中央空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷修正量計(jì)算與節(jié)能研究-

1、中央空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷修正量計(jì)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(yáng)黎源空調(diào)工程有限公司,沈陽(yáng)110024;2.中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院,沈陽(yáng)110006;3.沈陽(yáng)市城鄉(xiāng)建筑設(shè)計(jì)研究院,沈陽(yáng)110015;4.遼寧靖軒空調(diào)防排煙工程有限公司,沈陽(yáng)110031摘要:針對(duì)傳統(tǒng)中央空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算中的缺陷,提出了基于歷史知識(shí)的案例分析的得熱量增量計(jì)算方法,通過(guò)實(shí)例進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),能夠?qū)崿F(xiàn)較為合理的中央空調(diào)冷負(fù)荷的計(jì)算,具有自適應(yīng)能力,能夠應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng)制冷量的計(jì)算和合理確定中央空調(diào)設(shè)備容量,具有廣闊的應(yīng)用前景和節(jié)能意義。關(guān)鍵詞:中央空調(diào)節(jié)能;冷負(fù)荷;得熱量增量;中央空調(diào)設(shè)備容量中圖分類

2、號(hào):TU831.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1673-7237(200805-0009-04Research on Calculation for Cooling Load Correctionand Energy Efficiency in Central Air-conditioning System sLI Yang-xian1,SUN Xiu-wei2,CAO Yan3,SUN Hong-jian4(1.Shenyang Liyuan Air Conditioning Engineering Co.,Ltd.,Shenyang110024,China;2.China Northeast

3、Architectural Design&Research Institute,Shenyang110006,China;3.Liaoning Urban and Rural Area Construction Design Institute,Shenyang110015,China;4.Liaoning Jingxuan Air-conditioning Smoke Prevention Engineering Co.,Ltd.,Shenyang110031,ChinaAbstract:In view of the problems during the traditional c

4、alculation 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(CBRwas presented.A case of simulation test was carried out,which indicates that the proposed method can achieve rel

5、atively 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 proposed method has wide application prospect and significance of energy efficie

6、ncy.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(duì)于整幢建筑的能耗的影響是一個(gè)關(guān)鍵性因素。合理確定空調(diào)設(shè)備容量是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的前提,空調(diào)設(shè)備容量的大小取決于冷負(fù)荷的大小。冷負(fù)荷計(jì)算是中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。冷負(fù)荷的計(jì)算方法也從早期的當(dāng)量溫差法、諧波分解法、反應(yīng)系數(shù)法、冷負(fù)荷系數(shù)法進(jìn)入到目前常用的冷負(fù)荷模擬方法10。目前該計(jì)算主要由基本負(fù)荷疊加組成1,

7、而在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中,實(shí)際的冷負(fù)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(jì)算方法很難適應(yīng)復(fù)雜多變的應(yīng)用場(chǎng)合2,3,5。本文針對(duì)各種不確定因素影響下的中央空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷的計(jì)算問(wèn)題,在傳統(tǒng)冷負(fù)荷系數(shù)法中央空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷計(jì)算的基礎(chǔ)上提出了基于案例推理的方法的冷負(fù)荷修正量的計(jì)算,并對(duì)該方法進(jìn)行了仿真研究,試驗(yàn)結(jié)果表明,本文的計(jì)算方法能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的情況變化,為空調(diào)設(shè)計(jì)人員能夠合理地確定空調(diào)建筑冷負(fù)荷以及中央空調(diào)系統(tǒng)的自適應(yīng)控制等問(wèn)題提供了可靠的依據(jù),同時(shí)為人們普遍關(guān)注的中央空調(diào)的節(jié)能與自適應(yīng)控制等課題提供了嶄新的基礎(chǔ)平臺(tái)。1帶有得熱量增量的中央空調(diào)系統(tǒng)冷

8、負(fù)荷計(jì)算1.1基于冷負(fù)荷系數(shù)的傳統(tǒng)冷負(fù)荷計(jì)算方法簡(jiǎn)介空調(diào)房間夏季計(jì)算得熱量通常由以下幾部分組成:室內(nèi)外溫差經(jīng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量、太陽(yáng)輻射熱收稿日期:2008-02-29暖通與設(shè)備HEATING VENTILATION&EQUIPMENT 建筑節(jié)能2008年第5期(總第36卷第207期No.5in2008(Total No.207,Vol.369進(jìn)入的熱量以及人體、照明、工藝電氣設(shè)備散發(fā)的熱量。各項(xiàng)得熱量形成的冷負(fù)荷(單位均為瓦的計(jì)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(yáng)輻射:Q 3=a q ft F C

