热带草原气候区空调系统方案优化分析

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在公共建筑中,空调系统能耗是建筑能耗的主要组成部分,促进空调系统的节能运行是实现建筑节能的重要环节。气候作为影响空调系统能耗的重要因素之一,不仅影响着末端空气处理过程,还制约着空调冷热源方案的选择。热带草原气候分布于南北纬10°~20°之间,主要包括东非高原以及澳大利亚南、北部等地区,具有全年高温、干湿季明显的气候特点,独特的气候特点使该气候区空调系统设计具有不同于国内传统空调系统的特征。本文以位于热带草原气候区的达喀尔的联合国某驻西非办公楼为研究目标,该工程由法国设计师提供建筑及空调初步设计方案,国内设计院进行方案优化及施工图深化。本文以目标建筑空调系统的能效比、系统能耗和费用年值为指标,通过数值模拟的方法探索了热带草原气候区适宜的空调冷源系统形式,并对空气处理过程进行了优化,主要研究内容如下:首先,利用De ST软件进行了建筑的全年负荷动态模拟计算,并根据热带草原地区的气候特点,筛选出水冷冷水机组+干式冷却器(水冷方案)和风冷冷水机组(风冷方案)两套冷源方案;根据空气处理过程的不同将全年分为3个空调工况区,绘制出空调运行时间的湿频图与焓频图,基于典型气象年数据对空调末端进行全年运行调节工况分析和能耗分析。其次,通过分析空调冷源系统各设备的运行原理,根据DOE-2模型分别构建了水冷冷水机组和风冷冷水机组的数学模型,利用样本数据对模型进行了拟合和验证,分析了冷冻水出口温度、冷却水进口温度(水冷冷水机组)、冷凝器进风温度(风冷冷水机组)和机组负载率对机组制冷量和COP的影响;根据泵相似定律搭建了水泵的数学模型,根据效能-传热单元数法搭建了干式冷却器的数学模型,分析了干式冷却器的进水温度、冷却水流量、冷却水进出口温差和负载率对其换热效率的影响,并提出了本文冷源系统能耗模型及评价指标。然后,通过分析TRNSYS软件对研究本课题问题的适用性,结合冷源系统各设备的数学模型建立了对应的仿真模块,并在此基础上分别搭建了水冷方案和风冷方案冷源系统的动态仿真平台。最后,借助于利用TRNSYS软件搭建的水冷和风冷两系统的仿真模拟平台,从冷却水温度、冷却水温差和调控策略(降低干式冷却器运行的负载率)三个方面逐步对水冷方案进行优化,切实降低了水冷方案的系统能耗;对比分析了水冷方案和风冷方能的空调系统能耗,并以费用年值为指标评价了水冷方案和风冷方案的经济性。在我国“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”构架的拉动下,热带草原气候区范围内的很多城市和地区的经济必将飞速发展,对于空调的需求必将大幅增加,越来越多的海外项目必将由国内企业承办。本文的研究成果不仅丰富了该气候区的空调系统设计,还为我国暖通空调行业拓展海外市场和加快国际化进程提供了参考。
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