中央空調(diào)系統(tǒng)冷負荷修正量計算與節(jié)能研究_百度文庫

1、中央空調(diào)系統(tǒng)冷負荷修正量計算與節(jié)能研究李養(yǎng)賢 1, 孫秀偉 2, 曹 巖 3, 孫鴻建 4(1. 沈陽黎源空調(diào)工程有限公司, 沈陽 110024; 2. 中國建筑東北設計研究院, 沈陽 110006;3. 沈陽市城鄉(xiāng)建筑設計研究院, 沈陽 110015; 4. 遼寧靖軒空調(diào)防排煙工程有限公司, 沈陽 110031摘要 :針對傳統(tǒng)中央空調(diào)冷負荷計算中的缺陷 , 提出了基于歷史知識的案例分析的得熱量增量計算方法 , 通過實例進行了仿真實驗 , 能夠?qū)崿F(xiàn)較為合理的中央空調(diào)冷負荷的計算 , 具有自適應能力 , 能夠應用于中央空調(diào)系統(tǒng)制冷量的計算和合理確定中央空調(diào) 設備容量 , 具有廣闊的應用前景和節(jié)能

2、意義。關(guān)鍵詞 :中央空調(diào)節(jié)能 ; 冷負荷 ; 得熱量增量 ; 中央空調(diào)設備容量中圖分類號 :TU831.2文獻標志碼 :A 文章編號 :1673-7237(200805-0009-04Research on Calculation for Cooling Load Correctionand Energy Efficiency in Central Air-conditioning System sLI Yang-xian 1, SUN Xiu-wei 2, CAO Yan 3, SUN Hong-jian 4(1.Shenyang Liyuan Air Conditioning Engine

3、ering Co., Ltd., Shenyang 110024, China;2.China Northeast Architectural Design &Research Institute, Shenyang 110006, China;3.Liaoning Urban and Rural Area Construction Design Institute, Shenyang 110015, China;4. Liaoning Jingxuan Air-conditioning Smoke Prevention Engineering Co., Ltd., Shenyang

4、110031, ChinaAbstract:In view of the problems during the traditional calculation on the cooling load for central air-conditionings (CACs, a comput-ing method for the increment of gained heat on basis of the historical knowledge-derived case based reasoning (CBR was presented. A case of simulation te

5、st was carried out, which indicates that the proposed method can achieve relatively reasonable calculation on the cooling load for CACs. With self-adaption ability, this approach can be applied to calculate the cooling capacity, and properly determine the equipment capac-ity for CACs. Therefore, the

6、 proposed method has wide application prospect and significance of energy efficiency.Key w ords:energy efficiency in central air-conditionings(CACs; cooling capacity; increment of gained heat; equipment capacity for CACs0引言空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能對于整幢建筑的能耗的影響是 一個關(guān)鍵性因素。 合理確定空調(diào)設備容量是空調(diào)系統(tǒng) 節(jié)能的前提, 空調(diào)設備容量的大小取決于冷負荷的大 小。 冷負荷

7、計算是中央空調(diào)系統(tǒng)設計的基本依據(jù)。 冷 負荷的計算方法也從早期的當量溫差法、諧波分解 法、 反應系數(shù)法、 冷負荷系數(shù)法進入到目前常用的冷 負荷模擬方法 10。目前該計算主要由基本負荷疊加組 成 1, 而在空調(diào)系統(tǒng)運行的過程中, 實際的冷負荷還同 季節(jié)、 氣候、 人文、 使用者的心理狀態(tài)等諸多難以量化 的因素密切相關(guān), 這使得傳統(tǒng)的計算方法很難適應復 雜多變的應用場合 2, 3, 5。本文針對各種不確定因素影響下的中央空調(diào)系 統(tǒng)冷負荷的計算問題, 在傳統(tǒng)冷負荷系數(shù)法中央空調(diào) 系統(tǒng)冷負荷計算的基礎上提出了基于案例推理的方 法的冷負荷修正量的計算, 并對該方法進行了仿真研 究, 試驗結(jié)果表明, 本文

