论文部分内容阅读
摘 要：良好洁净的空气质量与节能效果间的权衡一直以来是变风量空调系统研究的热点话题。本文对多种变风量空调系统进行严格对比和分析，通过利用不同方法比对节能策略，分析了系统其节能的效果，详细的对比了各种环境因素以及影响因素，且在此基础上提出了一种可行的优化方案。针对混合型送风系统提出了相关的优化控制方案和取得科学研究结果。
关键词：多区域；部分负荷；变风量系统；节能
工业的快速发展，给人们生活带来方便的同时，对于相关性产品的科技技术和特定作用有了更高的要求，以满足人们日益增长的需求。变风量空调系统自身具有追踪负荷功能，且节能效果远远高于传统空调系统的优点，受到了人们的喜欢和适用。
在我国，过渡季节的昼夜温差一般都波动较大，有必要对VAV 系统的送风温度进行实时优化并重设定。送风温度重设定（supply air temperature reset，SAT-reset）是指在一定工况下提高系统送风的送风温度，从而达到节能目的的一种控制策略。我们在稳定工况下分析了送风优化控制的节能效果，并在此基础上提出了一个可行的送风温度控制优化方案。
1. 稳定工况下的SAT-reset结果比
1.1 AHU空调
首先，将AHU和空调区看作是一个稳定在恒定的设定温度的开口系统环境，系统本身是具有热源，空调区域的内部负荷，系统流入的能量，流出的能量，和AHU负荷，直接用T来表示温度，F来表示流量，“oa”代表新风，“ca”代表排风，“set”代表设定的温度，由能量方程式可以得出以下的结论：当toa 等于tea 时，Qr 始终等于Qi；当toa 低于tea时，Foa 越大，即直线斜率越大，AHU 负荷就越小，能耗也越小；当toa 高于tea 时，Foa 越大，AHU 负荷就越大，能耗也越大。从节能角度考虑，新风温度较低时应当尽量增大新风量；新风温度较高时，应当在保证空调区域最小新风要求的前提下盡量减少新风量。
1.2 BIN法改进
实验证明，各种环境因素都有可能会影响到空调负荷，比如：气温、含湿量、太阳总负荷。从某种意义上讲，现有的BIN法具有不足之处，此方法主要是依靠频段中的干球温度以及对应的湿球温度的平均值来测定出，没有直接的反映出各个量之间的变化。
我们则是联合频率表来进行操作，不仅仅是从外观上科学的比对出两个变量之间的变化，更加重要的是其准确性较高。常规 BIN 法掩盖了各 BIN 段下的含湿量极值，减弱了各气象参数之间的相关性，而含湿量对新风热负荷计算的准确性十分重要，同时间接对空调系统的运行规划方案产生影响。联合频率表法能够列出不同小时数在不同温度和湿度下的分布，不仅弥补了上述不足，而且为机组的合理选型以及系统运行方案的规划提供了参考依据。
1.3 建筑能耗计算
针对某一地区的高层商用建筑物来进行能耗分析，选择其中的一层楼来进行研究对象，将该层楼的室内温度设定为25摄氏度，相对湿温为50%，办公楼的工作时间为早上8：00-21：00，空调期间，室内要保持正压状态，非空空调期渗透量为0.5次换气量。内部负荷按照20W/M^2来计算。就此地区的总体情况来看，按照以下的公式来计算，得到相应的数值。
QTOTS——各 BIN 段内的显热负荷；
QTOTL——各 BIN 段内的潜热负荷；
QS——总显热负荷；
QL——总潜热负荷。
根据以上的公式来进一步的得出理论值，对建筑物的湿度以及日照方面数值有了更科学的答案。
2. 空调系统中的节能策略
2.1 利用室外新风
夏冬季节空调在运行过程中应该要采取最小新风运行方法，空调在运行过程中最小风量主要还是依赖于该区域的卫生状况。简单来讲，对于民用建筑，在室内没有任何人吸烟或其他情况下，一般采用最小的风量为8m^3。且在条件允许的情况下适当减少风量。
过度季节，发热量较大的空调需要采用新风来减少室内负荷，减少冷水机的运行时间，从而达到节能的目的。运行内，在卫生状况允许的条件下，减少新风量的适用和节能才有意义。如果出现在供给时间以内，室外值小于室内值，均可以将室外新风作为冷源，改成新风运行。这样一来，不仅可以缩短制冷机的运行时间、减少系统消耗的能耗，还起到了改善及优化空气质量的作用。
2.2 利用太阳差送温
风机运行过程中，有许多途径可以减少电能消耗，如：减少风机送风量、增加变频调速装置、提高风机运行速率等。合理的状况下，适当的措施是可以达到节能的目的。
合理确定室内环境参数。舒适性空调主要控制的参数就是室温，夏季空调室内计算温、湿度越小，房间里计算的冷负荷越大，消耗的能量就会越大。民用住宅人们的需求不尽相同，舒适性范围较为广泛，所以室内温度的变化对于室内舒适度的影响非常的大，然而，湿度对于室内的影响则比较的小。
