建筑集中式空調通風系統(tǒng)設計研究

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摘要：為了降低由于預測準確度較低引起的空調通風系統(tǒng)控制效果不良的情況，提出建筑集中式空調通風系統(tǒng)的全工況模擬設計研究。通過對系統(tǒng)阻力元件和風閥末端模擬進行模擬，計算損失情況;通過對風機進行模擬，計算其實際應用性能;通過對風管管網(wǎng)模擬進行模擬對系統(tǒng)中的流量進行修正;通過對空調房間進行模擬，對室內溫度進行分析;最后通過對系統(tǒng)風機模擬，對控制效果進行計算。并進行試驗測試，試驗結果表明，所提模擬的結果可以實現(xiàn)將溫度控制在24－25℃，新風量為每秒鐘15L/人的目標，對于實際應用具有良好的指導作用。

關鍵詞：空調通風系統(tǒng)；全工況模擬；阻力元件；風管管網(wǎng)

引言

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，對于建筑內的輔助設施建設也逐漸人們關注的重點，除了最基礎的電力、消防等基礎設施外，建筑溫度調節(jié)裝置是關系到建筑實際應用性能的關鍵［1］。在此環(huán)境下，集中式的空調通風系統(tǒng)逐漸走入人們的視野。與分散式的獨立空調管理系統(tǒng)不同，集中式的管理方式可以實現(xiàn)對建筑內溫度的集中管理，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行集中調控的作用，因此，在對溫度進行調節(jié)時，需要對建筑內外的多方面進行綜合考慮，在此基礎上，實現(xiàn)對溫度的合理調節(jié)［3］。為了實現(xiàn)該目標，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)進行有效預測，并根據(jù)預測結果，對實際工作作出決策性的指導［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］?；诖耍疚奶岢鼋ㄖ惺娇照{通風系統(tǒng)的全工況模擬設計研究。通過該研究，以期為系統(tǒng)工程的實際應用提供有價值的參考。

1集中式空調通風系統(tǒng)全工況模擬設計

本文對系統(tǒng)的工況模擬主要包括兩個主要的部分，分別是建筑負荷的模擬以及系統(tǒng)運行情況的模擬［6］。其中，對于建筑負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)對建筑外圍設施結構以及建筑內部熱源傳導情況的分析，以此為基礎，建立起建筑與系統(tǒng)之間的關系;而系統(tǒng)運行情況的模擬主要是對其實時的冷負荷、風機運行耗能等因素進行分析［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，把空調通風系統(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)，是一個閉合回路結構。該系統(tǒng)內包括空氣處理機組、過濾器、冷盤管、風管、風閥末端等，這些設備都需要以阻力元件的角度進行分析。在此基礎上，在目標通風量的前提下，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)的通風量，計量單位為m3/s。1．1．2風閥末端模擬。風閥末端雖然也屬于阻力元件范疇內，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，通過空調通風盒總阻力損失可以表示為△P’=λ’ρQ24S(2)其中，λ’表示風閥末端的阻力系數(shù)，ρ表示空氣的密度，計量單位為kg/m3，S表示風閥截面的內側面積，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)，受風閥的特性影響。1．1．3風機模擬?？照{通風系統(tǒng)的風機一般情況下均為變速風機，因此，本文進行模擬設計時，以變速風機為基準對其進行模擬，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)風機的總壓頭，計量單位為Pa;表示風機的運行功率，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通風系統(tǒng)的適應性，對風機特性的表示采用多樣式的形式表示，其表達結果為

1．2風管管網(wǎng)模擬

風管管網(wǎng)的模擬主要是針對空調通風系統(tǒng)中，各管段的空氣流量、流動阻力損失設計的。本文采用的方法主要是將管網(wǎng)進行假設，把風管管網(wǎng)看做閉環(huán)回路。設置回路內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)路的流量進行修正，在管網(wǎng)總壓為0時，可以計算出管網(wǎng)內流量修正量，并以計算出的修正量為基礎，對流動方向下的流量值進行新一輪的設定。流量修正量可以表示為(6)其中，Qi表示回路內空氣流量，計量單位為m3/s，若管網(wǎng)回路內空氣呈順時針流動，則空氣流量為正，若空氣呈逆時針流動，則空氣流量為負，Q為流量修正量，單位與Qi，n為閉環(huán)元件個數(shù)。當?shù)玫剿谢芈返牧髁啃拚岛螅瑒t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，需要重新進行管網(wǎng)內回路流量的修正，確保所有修正值的誤差在允許范圍內。阻力件壓力損失計算如下:(8)

1．3空調房間模擬

模擬室內溫度，假設室內空氣均勻，溫度計算應基于能量守恒定律，室內瞬態(tài)溫度可表示為:C=ρQ2(T－TO)(9)式中C室內空氣溫度，計量單位為℃;T和T0分別表示當下時間以及初始時間，計量單位為s。

1．4風機轉速模擬

管道靜壓值等于風機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，計算風機轉速帶來的風管靜壓可采用下式表示(10)根據(jù)該值，對風機轉速進行調整。

2試驗測試

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

2．1測試環(huán)境

本試驗的硬件環(huán)境為Window10CPU4G，內存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℃，室內溫度設計目標為24～25℃，新風量為每秒鐘15L/人。以此為目標，采用本文設計的模擬對測試環(huán)境的空調通風系統(tǒng)進行全工況模擬，并得出結果如表1所示。

2．2測試結果

在上述實驗環(huán)境下，對建筑內的空調系統(tǒng)進行運行參數(shù)進行調節(jié)，并測試室內溫度的變化情況及人均新風量，其結果如表2所示。從表2中可以看出，根據(jù)工況模擬結果對空調通風系統(tǒng)進行調整，可以基本實現(xiàn)溫度24～25℃，通風量人均15m3/s。在溫度上，其實現(xiàn)了全天內的有效控制，在通風量上，在16:00～18:00階段，測試結果為14．86m3/s，低于目標值15m3/s，這主要是因為在該時段內，酒店出現(xiàn)了小幅度的入住高峰，進入酒店的人數(shù)出現(xiàn)了一定范圍內的猛增，因此出現(xiàn)了該情況。通過測試結果可以看出，本文設計的空調通風系統(tǒng)全工況模擬設計具有較高的實際應用價值，可以為實際工作提供有價值的參考，并且與預期結果具有較高的擬合度。

3結束語

集中式的空調通風系統(tǒng)不僅可以有效實現(xiàn)對建筑內溫度及通風量的統(tǒng)一控制，同時，對于減少建筑能源消耗也有重要意義。而對其進行集中管理的前提是充分滿足建筑內生活、工作人群的基本需要，因此，對其進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通風系統(tǒng)的全工況模擬設計研究，實現(xiàn)了對建筑內溫度和通風量的精準控制，對于空調通風系統(tǒng)的實際運行工作具有重要的指導價值。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)設備安裝集團有限公司