建筑集中式空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

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摘要：為了降低由于預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度較低引起的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)控制效果不良的情況，提出建筑集中式空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的全工況模擬設(shè)計(jì)研究。通過對(duì)系統(tǒng)阻力元件和風(fēng)閥末端模擬進(jìn)行模擬，計(jì)算損失情況;通過對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行模擬，計(jì)算其實(shí)際應(yīng)用性能;通過對(duì)風(fēng)管管網(wǎng)模擬進(jìn)行模擬對(duì)系統(tǒng)中的流量進(jìn)行修正;通過對(duì)空調(diào)房間進(jìn)行模擬，對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行分析;最后通過對(duì)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)模擬，對(duì)控制效果進(jìn)行計(jì)算。并進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明，所提模擬的結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)將溫度控制在24－25℃，新風(fēng)量為每秒鐘15L/人的目標(biāo)，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用具有良好的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)；全工況模擬；阻力元件；風(fēng)管管網(wǎng)

引言

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，對(duì)于建筑內(nèi)的輔助設(shè)施建設(shè)也逐漸人們關(guān)注的重點(diǎn)，除了最基礎(chǔ)的電力、消防等基礎(chǔ)設(shè)施外，建筑溫度調(diào)節(jié)裝置是關(guān)系到建筑實(shí)際應(yīng)用性能的關(guān)鍵［1］。在此環(huán)境下，集中式的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)逐漸走入人們的視野。與分散式的獨(dú)立空調(diào)管理系統(tǒng)不同，集中式的管理方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)溫度的集中管理，具有更加高效、快捷的特點(diǎn)［2］。但也正因其具備對(duì)建筑溫度進(jìn)行集中調(diào)控的作用，因此，在對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，需要對(duì)建筑內(nèi)外的多方面進(jìn)行綜合考慮，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的合理調(diào)節(jié)［3］。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，模擬是一種較為合適的方式，其可以在完全虛擬的環(huán)境下對(duì)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)實(shí)際工作作出決策性的指導(dǎo)［4］。因此，近些年來，對(duì)于系統(tǒng)工程的模擬也逐漸成為了新的研究熱點(diǎn)［5］。基于此，本文提出建筑集中式空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的全工況模擬設(shè)計(jì)研究。通過該研究，以期為系統(tǒng)工程的實(shí)際應(yīng)用提供有價(jià)值的參考。

1集中式空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)全工況模擬設(shè)計(jì)

本文對(duì)系統(tǒng)的工況模擬主要包括兩個(gè)主要的部分，分別是建筑負(fù)荷的模擬以及系統(tǒng)運(yùn)行情況的模擬［6］。其中，對(duì)于建筑負(fù)荷的模擬采用的是傳熱模擬的方式，主要利用的軟件為HTB2，通過其實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑外圍設(shè)施結(jié)構(gòu)以及建筑內(nèi)部熱源傳導(dǎo)情況的分析，以此為基礎(chǔ)，建立起建筑與系統(tǒng)之間的關(guān)系;而系統(tǒng)運(yùn)行情況的模擬主要是對(duì)其實(shí)時(shí)的冷負(fù)荷、風(fēng)機(jī)運(yùn)行耗能等因素進(jìn)行分析［7］。

1．1阻力元件模擬

1．1．1通用阻力元件模擬。此次模擬分析中，把空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)由多個(gè)管件組合而成，因此可以將其看做一個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)，是一個(gè)閉合回路結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)內(nèi)包括空氣處理機(jī)組、過濾器、冷盤管、風(fēng)管、風(fēng)閥末端等，這些設(shè)備都需要以阻力元件的角度進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，在目標(biāo)通風(fēng)量的前提下，阻力元件造成的損失可以表示為△P=λQ(1)其中，△P表示由于阻力元件引起的阻力損失，計(jì)量單位為Pa;λ表示阻力損失系數(shù)，計(jì)量單位為Pa·s/m;Q表示系統(tǒng)的通風(fēng)量，計(jì)量單位為m3/s。1．1．2風(fēng)閥末端模擬。風(fēng)閥末端雖然也屬于阻力元件范疇內(nèi)，但與通用阻力元件不同，其具有可變性，其阻力系數(shù)是根據(jù)閥片開啟角度而變化的，通過空調(diào)通風(fēng)盒總阻力損失可以表示為△P’=λ’ρQ24S(2)其中，λ’表示風(fēng)閥末端的阻力系數(shù)，ρ表示空氣的密度，計(jì)量單位為kg/m3，S表示風(fēng)閥截面的內(nèi)側(cè)面積，計(jì)量單位為m2。其中，λ’=a+bac(3)a表示閥片開啟的角度，a、b、c均為常數(shù)，受風(fēng)閥的特性影響。1．1．3風(fēng)機(jī)模擬?？照{(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)一般情況下均為變速風(fēng)機(jī)，因此，本文進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)時(shí)，以變速風(fēng)機(jī)為基準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行模擬，在運(yùn)行工況下，其性能主要由總壓頭和能耗兩部分決定，因此，其性能可以表示為(4)其中，Pf表示系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的總壓頭，計(jì)量單位為Pa;表示風(fēng)機(jī)的運(yùn)行功率，計(jì)量單位為Kw;λ0、λ1、λ2、λ3和λ0、λ1、λ2、λ3均為參數(shù)。為了提高模型對(duì)不同集中式空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的適應(yīng)性，對(duì)風(fēng)機(jī)特性的表示采用多樣式的形式表示，其表達(dá)結(jié)果為