不论是夏季还是冬季，室温都有5摄氏度的选择余地，所以要尽量选择高一点的室温设定值，冬季则要选择低一些，这样做的优势在于减少了维护结构的负荷和新风负荷，对空调的节能是会带来了极大的作用，无论是节能方面还是产生经济方面，会带来了一系列客观的效益，值得更多的单位借鉴。
2.3 送风湿度的优化
送风湿度重设定指的是在一定的工况下提高送风温度，从而达到节能目的的一种策略。提高送风温度具有多种优势，一方面可以提高AHu进口水温，另一方面有利于提升了冷水机的COP；在过度季节，新风湿度较低的时候，可以使用送风策略来减少其负荷量。减少了消耗量。为节能奠定了有利的基础。
3.控制策略的性能评价与对比
由于空气温度、湿度、送风温度以及新风量等诸多因素都是任何一种空调控制策略中的必须要达到的目的，因此这些相关因素就成为了空调控制系统的重要组成部分，不仅关系到系统能否具有一个舒适的环境，还较大幅度的影响到空调整体的运作情况。在保证各个参数正常的情况下，全方面仔细的考虑系统能耗、热适度、室内空气质量。熟知，空调系统是一个极其复杂的系统，同时要受到气候、空调运行模式的影响非常的大，在不同控制条件下，对这些参数造成的影响就会变得不一样。单一的能量指标是不能完全代表其正常运作状况的，因此迫切需要一个新的控制策略来进行权衡。 送风湿优化控制策略是符合更多的需求，有相当大的优越性，最关键是有助于改善空气质量、优化室内空气指标、达到了良好的送风量。一方面在新风部分替代了原先的冷水机严重的负荷，另一方面，送风温度优化控制策略在温度较低的时候大量的引入了新风量，减少了正午或者是温度较高时候的送风量，从而达到了减少系统的能源消耗。尤其是在我国，过度季节温差是明显的增大，常常早晚与夜晚之间的温度具有明显的对比，这种温度条件非常适合送风温度控制策略，非常节能并且很健康。
这种控制策略不仅仅是给我们的生活带来了很多好处，有利于我们的健康的同时达到了良好的节能功效，我们应该要正确的去认识和适用，合理的去适用，能为我们的生活带来了一系列的方便，相信她是会在更多的领域中发挥出自己的功效，造福于整个社会，造福于整个人类。社会在不断进步，科学技术也是要与时俱进，只有不断的进步，那么才会拥有更多的创新，创新是前进的动力。
4. 结语
我们针对一个常见的建筑物进行空调系统消耗能量进行科学的分析，运用BIN法、能量消耗计算法及其他方法，经过试验和对比得出了以下结论。影响空调能耗的主要因素有室内温度的设定值、室内人数、新標准风、内部负荷等等。根据这些因素且提供了更加可行性的控制策略，起到优化和改善室内空气质量的作用。具体的结论如下：
4.1 BIN法建立起能耗计算模型和数学处理，得出了相应的影响因素，在这些主要的因素当中，室内温度设定值越高，系统能量消耗小，其他的关键因素则是相反结果。
4.2 改变送风温度的策略并不是很多，主要是依赖于室内外空气中焓值来决定，因此其节能效果并不理想。此控制策略的优势体现在交替季节时候，有助于改善室内空气的品质。
4.3 改变室内送风温度具有成本低、容易实现等特点，但是缺点在于其舒适性和空气质量有一定影响。如何在节能和技术方面做到均衡，又能够保障室内的空气环境是需要不断的去研究和实践，找到客观的标准来对其选取合适的权重是有利于问题的解决。
参考文献
[1] 晋欣桥，王盛卫.满足新标准ASHRAE Standard 62-1989R空调系统的实时控制[J].暖通空调. 1999（02）
[2] 晋欣桥，夏凊，王盛卫.多区域VAV空调系统及其局部DDC控制器的动态模拟[J]. 制冷学报. 1999（01）
[3] Wang Shengwei，Chan W T.Optimal and robust control ventilation airflow rate for improving energy efficiency and IAQ. Building and Environment . 2004
[4] Sekhar S C.Space temperature difference，cooling coil and fan—energy and indoor air quality issues revisited. Energy and Build . 2005