8、的計算方法能夠適應各種復 雜的情況變化, 為空調(diào)設計人員能夠合理地確定空調(diào) 建筑冷負荷以及中央空調(diào)系統(tǒng)的自適應控制等問題 提供了可靠的依據(jù), 同時為人們普遍關(guān)注的中央空調(diào) 的節(jié)能與自適應控制等課題提供了嶄新的基礎平臺。 1帶有得熱量增量的中央空調(diào)系統(tǒng)冷負荷計算 1.1基于冷負荷系數(shù)的傳統(tǒng)冷負荷計算方法簡介 空調(diào)房間夏季計算得熱量通常由以下幾部分組 成:室內(nèi)外溫差經(jīng)圍護結(jié)構(gòu)傳入的熱量、 太陽輻射熱收稿日期 :2008-02-29 暖 通 與 設 備HEATING VENTILATION &EQUIPMENT 建 筑 節(jié) 能2008年第 5期 (總第 36卷 第 207期 No.5in 2

9、008(Total No.207, Vol.369進入的熱量以及人體、 照明、 工藝電氣設備散發(fā)的熱 量。各項得熱量形成的冷負荷 (單位均為瓦 的計算公 式如下 8:外墻和屋頂:Q 1=K F (t H +t d -t n (1外窗:Q 2=K F t W -t n (2太陽輻射:Q 3=a q ft F C s C n(3 人體:Q 4=q n n' (4白熾燈:Q 5=P (5熒光燈:Q 6=nP (6工藝設備:Q 7=P 1(7式中:K 為圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù), W/(m 2 K ;F 為面積, m 2;t H 為逐時冷負荷計算溫度, ; t d 為計算溫度關(guān)于地區(qū)的修正值, ;

10、t W 為空調(diào)室內(nèi)計算溫度, ; a 為室外氣溫, ;q f 為冷負荷計算系數(shù);C s 為計算時刻通過單層 3mm 厚普通玻璃進入 室內(nèi)的太陽輻射熱, W/m 2;C n 為玻璃類型修正系數(shù)和遮陽系數(shù); q , n , n' 分別為成年人散熱量 (W 室內(nèi)總?cè)藛T和 群集系數(shù);P 為電燈功率, W ; n 為鎮(zhèn)流器耗功系數(shù); P 1為工藝設備功率, W 。 因此, 空調(diào)的冷負荷量:Q =7i =1! Q i(8進行逐時計算時, 此式變?yōu)?Q k =7i =1! Q ik(9式中:k 為計算時刻序數(shù)。1.2得熱量的修正量計算方法從 (1(2 兩式可知, 外墻屋頂和外窗的得熱量均 為溫度的函

11、數(shù)。而溫度的測量具有滯后性, 加上溫度 本身是時變的, 根據(jù)此二式計算的得熱量進行空調(diào)冷 負荷的設計必然會導致空氣調(diào)整量滯后, 難以滿足空 氣調(diào)節(jié)的實時要求。而 (3 (5 式中的參數(shù)也涉及相 應的未知動態(tài)時變特性, 這些都是中央空調(diào)冷負荷計 算和在線調(diào)節(jié)過程需要考慮的問題。 于是 (9 式可寫成 基礎量與修正量相加的形式, 即:Q k '=Q k + Q k (10其中, Q k 為得熱量基礎量; Q k 為得熱量修正量。得熱量修正量 Q k 的計算是本文主要討論的問 題。從上述討論的結(jié)果可知, 影響 Q k 的因素眾多且 包含不確定因素, 很難利用數(shù)學公式描述 Q k 。于是 我們

