冷量Qw。

5.若空气侧总制冷量和水侧的总制冷量的差值在5％之内，本次实验数据有效。

两个数据
的平均值作为测试风机盘管空调器的冷量Q 。

6. 计算方法
(1) 测试机组送风量计算
a) 通过单个喷嘴的风量按下式计算：
'
n n V CA L P 2∆=
()()
02n 622.0273461P X t V ++=
()
X P V P V n
n +=
10'
b) 当使用多个喷嘴时，总的风量为各单个喷嘴风量的总和； c) 有试验测得的风量换算成标准状态时的风量
()
'2.1n s V L L =
(2) 供冷量计算
a) 水侧供冷量计算：
()E t t WC Q w w pw w --=12；
b) 风侧供冷量和显热供冷量计算：
()()()
X V h h L Q '
n
a +-=1100021； ()()X V t t LC Q '
n
a ae +-=121p ； X C a 18461005p +=；
c) 空气焓及其含湿量计算：
()X t .t .h 84125000051++=；
()e p e X m -=622.0； ()
''t t Ap e e m t --=；
(3) 风机盘管实测供冷量计算：
()a w Q Q Q +=21
(4) 风侧冷量和水侧冷量的热平衡率：
以水侧冷量为基准，热平衡率%100⨯-=
w
a
w Q Q Q (5) 在供冷量计算中，如果需要计入试验装置的漏热修正值，则其漏热量的修正值应
用下式计算：
()2t t k Q sr Ae -=∆
△Q 值应以代数相加计入空气侧冷量的计算式中。

k Ae 值的确定应在实验进行前，对实验装置进行标定时而求得。

7. 计算式中的符号：
L — 单个喷嘴的风量，m 3/s ； A n — 喷嘴面积，m 2；
C — 喷嘴的流量系数，通常取0.98～0.99； △P — 通过喷嘴的静压差，Pa ；
P 0 — 标准大气压，Pa ，可取101325Pa ； P — 喷嘴喉部处空气绝对压力，Pa ；
P m — 在测量干、湿球温度处或取样管中的空气绝对压力，Pa ； V ′n — 在喷嘴进口处的湿空气比容，m 3/kg （湿空气）；
V n — 标准大气压下的喷嘴进口处干、湿球温度下的湿空气比容，m 3/kg （干空气）；
X — 在喷嘴进口处的湿空气含湿量，kg/kg （干空气）； D — 喷嘴喉部直径，m ；
L s — 标准状态时的风量，m 3/s ； W — 供水量，kg/s ；
C pw — 水的定压比热，取4187 J/(kg •℃)； C pa — 空气的定压比热，J/(kg •℃)；
t w1、t w2 — 进入和离开被测风机盘管的冷水温度，℃； E — 输入被测风机盘管的总功率，W ； Q w — 水侧的供冷量，W ； Q a — 空气侧的供冷量，W ； Q se — 显热的供冷量，W ；
Q —被测风机盘管的实测供冷量，W ； ΔQ — 试验装置的漏热量修正值，W ；
t 1、t 2 — 进入和离开被测风机盘管的空气干球温度，℃； t 1′、t 2′— 进入和离开被测风机盘管的空气湿球温度，℃； t sr — 试验环境的空气温度，℃； e — 空气中的水蒸汽分压力，Pa ；
e t ′— 与湿球温度t ′相对应的饱和水汽分压力，Pa ；
A —系数，℃-1，当流过湿球温度计的风速为3.5～10m/s 时，可近似取 A=0.000662，℃-1；
k Ae — 试验装置的漏热系数，W/℃；
h 1、h 2 — 进入和离开被测风机盘管的空气焓值，kJ/kg （干空气）。

四、实验步骤
1.将水系统中的阀门切换至风机盘管测试；
2.按照顺序依次打开送风机、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵；
3.打开风机盘管机组，并将风速设定在高速档；
4.检查冷却水、冷冻水系统水压是否正常，如全部正常，开启制冷机组及空调箱电加热、
电加湿系统；
5.控制风机盘管回风处的空气状态：空气干球温度27℃，空气湿球温度19.5℃，并保持
稳定；
6.设定冷水机组的出水温度使风机盘管的进水温度为7℃；
7.调整风机盘管水路上的电动三通阀门，使风机盘管出水温度为12℃，并保持稳定；
8.调整引风机转速，使静压室内的压力为0，并保持稳定；
9.待所有工况稳定30分钟后，进行相关数据的记录和采集。