[5] Jin Xinqiao，Du Zhimin，Xiao Xiaokun.Energy evalua-tion of optimal control strategies for central VWV chiller systems. Applied Thermal Engineering . 2007
关键词：多区域；部分负荷；变风量系统；节能
工业的快速发展，给人们生活带来方便的同时，对于相关性产品的科技技术和特定作用有了更高的要求，以满足人们日益增长的需求。变风量空调系统自身具有追踪负荷功能，且节能效果远远高于传统空调系统的优点，受到了人们的喜欢和适用。
在我国，过渡季节的昼夜温差一般都波动较大，有必要对VAV 系统的送风温度进行实时优化并重设定。送风温度重设定（supply air temperature reset，SAT-reset）是指在一定工况下提高系统送风的送风温度，从而达到节能目的的一种控制策略。我们在稳定工况下分析了送风优化控制的节能效果，并在此基础上提出了一个可行的送风温度控制优化方案。
1. 稳定工况下的SAT-reset结果比
1.1 AHU空调
首先，将AHU和空调区看作是一个稳定在恒定的设定温度的开口系统环境，系统本身是具有热源，空调区域的内部负荷，系统流入的能量，流出的能量，和AHU负荷，直接用T来表示温度，F来表示流量，“oa”代表新风，“ca”代表排风，“set”代表设定的温度，由能量方程式可以得出以下的结论：当toa 等于tea 时，Qr 始终等于Qi；当toa 低于tea时，Foa 越大，即直线斜率越大，AHU 负荷就越小，能耗也越小；当toa 高于tea 时，Foa 越大，AHU 负荷就越大，能耗也越大。从节能角度考虑，新风温度较低时应当尽量增大新风量；新风温度较高时，应当在保证空调区域最小新风要求的前提下盡量减少新风量。
1.2 BIN法改进
实验证明，各种环境因素都有可能会影响到空调负荷，比如：气温、含湿量、太阳总负荷。从某种意义上讲，现有的BIN法具有不足之处，此方法主要是依靠频段中的干球温度以及对应的湿球温度的平均值来测定出，没有直接的反映出各个量之间的变化。
我们则是联合频率表来进行操作，不仅仅是从外观上科学的比对出两个变量之间的变化，更加重要的是其准确性较高。常规 BIN 法掩盖了各 BIN 段下的含湿量极值，减弱了各气象参数之间的相关性，而含湿量对新风热负荷计算的准确性十分重要，同时间接对空调系统的运行规划方案产生影响。联合频率表法能够列出不同小时数在不同温度和湿度下的分布，不仅弥补了上述不足，而且为机组的合理选型以及系统运行方案的规划提供了参考依据。
1.3 建筑能耗计算
针对某一地区的高层商用建筑物来进行能耗分析，选择其中的一层楼来进行研究对象，将该层楼的室内温度设定为25摄氏度，相对湿温为50%，办公楼的工作时间为早上8：00-21：00，空调期间，室内要保持正压状态，非空空调期渗透量为0.5次换气量。内部负荷按照20W/M^2来计算。就此地区的总体情况来看，按照以下的公式来计算，得到相应的数值。
QTOTS——各 BIN 段内的显热负荷；
QTOTL——各 BIN 段内的潜热负荷；
QS——总显热负荷；
QL——总潜热负荷。
根据以上的公式来进一步的得出理论值，对建筑物的湿度以及日照方面数值有了更科学的答案。
2. 空调系统中的节能策略
2.1 利用室外新风
夏冬季节空调在运行过程中应该要采取最小新风运行方法，空调在运行过程中最小风量主要还是依赖于该区域的卫生状况。简单来讲，对于民用建筑，在室内没有任何人吸烟或其他情况下，一般采用最小的风量为8m^3。且在条件允许的情况下适当减少风量。
过度季节，发热量较大的空调需要采用新风来减少室内负荷，减少冷水机的运行时间，从而达到节能的目的。运行内，在卫生状况允许的条件下，减少新风量的适用和节能才有意义。如果出现在供给时间以内，室外值小于室内值，均可以将室外新风作为冷源，改成新风运行。这样一来，不仅可以缩短制冷机的运行时间、减少系统消耗的能耗，还起到了改善及优化空气质量的作用。
2.2 利用太阳差送温
风机运行过程中，有许多途径可以减少电能消耗，如：减少风机送风量、增加变频调速装置、提高风机运行速率等。合理的状况下，适当的措施是可以达到节能的目的。
合理确定室内环境参数。舒适性空调主要控制的参数就是室温，夏季空调室内计算温、湿度越小，房间里计算的冷负荷越大，消耗的能量就会越大。民用住宅人们的需求不尽相同，舒适性范围较为广泛，所以室内温度的变化对于室内舒适度的影响非常的大，然而，湿度对于室内的影响则比较的小。