12、將空調(diào)在運行過程中存在大量的風量調(diào)整實例 作為計算的 Q k 知識。 案例分析技術(shù)就是利用先前相 似問題的解去匹配新問題的解決方案。 案例推理方法 廣泛應用于支持利用相關(guān)案例進行人為推理的咨詢 系統(tǒng), 或在某一領(lǐng)域內(nèi)存在相當數(shù)量的、 相當于領(lǐng)域知識的可用案例 9。因此, 本文以空調(diào)制冷工作中大量 的歷史數(shù)據(jù)為基礎, 運用案例推理方法計算 (10 式中 的得熱量修正量 Q k 。首先根據(jù)對得熱量調(diào)整量有影響的因素建立得 熱量修正量案例庫, 并以數(shù)據(jù)庫的形式存儲于計算機 中,每一個數(shù)據(jù)庫由若干條案例記錄組成,記為 C n , n=1, 2, , 見表 1所示。每條案例主要有包括由室外 溫度、 室外

13、濕度、 室內(nèi)溫度、 室內(nèi)濕度、 天氣情況、 室內(nèi) 人數(shù)以及室內(nèi)人員活動量構(gòu)成的案例描述和由風量 調(diào)整量和得熱量調(diào)整量構(gòu)成的案例的解, 為了進行案例匹配和案例重用等工作,每條案例還包括其相似度、 時間和計算時刻。在表 1的案例描述中 x 1-x 4為實際測量值,即為 連續(xù)變量而 x 5-x 8為離散變量。 其中, x 5=1, 2, 3, 分別表示天氣情況為 “好” 、 “ 中” 、 “差” ;x 6=0, 1, 2, , 表示室內(nèi)的人數(shù);x 7=0, 1, 2, , 表示室內(nèi)散熱設備的臺數(shù);x 8=1, 2, 3, 4, 5, 表示室內(nèi)人員活動量為 “大” 、“偏大” 、 “ 中” 、 “ 偏

14、小” 、 “ 小” ;得熱量修正量:y = F Q max /F max (11其中, F 為在案例描述的情況下的送風量調(diào)整量, Q max 為最大得熱量, F max 為最大送風量。表 1得熱量修正量案例 C n得熱量修正量計算條件描述 (案例描述 案例解 室外溫度室外濕度室內(nèi)溫度室內(nèi)濕度 天氣情況 室內(nèi)人數(shù) 散熱設備臺數(shù)室內(nèi)人員活動量得熱量修正量nkx 1x 2x 3x 4x 5x 6x 7x 8y相似度 計算時刻10表 1中相似度的計算方法為:設 k 時刻的得熱量修正量計算條件為 X i , i=1, , 8。則它與 C n 中每一個對應案例描述的相似度為:sim(X i , x i =

15、1-X -x ix , x i i=1, 8(12則 X i 同每條案例 C n 的相似度為:x =SIM(X i , C n =8i =1! i sim(X i ,x ij , j=1, 2, (13其中, x ij 表示案例 C n 中的數(shù)據(jù)記錄, i 表示得熱量修正量計算條件的加權(quán)系數(shù),由實際經(jīng)驗或?qū)嶒灧?真得出。下面開始利用得熱量修正量案例庫進行計算:首先根據(jù)實驗得出一個 01之間接近于 1的數(shù) 字作為相似度的閾值 SIM V ,并從案例庫中檢索出所 有相似度 >SIM V 的案例記錄, 并記錄案例的解, 以 用于下一步的處理。一般情況下案例庫中不存在與當前工況描述完 全匹配的案

16、例, 因而檢索出的匹配工況的解并不能直 接作為當前工況的解, 這就需要對檢索得到的相似案 例進行重用。具體方法如下:設具有相同最大相似度的案例有 l ,(l >1, l Z 個, 假設這些案例 C i , i =1 l 按 “相似度” 屬性值降序 排列為:C 1, C 2 C l , Y 1, Y 2 Y l 為其相應的解,那么 當前工況描述的解 Y 為:Y =li =1! i Y i /li =1! i(14其中, i 為本次案例重用的時間加權(quán)系數(shù),滿足 12l ,可根據(jù)具體情況或經(jīng)驗確定。 案例重用的結(jié)果可以再根據(jù)實際情況進行修正, 作為最終得熱量計算結(jié)果。 然后將此次計算所得的案

