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定风量空调系统全年


暖通空调 Η

ΑΧ

年第

卷第



定风量空调系统全年 多工况节能运行方法研究
东南大学
摘要

龚延风

虞维平

介绍了定风量全空气系统全年多工况分区的基本方法 通过全年空调负荷分析确<

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定了送风状态与新风状态的三种对应关系 给出了具体的分区形式和空气处理过程 运行实 践表明该方法具有节能和控制简单的特点 关键词 多工况 定风量 空调系统 节能

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引言 室外气象参数的变化一方面改变室内空调负 荷 进而要求送风状态点随之变化 同时室外气象 参数的状态点又与不同空气处理过程相联系 因 此 对全空气系统而言 针对室外气象参数的变化 提出合理的运行策略 对提高整个系统的运行经济 性以及维持室内空气状态都是重要的 尽管这一 节能方法早已提出 但由于过去的空调系统中使用 自动控制系统较少 这一节能方法在工程实践中运 用不多 现在 计算机控制系统已开始大量地在空 调工程中使用 为全年运行调节这一问题的解决提 供了必要的技术手段 但是 从现有的楼宇自动化 系统工程实施的情况来看 全空气系统全年运行调 节并未得到很好的解决 大多数工程未能实现预期 的目标 导致这种结果的原因是多方面的 其中缺 少一种简单 实用的节能控制算法是主要因素之 一

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多工况分区运行的基本方法 全空气系统全年多工况分区运行的实质是根 据室外空气状态点 室内状态点与送风状态点三点 的相对位置 在节能原则指导下 确定空气处理过 程 并将具有相同空气处理过程的室外状态点划分 为同一区域 采用相同的运行策略 因此 通过全年负荷分析 确定不同室外空气 状态下的送风状态点是工况分区的基础 在此基 础上 根据以下节能原则确定空气处理过程 避免为调节室内温湿度而出现冷热量抵 消 合理利用新回风 在满足卫生要求的条件 下 减少新风能耗 同时又要充分利用新风的冷却
龚延风 男 年 月生 博士研究生 博士 副教授 南京市中山北路 号 信箱 收稿日期 修回日期

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去湿能力 尽量停开或推迟使用冷热源 充分利用室内温湿度的允许波动范围 延 长不用冷 热量的时间 分区的确定受以下因素的影响 室内负荷特性 室内空调负荷由内热负荷 和围护结构负荷两大部分组成 当围护结构负荷所 占比重较大时 送风状态点的变化大 反之送风状 态点的变化小 送风状态变化越大 则送风状态点 与室外状态点在 η δ 图上的距离可能越近 这会 导致空气处理方法的变化 从而改变分区状态 当地气象参数的分布 在不同的气候区域 需要采取不同的空气处理措施 气象参数覆盖的 范围越宽 则相应的处理过程越复杂 这将导致分 区量的增加 但对参数频率进行研究可以简化分 区处理 在一定的不保证率下 对一些发生概率较 小的室外状态可以弃之不顾 人体舒适性 人体舒适特性决定室内状态 可以有一定的波动范围 而室内状态的允许波动范 围决定了送风状态点的允许波动范围 对于某个 室内空气状态 送风状态点允许在一定范围内变 化 这样可以减少空气处理过程的复杂性 减少分 区数量 同时由于送风状态的范围较大 可以充分 利用允许波动值的上 下限值来节省处理过程中的 冷热量 控制系统的稳定性 多工况运行控制系统 属于变结构系统 主要包括系统构成的改变和执行 器位置的突变 执行器类型的改变对系统的动态 特性产生影响 而执行器位置的突变则将造成被控 参数大幅度波动 运行不稳定 因此变结构系 统必须对这种突变扰量加以消除和限制 显然 当 分区越多时 系统调节 ψ 转换 ψ 调节的次数增加

对系统造成的干扰随之增加 从控制系统运行稳 定的角度考虑 分区数量不宜过多 系统运行时不 能频繁进行区域间的转换 以上提出的分区方法和对分区的影响因素 为 怎样进行空调系统多工况分区提供了基本的模式 和框架 影响因素的多样性将导致分区结果的变 异 在进行工程设计时 应根据影响因素的具体情 况进行区域划分 表冷器空调系统的分区处理方法 现有办公类大楼的物业管理部门通常将空调 系统分为 个工况运行 即 夏季供冷工况 通常为 月 冬季供热工况 一般为 月中下旬至次 年 月中下旬 其余时间为过渡季工况 在过渡季 中通常只进行通风换气 不启动冷热源 楼宇自动 化控制系统的运行与之相对应 也分为 个工况 本文以舒适性空调中使用最为广泛的一次回风表 冷器空调系统为例 进行多工况分区并确定各区的 调节策略 室外空气状态与送风状态的关系 在定风量条件下 送风状态点仅与室内负荷有 关 尽管室内负荷受到室内热源和围护结构负荷 两方面的影响 但多工况分区的目的是为了解决室 外状态变化对空调系统的干扰 而室内热源的干扰 通过调节热湿处理设备的容量即可解决 故在分 析室外空气状态与送风状态之关系时 假定室内热 负荷与湿负荷不变 室内负荷的变化都是由围护结 构引起的 由 η η Θ Γ 可知送风状态点焓 η 与 冷负荷 Θ 为线性关系 表 为南京地区某空调 系统不同室外气温下的室内冷负荷及送风状态 全 年负荷根据文献 提供的能耗软件计算得到

