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

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摘要：為了降低由于預(yù)測準(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)計研究。通過對系統(tǒng)阻力元件和風(fēng)閥末端模擬進(jìn)行模擬，計算損失情況;通過對風(fēng)機(jī)進(jìn)行模擬，計算其實際應(yīng)用性能;通過對風(fēng)管管網(wǎng)模擬進(jìn)行模擬對系統(tǒng)中的流量進(jìn)行修正;通過對空調(diào)房間進(jìn)行模擬，對室內(nèi)溫度進(jìn)行分析;最后通過對系統(tǒng)風(fēng)機(jī)模擬，對控制效果進(jìn)行計算。并進(jìn)行試驗測試，試驗結(jié)果表明，所提模擬的結(jié)果可以實現(xiàn)將溫度控制在24－25℃，新風(fēng)量為每秒鐘15L/人的目標(biāo)，對于實際應(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，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。與分散式的獨立空調(diào)管理系統(tǒng)不同，集中式的管理方式可以實現(xiàn)對建筑內(nèi)溫度的集中管理，具有更加高效、快捷的特點［2］。但也正因其具備對建筑溫度進(jìn)行集中調(diào)控的作用，因此，在對溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)時，需要對建筑內(nèi)外的多方面進(jìn)行綜合考慮，在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對溫度的合理調(diào)節(jié)［3］。為了實現(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)境下對實際運行狀態(tài)進(jìn)行有效預(yù)測，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果，對實際工作作出決策性的指導(dǎo)［4］。因此，近些年來，對于系統(tǒng)工程的模擬也逐漸成為了新的研究熱點［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)計研究。通過該研究，以期為系統(tǒng)工程的實際應(yīng)用提供有價值的參考。

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

本文對系統(tǒng)的工況模擬主要包括兩個主要的部分，分別是建筑負(fù)荷的模擬以及系統(tǒng)運行情況的模擬［6］。其中，對于建筑負(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，通過其實現(xiàn)對建筑外圍設(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)運行情況的模擬主要是對其實時的冷負(fù)荷、風(fēng)機(jī)運行耗能等因素進(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)由多個管件組合而成，因此可以將其看做一個管網(wǎng)系統(tǒng)，是一個閉合回路結(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，計量單位為Pa;λ表示阻力損失系數(shù)，計量單位為Pa·s/m;Q表示系統(tǒng)的通風(fēng)量，計量單位為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，計量單位為kg/m3，S表示風(fēng)閥截面的內(nèi)側(cè)面積，計量單位為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。空調(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)計時，以變速風(fēng)機(jī)為基準(zhǔn)對其進(jìn)行模擬，在運行工況下，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，計量單位為Pa;表示風(fēng)機(jī)的運行功率，計量單位為Kw;λ0、λ1、λ2、λ3和λ0、λ1、λ2、λ3均為參數(shù)。為了提高模型對不同集中式空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的適應(yīng)性，對風(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)的模擬主要是針對空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中，各管段的空氣流量、流動阻力損失設(shè)計的。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)的順時針的氣流流動方向為正方向。根據(jù)閉環(huán)回路的總壓變化情況對環(huán)路的流量進(jìn)行修正，在管網(wǎng)總壓為0時，可以計算出管網(wǎng)內(nèi)流量修正量，并以計算出的修正量為基礎(chǔ)，對流動方向下的流量值進(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，計量單位為m3/s，若管網(wǎng)回路內(nèi)空氣呈順時針流動，則空氣流量為正，若空氣呈逆時針流動，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，計量單位為℃;T和T0分別表示當(dāng)下時間以及初始時間，計量單位為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阻力元件的阻力損失以及動壓，所有的計算參數(shù)都是瞬態(tài)值。因此，計算風(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，對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。

2試驗測試

為了測試本文設(shè)計的工況模擬的有效性，進(jìn)行了實際測試，將實際的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運行情況與模擬結(jié)果進(jìn)行比較，通過對二者之間存在的差異性進(jìn)行研究，判斷模擬設(shè)計的合理性。

2．1測試環(huán)境

本試驗的硬件環(huán)境為Window10CPU4G，內(nèi)存32G。測試的建筑為某酒店，其層高為13層，每層共計26個房間，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)計的模擬對測試環(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測試結(jié)果

在上述實驗環(huán)境下，對建筑內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行運行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并測試室內(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)果對空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，可以基本實現(xiàn)溫度24～25℃，通風(fēng)量人均15m3/s。在溫度上，其實現(xiàn)了全天內(nèi)的有效控制，在通風(fēng)量上，在16:00～18:00階段，測試結(jié)果為14．86m3/s，低于目標(biāo)值15m3/s，這主要是因為在該時段內(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。通過測試結(jié)果可以看出，本文設(shè)計的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)全工況模擬設(shè)計具有較高的實際應(yīng)用價值，可以為實際工作提供有價值的參考，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)不僅可以有效實現(xiàn)對建筑內(nèi)溫度及通風(fēng)量的統(tǒng)一控制，同時，對于減少建筑能源消耗也有重要意義。而對其進(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，對其進(jìn)行研究是具有十分重要的價值和意義的。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)計研究，實現(xiàn)了對建筑內(nèi)溫度和通風(fēng)量的精準(zhǔn)控制，對于空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的實際運行工作具有重要的指導(dǎo)價值。通過該研究，以期為系統(tǒng)合理高效運行提供參考。

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