17、例描述和案例解作為一條新的案例存儲于計算機中。隨著時間的推移, 案例數(shù)量必然增加。需要對案例進行維護。根據(jù)案例記錄的時間, 刪除一些很早的案例 記錄, 以減少運算量。2仿真實驗案例 1以沈陽市某寫字樓的某空調(diào)房間 2005年 的某一日的冷負荷計算為例, 設計條件為:屋面:內(nèi)粉刷, 由內(nèi)向外為 70mm 厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土板、 隔氣層、25mm 厚加氣混凝土保溫層、 水泥砂 漿找平層、 卷材防水層、 通風層、 25mm 厚預制細石混 凝土板, 面積 40m 2;南墻:370mm 厚紅磚墻, 內(nèi)粉刷, 22m 2, 內(nèi)墻不計;南窗:雙層全玻璃、 鋼窗, 掛淺色內(nèi)窗簾,16m 2, 內(nèi)側(cè)對流;傳熱系數(shù)

18、 8.7W/(m 2 K ; 室內(nèi)設計溫度 27, 有 8人, 8:0018:00在室 內(nèi)工作;人進入室內(nèi)工作的起止時間:8:00, 18:00; 室內(nèi)計算溫度:26。 該地區(qū)處于北緯 41°48 , 屬于北區(qū), 夏季大氣壓 99816hPa , 空調(diào)室外計算溫度 32, 濕球溫度 24, 風速 9m/s , 冬季空調(diào)室外計算溫度 -12, 風速 8m/s 。為了能夠保證運算速度、增強數(shù)據(jù)搜索能力, 本 文采用人機交互功能強大、 界面的編輯、 運行簡潔可靠的 VB 軟件作為本算法的軟件開發(fā)平臺,鏈接數(shù)據(jù) 庫采用 Access 開發(fā)。對于給定地點和條件建立初始 案例庫后, 按照設計地點

19、和條件進行冷負荷計算。首先利用 (1 (8 式計算冷負荷的基礎量,計算結(jié)果見 表 2所示。再按照本文提出的方法根據(jù)每一時刻的得熱量 修正量計算條件修正得熱量。假設在 8:00得熱量修表 2得熱量基礎值計算時刻 8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00得熱量基礎量 /W22982260225422622302234523662375235223132302正量計算條件描述見表 3所示。按照 (13 式計算的與案例庫中全部案例匹配的 相似度為 0.76。經(jīng)過案例檢索和案例重用之后, 根據(jù) (14 式計算出得熱量修正量為 8.5。 即

20、 8:00總得熱量 為 2306.5W 。將此次計算結(jié)果作為新的案例保存在 案例庫中。按照同樣的方法計算出其他時刻的得熱量, 見圖 1所示。從圖 1中可以發(fā)現(xiàn), 修正后的得熱量與基礎 得熱量的變化趨勢很接近, 說明本文的算法具有較好圖 1得熱量比較圖室外溫度 /室外濕度 /%室內(nèi)溫度 /室內(nèi)濕度 /%天氣情況室內(nèi)人數(shù)散熱設備臺數(shù)室內(nèi)人員活動量1734243511081表 3空調(diào)間 8:00得熱量修正量計算條件描述11的穩(wěn)定性。在 8:00, 12:00, 13:00修正后得熱量較基 礎得熱量有所增加, 根據(jù)案例庫進行分析, 這主要由 室內(nèi)人員的活動量較大、 計算時刻處于人需要較大的 冷量的階段