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表 室温

室外气温 ε 室内负荷 送风焓差 送风温度 ε 热湿比 Ε

送风状态点 Ο 室内状态点 Ν 室外状态点 三者呈现如图 所示三类关系 随着夏季室外气温的逐渐下降 室内冷负荷随 之减少 送风状态点与室外状态点在 η δ 图上呈 重叠 如图 相向运动 经历靠近 如图 分离 如图 三个阶段 冬季送风状态点与室外

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ε 时的夏季负荷分布及送风状态

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状态点运动关系与夏季相似 也要经历类似三个阶 段 如图 所示 三个阶段的转换以两个室外温度 为标志 τ 和 τ 室外气温 τ 达到 τ 时实现靠 近与重叠的转换 室外气温 τ 达到 τ 时实现重叠 与分离的转换 在上例中 夏季为 ε 和 ε 冬 季为 ε 和 ε 各阶段的时数分布见表

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运行管理



夏季工况



冬季工况

室外气温 ε 室内负荷 送风焓差 送风温度 ε 热湿比 Ε


阶段类型 时数 百分率 靠近

各阶段的时数分布
夏 季 分离 靠近 冬 季 分离 重叠 重叠 分 区 判别条件
η ∴η η

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室温

在冬季 分离阶段的时数过少 实际运行时可 以将其归入重叠阶段 上例给出了室外状态点与送风状态点的三种 相对关系 它主要由空调系统的负荷特性决定 对 不同空调系统 其不同阶段的具体温度转换条件有 所不同 应通过负荷计算决定 分区处理方法 前述分析室外状态与送风状态关系时 由于影 响室内负荷的主要因素是室外气温和太阳辐射 在 负荷分析时采用了 法 太阳辐射与室外气温 近似简化为线性关系 并且用室 外 气 温 计 算 由于不考虑含湿量这一因子 当室内状态允许波动 范围很小时 用三阶段划分就不够妥当 但是对于 舒适性空调 室内舒适性状态范 围 较 为 广 泛 例如在室温 的范 ε 相对湿度 围内 人体舒适感基本相同 没有显著差异 同时 随着室外气温的下降 满足人体舒适感的室内状态 点可以随之下降 这样送风状态的范围就大大增 加了 送风状态可以在很大区域内满足要求 这一 特性既为系统的节能运行提供了较大的空间 又可 简化运行工况的分区 夏季分区处理方式 图 为夏季空气处理的分区 其分区的条件见 表 区处理方法 区内送风状态区域为 室 内状态范围为

ε 时的冬季负荷分布及送风状态

ON

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η

分区条件
η 且 η τ τ η 且 τ η η 且 τ ∴τ

室外空气焓值

τ ∴τ

由于室内相 对湿度的允许值 可达到 使 得 的右边界 重 与 Υ 合 由于 η ∴ η 故采用最小



夏季分区

新风比 空调系统采用露点温度送风 露点温度

取 的上 界温度 通过 调节表冷器 的水量实现 处理过程见 图 表冷 图 夏季 区 器冷量 Χ 为 室内冷负荷 Χ 与新风负荷之和 即 Χ Χ Γ η η 由于新风量 Γ 最小 因而冷量最小

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期 用一次回风处理方 式 应保持最小新风 比 见图 加热负 荷 Θ 为室内热负 荷 Θ 与新风热负 荷之和 即 Θ Θ

区处理方法 本区内新风状态参数及室内状态参数均高于送 上限值 故应对空气进行干冷却 冷却至送 风域 风域的上界温度后送入室内 见图 由于新风焓值 η η 故采用全新风 即 Γ Γ 表冷器 冷量为 Χ
η η η
图 夏季 区 图 冬季分区方法


η η η

Γ

Γ η Γ

η

即表冷器冷量为室内冷负荷减去新风带入的
Γ η



夏季



区处理方法 与室内状态域 重叠 可将 本区内 送风域 最小风量新风加热后送入室内 但在舒适性空调系 统中这显然不合时宜 因为舒适性空调室内温度较 高 实际上此时室外气温低于 τ 室内温度设定值 可以降低 这样使得室外状态点与送风域重合 便可 以直接将室外新风送入室内 避免冷热量的消耗



夏季



冬季分区处理 冬季送风状态点总是在室外状态点和室内状 态点之上 故其处理过程比较单一 可以分三个 可 阶段 其中由于分离阶段出现的时频只有 略去不计 只分 两区域处理 见图 区处理方法 区内送风状态点焓值总是高于室内焓值 采

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冷量 这说明此过程充分利用了新风的冷量 区处理方法 与送风域 重合 直接 本区内室外状态点 用全新风送入室内 无冷热量消耗

区处理方法 与送风状态域 重合 本区内新风状态点 直接将新风送入室内 不需供应热量 见图 结论 进行全年 负荷 分 析 进 而 确定送风状态点 的变化是多工况 图 冬季 区 分区的基础 随着室外气温的变化 室外状态点与送风状 态点的关系呈靠近 重叠 分离三种形式 在舒适 空调系统的全年调节中 这三种形式确定了分区的 基本格局 本文提出的分区方式和空气处理措施完全符 合节能四条原则 特别是根据室内空气状态的允 许波动范围 充分利用新风的冷却和加热能力 扩 大了冬夏季不使用冷热量的时间 本文提出的分 区方法和处理规则已在南京某大型综合办公楼的 楼宇控制系统中使用 运行一年来节能效果显著 该分区方法简便实用 分区数量适度 空气 处理过程简捷 既满足了节能要求又减少了对控制 系统的突变干扰 参考文献
廖传善 等 空调设备与系统节能控制 北京 中国建筑 工业出版社 陈丽萍 龚延风 空气源热泵全年能耗分析应用软件的 开发 暖通空调 连之伟 空调房间热环境模糊综合评判 暖通空调

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冬季



由于新风量最小 故加热量最省

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