不论是夏季还是冬季，室温都有5摄氏度的选择余地，所以要尽量选择高一点的室温设定值，冬季则要选择低一些，这样做的优势在于减少了维护结构的负荷和新风负荷，对空调的节能是会带来了极大的作用，无论是节能方面还是产生经济方面，会带来了一系列客观的效益，值得更多的单位借鉴。
2.3 送风湿度的优化
送风湿度重设定指的是在一定的工况下提高送风温度，从而达到节能目的的一种策略。提高送风温度具有多种优势，一方面可以提高AHu进口水温，另一方面有利于提升了冷水机的COP；在过度季节，新风湿度较低的时候，可以使用送风策略来减少其负荷量。减少了消耗量。为节能奠定了有利的基础。
3.控制策略的性能评价与对比
由于空气温度、湿度、送风温度以及新风量等诸多因素都是任何一种空调控制策略中的必须要达到的目的，因此这些相关因素就成为了空调控制系统的重要组成部分，不仅关系到系统能否具有一个舒适的环境，还较大幅度的影响到空调整体的运作情况。在保证各个参数正常的情况下，全方面仔细的考虑系统能耗、热适度、室内空气质量。熟知，空调系统是一个极其复杂的系统，同时要受到气候、空调运行模式的影响非常的大，在不同控制条件下，对这些参数造成的影响就会变得不一样。单一的能量指标是不能完全代表其正常运作状况的，因此迫切需要一个新的控制策略来进行权衡。 送风湿优化控制策略是符合更多的需求，有相当大的优越性，最关键是有助于改善空气质量、优化室内空气指标、达到了良好的送风量。一方面在新风部分替代了原先的冷水机严重的负荷，另一方面，送风温度优化控制策略在温度较低的时候大量的引入了新风量，减少了正午或者是温度较高时候的送风量，从而达到了减少系统的能源消耗。尤其是在我国，过度季节温差是明显的增大，常常早晚与夜晚之间的温度具有明显的对比，这种温度条件非常适合送风温度控制策略，非常节能并且很健康。
这种控制策略不仅仅是给我们的生活带来了很多好处，有利于我们的健康的同时达到了良好的节能功效，我们应该要正确的去认识和适用，合理的去适用，能为我们的生活带来了一系列的方便，相信她是会在更多的领域中发挥出自己的功效，造福于整个社会，造福于整个人类。社会在不断进步，科学技术也是要与时俱进，只有不断的进步，那么才会拥有更多的创新，创新是前进的动力。
4. 结语
我们针对一个常见的建筑物进行空调系统消耗能量进行科学的分析，运用BIN法、能量消耗计算法及其他方法，经过试验和对比得出了以下结论。影响空调能耗的主要因素有室内温度的设定值、室内人数、新標准风、内部负荷等等。根据这些因素且提供了更加可行性的控制策略，起到优化和改善室内空气质量的作用。具体的结论如下：
4.1 BIN法建立起能耗计算模型和数学处理，得出了相应的影响因素，在这些主要的因素当中，室内温度设定值越高，系统能量消耗小，其他的关键因素则是相反结果。
4.2 改变送风温度的策略并不是很多，主要是依赖于室内外空气中焓值来决定，因此其节能效果并不理想。此控制策略的优势体现在交替季节时候，有助于改善室内空气的品质。
4.3 改变室内送风温度具有成本低、容易实现等特点，但是缺点在于其舒适性和空气质量有一定影响。如何在节能和技术方面做到均衡，又能够保障室内的空气环境是需要不断的去研究和实践，找到客观的标准来对其选取合适的权重是有利于问题的解决。
参考文献
[1] 晋欣桥，王盛卫.满足新标准ASHRAE Standard 62-1989R空调系统的实时控制[J].暖通空调. 1999（02）
[2] 晋欣桥，夏凊，王盛卫.多区域VAV空调系统及其局部DDC控制器的动态模拟[J]. 制冷学报. 1999（01）
[3] Wang Shengwei，Chan W T.Optimal and robust control ventilation airflow rate for improving energy efficiency and IAQ. Building and Environment . 2004
[4] Sekhar S C.Space temperature difference，cooling coil and fan—energy and indoor air quality issues revisited. Energy and Build . 2005
[5] Jin Xinqiao，Du Zhimin，Xiao Xiaokun.Energy evalua-tion of optimal control strategies for central VWV chiller systems. Applied Thermal Engineering . 2007