每隔五分钟记录一组数据，
共记录7组。

10.实验完毕，依次关闭电加热、电加湿、制冷机组、风机盘管、冷却水泵、冷冻水泵、
送风机。

五．实验思考
1.调节风机盘管水路电动三通阀时，阀门的开度对进出口水温、水流量有什么影响。

2.为什么要把静压室内的压强调节到与外界大气压相等？
3.查阅相关样本，将测试风机盘管与其他风机盘管的性能做对比。

六、实验数据整理
喷嘴尺寸：室外气温：室外气压：
风机铭牌：静压室、混合室和接收室暴露面积Ak：
实验三 空调系统风量平衡调试实验
一、实验目的
通过对本实验室空调风管系统的风量平衡调试，掌握空调系统中的风速、风压和风量的测量过程和方法；了解实验中所用仪器、仪表的正确使用方法；学习并掌握基准风口调整法或比例调节方法。

二、实验原理 1. 管道特性
送风量调整实质上就是通过改变风管阻力特性使风管中风量达到设计风量，通过各支管阻力平衡调整，以达到各支管、系统总管风量设计要求。

由流体力学基本知识可知，风管阻力损失近似与风量的平方成正比，即：
2kL H ＝
式中：H ——风管阻力；
L ——流经风管的风量；
k ——风管阻力特性系数，它与空气性质、管道直径、管道长度、摩擦阻
力、局部阻力等因素有关。

对某一风管而言，仅改变其风量，则其风管阻力特性k 值不变，此时风管阻力按风量的平方变化。

若要保证系统阻力不变，改变风量则需通过改变风管阻力特性k 值（可采用调节该风管上的风阀）才能实现。

对于两并联风管，根据两支管阻力相等的原理存在：
21H H =
2
22211L k L k =
2
1
12k k L L =
式中：H 1,2——管段I 、Ⅱ的阻力；
L 1,2——管段I 、Ⅱ的风量；
k 1,2——管段I 、Ⅱ的阻力特性系数。

有上式可知，见图1，只要C 处三通阀门位置不变，不论总风量如何变化，管段I 和管段的风量总按一定比例分配，空调系统风量的调整就是根据这一原理进行的。

常见的风量调整法有“流量等比例分配法“和”基准风口调整法“。

2. 基准风口调节原理
所谓风量基准风口调节法，就是选择某一风口（一般采用最不利的末端风口）为基准，计算其他风口与此基准风口的设计风量比例，调试时首先测定该基准风口风量（不一定是设计风量），按上述设计风量比例调节各风口风量，最后调节总阀至设计风量，此时各风口则会按比例实现各自的设计风量。

3. 实验内容
本实验根据图1系统支管Ⅰ与支管Ⅱ的设计风量，采用基准风口调整法，将
处于非设计工况下的系统调整到设计工况。

通过各风口风量测定与总管风量测定的比较获得本次实验的准确性和可靠性。

三、实验装置及仪器
实验装置与系统简图如图1所示。

本实验各风口风量采用电子风量罩在风口处测定；总管风量采用标准喷嘴、数字式微压计测定；此外，为避免空气密度所引起的误差，还需对环境空气参数进行测定，大气压采用空盒气压表，温度采用玻璃温度计。

四、实验步骤
1.基准风口调整方法
(1)将风管总管上的风阀设定在某一开度，其余调节阀全部打开。

设定风机的变
频器频率，启动送风机。

测出各风口风量，并计算第一次的实测风量和该风口的设计风量的比例值；
(2)在各支管中均选择比值最小的风口作为基准风口进行初调，实测时如果风口
1的比例最小，关小调节阀B，重新测量风口1和2的风量，反之如果风口2的比例最小则关小调节阀A，重新测量风口1和2的风量；
(3)再次计算各风口实测风量和设计风量的比例值，重复步骤(2)，直至两个风口
的比例值接近为止；
(4)此时各风口的风量尚不等于设计风量，调节风机变频器，使总管风量达到设
计风量。