1．2風(fēng)管管網(wǎng)模擬

風(fēng)管管網(wǎng)的模擬主要是針對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中，各管段的空氣流量、流動(dòng)阻力損失設(shè)計(jì)的。本文采用的方法主要是將管網(wǎng)進(jìn)行假設(shè)，把風(fēng)管管網(wǎng)看做閉環(huán)回路。設(shè)置回路內(nèi)的順時(shí)針的氣流流動(dòng)方向?yàn)檎较?。根?jù)閉環(huán)回路的總壓變化情況對(duì)環(huán)路的流量進(jìn)行修正，在管網(wǎng)總壓為0時(shí)，可以計(jì)算出管網(wǎng)內(nèi)流量修正量，并以計(jì)算出的修正量為基礎(chǔ)，對(duì)流動(dòng)方向下的流量值進(jìn)行新一輪的設(shè)定。流量修正量可以表示為(6)其中，Qi表示回路內(nèi)空氣流量，計(jì)量單位為m3/s，若管網(wǎng)回路內(nèi)空氣呈順時(shí)針流動(dòng)，則空氣流量為正，若空氣呈逆時(shí)針流動(dòng)，則空氣流量為負(fù)，Q為流量修正量，單位與Qi，n為閉環(huán)元件個(gè)數(shù)。當(dāng)?shù)玫剿谢芈返牧髁啃拚岛?，則各回路的新流量可以表示為Q’=Q+△Q(7)如果修正量誤差較大，需要重新進(jìn)行管網(wǎng)內(nèi)回路流量的修正，確保所有修正值的誤差在允許范圍內(nèi)。阻力件壓力損失計(jì)算如下:(8)

1．3空調(diào)房間模擬

模擬室內(nèi)溫度，假設(shè)室內(nèi)空氣均勻，溫度計(jì)算應(yīng)基于能量守恒定律，室內(nèi)瞬態(tài)溫度可表示為:C=ρQ2(T－TO)(9)式中C室內(nèi)空氣溫度，計(jì)量單位為℃;T和T0分別表示當(dāng)下時(shí)間以及初始時(shí)間，計(jì)量單位為s。

1．4風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速模擬

管道靜壓值等于風(fēng)機(jī)總壓頭減去靜壓傳感器安裝位置之前的各個(gè)阻力元件的阻力損失以及動(dòng)壓，所有的計(jì)算參數(shù)都是瞬態(tài)值。因此，計(jì)算風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速帶來的風(fēng)管靜壓可采用下式表示(10)根據(jù)該值，對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。

2試驗(yàn)測(cè)試

為了測(cè)試本文設(shè)計(jì)的工況模擬的有效性，進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，將實(shí)際的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行情況與模擬結(jié)果進(jìn)行比較，通過對(duì)二者之間存在的差異性進(jìn)行研究，判斷模擬設(shè)計(jì)的合理性。

2．1測(cè)試環(huán)境

本試驗(yàn)的硬件環(huán)境為Window10CPU4G，內(nèi)存32G。測(cè)試的建筑為某酒店，其層高為13層，每層共計(jì)26個(gè)房間，單層建筑面積為1276m2。人員密度約為0．1人/m2。室外溫度范圍為7～32℃，室內(nèi)溫度設(shè)計(jì)目標(biāo)為24～25℃，新風(fēng)量為每秒鐘15L/人。以此為目標(biāo)，采用本文設(shè)計(jì)的模擬對(duì)測(cè)試環(huán)境的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行全工況模擬，并得出結(jié)果如表1所示。

2．2測(cè)試結(jié)果

在上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，對(duì)建筑內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并測(cè)試室內(nèi)溫度的變化情況及人均新風(fēng)量，其結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，根據(jù)工況模擬結(jié)果對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，可以基本實(shí)現(xiàn)溫度24～25℃，通風(fēng)量人均15m3/s。在溫度上，其實(shí)現(xiàn)了全天內(nèi)的有效控制，在通風(fēng)量上，在16:00～18:00階段，測(cè)試結(jié)果為14．86m3/s，低于目標(biāo)值15m3/s，這主要是因?yàn)樵谠摃r(shí)段內(nèi)，酒店出現(xiàn)了小幅度的入住高峰，進(jìn)入酒店的人數(shù)出現(xiàn)了一定范圍內(nèi)的猛增，因此出現(xiàn)了該情況。通過測(cè)試結(jié)果可以看出，本文設(shè)計(jì)的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)全工況模擬設(shè)計(jì)具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，可以為實(shí)際工作提供有價(jià)值的參考，并且與預(yù)期結(jié)果具有較高的擬合度。

3結(jié)束語

集中式的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)不僅可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)溫度及通風(fēng)量的統(tǒng)一控制，同時(shí)，對(duì)于減少建筑能源消耗也有重要意義。而對(duì)其進(jìn)行集中管理的前提是充分滿足建筑內(nèi)生活、工作人群的基本需要，因此，對(duì)其進(jìn)行研究是具有十分重要的價(jià)值和意義的。本文提出建筑集中式空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的全工況模擬設(shè)計(jì)研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑內(nèi)溫度和通風(fēng)量的精準(zhǔn)控制，對(duì)于空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行工作具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。通過該研究，以期為系統(tǒng)合理高效運(yùn)行提供參考。

作者:次懷春 溫娟 單位:山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司