21、等原因造成, 這些都是傳統(tǒng)的得熱量計算 難以完成的不確定量。經(jīng)過一段時間的運行, 本文的 案例庫中的案例數(shù)量將會增加, 更多的調(diào)整得熱量的 知識將被存貯和利用,計算結(jié)果將會趨于更加合理, 因此, 具有自學習和自適應的功能和特點, 非常適合 中央空調(diào)系統(tǒng)制冷量的設計和在線實時調(diào)整。3結(jié)論本文針對傳統(tǒng)中央空調(diào)冷負荷計算中的缺陷, 提 出了基于歷史知識的案例分析的得熱量增量計算方 法, 通過實例進行了仿真實驗, 結(jié)果表明本文的方法 能夠?qū)崿F(xiàn)較為合理的中央空調(diào)冷負荷的計算, 具有自 適應能力, 能夠應用于中央空調(diào)系統(tǒng)制冷量的計算和 合理確定空調(diào)設備容量, 從而使空調(diào)系統(tǒng)達到節(jié)能的 目的。參考文獻 :1

22、閻 復 志 . 空 調(diào) 系 統(tǒng) 設 計 中 幾 個 冷 負 荷 問 題 的 探 討 J. 煤 炭 工 程 , 2005(3:21-23.2張燕 , 丁云飛 . 夏季熱濕地區(qū)新風冷負荷特點及新風濕負荷的處理 J. 制冷 ,2005(S1:30-33.3LIN Zhong-ping, DENG Shi-ming. A Study on the Characteristics of Nighttime Bedroom Cooling Load in Tropics and Subtropics J. Building and Environment,2004,39(6:1101-1114.4Omar

23、 MA,AL-Rabghi, Khalid M,AL-Johani. Utilizing Transfer Func-tion Method for Hourly Cooling Load CalculationsJ. Energy Conversion and Management,1997,38(4:319-332.5Danny HW Li, SL Wong, Joseph C Lam. Climatic Effects on Cooling Load Determination in Subtropical Regions J. Energy Conversion and Managem

24、ent,2003,44(5:1831-1843.6Abdullatif E Ben-Nakhi, Mohamed A Mahmoud. Cooling Load Predic-tion for Buildings Using General Regression Neural Networks J. Energy Conversion and Management,2004,45(6:2127-2141.7GC Bakos, E. Tsioliaridou, NF Tsagas. Experimental Investigation of A Low Energy Consumption Ai

25、r Conditioning System Based on Conventional Central Heating InstallationJ. Energy and Buildings,2006,38(6:45-52. 8鄭愛平 . 空氣調(diào)節(jié)工程 M. 北京 :科學出版社 ,2002.9David B Leake, Andrew K, David W. Case-Based CBR:Capturing and Reusing Reasoning about Case AdaptationJ. International Journal of Ex-pert System,2000,10(

26、2:191-213.10羅智特 , 杜雁霞 , 賈代勇 . 空調(diào)動態(tài)負荷計算方法及比較 J. 制冷與空 調(diào) ,2005,5(2:57-61.作者簡介 :李養(yǎng)賢 (1974 , 男 , 甘肅人 , 沈陽黎源空調(diào)工程有限公司 , 工程師 , 暖通空調(diào)工程專業(yè) , 研 究方向為暖通空調(diào)工程施 工與節(jié)能 (wfh_neu 。行業(yè)動態(tài)與資訊熱 烈 祝 賀建筑節(jié)能期刊被美國劍橋科學文摘 (CSA 收錄由中國建筑東北設計研究院有限公司主辦的 建筑節(jié)能 期刊, 近日通過美國 劍橋科學文摘:工程技術(shù) (CSA 的嚴格 評估, 于 2008年 4月被正式收錄為該檢索系統(tǒng) 21種數(shù)據(jù)庫來 源期刊。這是 建筑節(jié)能 期刊繼美國 化學文摘 (CA 收錄后 又新加入的一個國際檢索系統(tǒng), 使 建筑節(jié)能 期刊在國內(nèi)已頗 具盛譽的基礎上, 在國際影響力方面又上了一個新的臺階。 建筑節(jié)能 期刊成功入編美國 劍橋科學文摘 (CSA , 既是其辦刊質(zhì)量、 學術(shù)水平得到國際認可的證明, 同時也是中 國建筑節(jié)能行業(yè)開展國際學術(shù)交流的了又一扇窗口,對其擴 大 建筑節(jié)能 期刊的國際影響力, 貫徹實施新聞出版 “走出 去