这时，各支管和各风口将按调整好的比值百分数自动达到设计风量。

六、数据整理
将测定数据与调整过程记录于下表：
七、问题讨论
1.本实验中总风量是采用什么方法调节的？
2.本实验中采用哪几种方法测量风量？还有哪些方法？
3.叙述比例调节法，并与基准法进行比较。

4.喷嘴如何测量风量？
5.新回风比的改变会不会影响已调节好的风口风量比例？
实验四空调用制冷设备容量的测定实验
一．实验目的
1.通过实验熟悉和掌握冷水机组的结构、工作原理，测定其制冷量、总输入功率由此计算出冷水机组的能效比；
2.采用量热器法测定该冷水机组的冷凝热量；
二．实验原理
1.冷水机组制冷量测定原理
采用第二制冷剂（水）量热器法。

测试机组制冷量是指通过单位时间内制冷剂在机组冷却器中从第二制冷剂（冷冻水）中吸收的热量，数值上等于冷冻水质量流量乘以蒸发器进、出口冷冻水比焓之差。

机组总输入功率即机组消耗的总功率，为压缩机电动机输入功率等的总和，能效比（EER）是机组制冷量与机组总输入功率的比值。

1) Q=LwCpΔt 公式(1)
其中：Q——制冷量，(kW)
Lw——流经蒸发器的水量(kg/s)
Cp——水的定压比热(4.19kJ/kg. ℃)
Δt——蒸发器进出口温差(℃)
2)用钳形功率计测试冷水机组的总输入功率N；
3) EER=Q/N 公式(2)
2.冷水机组的冷凝热量测定原理
采用量热器法。

冷凝热量是指通过单位时间内制冷剂在冷凝器中排放给冷却水的热量以及通过冷凝器外表面排放给周围空气的热量。

Qk=LmCp(tw2 - tw1) + q1 公式(3)
其中：Qk——冷凝热量，(kW)
Lm——冷却水质量流量(kg/s)
Cp——水的定压比热(4.19kJ/kg. ℃)
tw2——冷却水出水温度，(℃)
tw1——冷却水进水温度，（℃）
q1——向周围空气释放的热量(kW)
由于实验时q1的值一般低于总热量的5%，故实验时可忽略。

三．实验装置
1 压缩机
2 冷凝器
3 热力膨胀阀
4 蒸发器
5 超声波流量计
6 电磁流量计 T 铂电阻PT100
四．实验步骤
1.了解、熟悉本实验原理和实验装置图；
2.了解并学会使用相关设备和测量仪器，之后着手进行实验（在触摸屏上操作）；
1).冷水机组制冷量：
a)当冷水机组启动平稳后，调节冷却水流量的大小，以调节冷凝压力；调节电加热器的容量，以调节冷媒水的温度；调节送风机的转速或新风阀的开度，以调节表冷器的负荷；
b)待整个系统运行稳定，温度波动不超过±1℃时，开始进行测量；
c)用电磁流量计测量蒸发器内冷冻水流量，用铂电阻PT100测量冷冻水进出水温度，用压力表测压缩机吸排气压力（每5分钟可从计算机中读取数据），且并作记录；
d)用公式(1)计算制冷机组的制冷量Q；
e)用钳形功率计测量机组总输入功率N；
f)用公式(2)计算能效比EER。

2).冷水机组冷凝热量：
a)当冷水机组启动平稳后，调节冷却水流量的大小，以调节冷凝压力；调节空气处理器的热负荷，以调节冷媒水的出口温度；
b)待整个系统运行稳定，温度波动不超过±1℃时，开始进行测量；
c)用超声波流量计测量冷却水流量，用铂电阻PT100测量冷却水进出口温度（每5分钟可从labview中读取相关数据），并作记录；
d)用公式(3)计算冷凝热量Qk
五．实验思考
1.该冷水机组的蒸发温度、冷凝温度在运行中与哪些因素有关？
2.冷水机组的冷凝热量与机组的制冷量之间有什么关系？
3.冷凝器水量减少会对机组运行产生什么结果？
4.冷水机组的能效比与运行中的哪些性能有关？。