9、 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(shè)備:Q 7=P 1(7式中:K 為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù),W/(m 2K;F 為面積,m 2;t H 為逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算溫度,;t d 為計(jì)算溫度關(guān)于地區(qū)的修正值,;t W 為空調(diào)室內(nèi)計(jì)算溫度,;a 為室外氣溫,;q f 為冷負(fù)荷計(jì)算系數(shù);C s 為計(jì)算時(shí)刻通過(guò)單層3mm 厚普通玻璃進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱,W/m 2;C n 為玻璃類型修正系數(shù)和遮陽(yáng)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(shè)備功率,W 。

10、因此,空調(diào)的冷負(fù)荷量:Q =7i =1!Q i(8進(jìn)行逐時(shí)計(jì)算時(shí),此式變?yōu)?Q k =7i =1!Q ik(9式中:k 為計(jì)算時(shí)刻序數(shù)。1.2得熱量的修正量計(jì)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數(shù)。而溫度的測(cè)量具有滯后性,加上溫度本身是時(shí)變的,根據(jù)此二式計(jì)算的得熱量進(jìn)行空調(diào)冷負(fù)荷的設(shè)計(jì)必然會(huì)導(dǎo)致空氣調(diào)整量滯后,難以滿足空氣調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)要求。而(3(5式中的參數(shù)也涉及相應(yīng)的未知?jiǎng)討B(tài)時(shí)變特性,這些都是中央空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算和在線調(diào)節(jié)過(guò)程需要考慮的問(wèn)題。于是(9式可寫成基礎(chǔ)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(chǔ)量;Q k 為

11、得熱量修正量。得熱量修正量Q k 的計(jì)算是本文主要討論的問(wèn)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(xué)公式描述Q k 。于是我們將空調(diào)在運(yùn)行過(guò)程中存在大量的風(fēng)量調(diào)整實(shí)例作為計(jì)算的Q k 知識(shí)。案例分析技術(shù)就是利用先前相似問(wèn)題的解去匹配新問(wèn)題的解決方案。案例推理方法廣泛應(yīng)用于支持利用相關(guān)案例進(jìn)行人為推理的咨詢系統(tǒng),或在某一領(lǐng)域內(nèi)存在相當(dāng)數(shù)量的、相當(dāng)于領(lǐng)域知識(shí)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(chǔ),運(yùn)用案例推理方法計(jì)算(10式中的得熱量修正量Q k 。首先根據(jù)對(duì)得熱量調(diào)整量有影響的因素建立得熱量修正量案例庫(kù),并以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中,每

12、一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)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(dòng)量構(gòu)成的案例描述和由風(fēng)量調(diào)整量和得熱量調(diào)整量構(gòu)成的案例的解,為了進(jìn)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(shí)間和計(jì)算時(shí)刻。在表1的案例描述中x 1-x 4為實(shí)際測(cè)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(shè)備的臺(tái)數(shù);x 8=1,2,3,4,5,表示室內(nèi)人員活動(dòng)量為“大”、“偏大”、“

13、中”、“偏小”、“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(fēng)量調(diào)整量,Q max 為最大得熱量,F max 為最大送風(fēng)量。表1得熱量修正量案例C n得熱量修正量計(jì)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(shè)備臺(tái)數(shù)室內(nèi)人員活動(dòng)量得熱量修正量nkx 1x 2x 3x 4x 5x 6x 7x 8y相似度計(jì)算時(shí)刻10表1中相似度的計(jì)算方法為:設(shè)k 時(shí)刻的得熱量修正量計(jì)算條件為X i ,i=1,8。則它與C n 中每一個(gè)對(duì)應(yīng)案例描述的相似度為:sim(X i ,x i =1-X i -x iMax (X ix ,

14、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(jì)算條件的加權(quán)系數(shù),由實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)仿真得出。下面開始利用得熱量修正量案例庫(kù)進(jìn)行計(jì)算:首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出一個(gè)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(kù)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(kù)中不存在與當(dāng)前工況描述完全匹配的案例,因而檢索出的匹配工況的解并不能直接作為當(dāng)前工況的解,這就需要對(duì)

15、檢索得到的相似案例進(jìn)行重用。具體方法如下:設(shè)具有相同最大相似度的案例有l(wèi) ,(l >1,l Z 個(gè),假設(shè)這些案例C i ,i =1l 按“相似度”屬性值降序排列為:C 1,C 2C l ,Y 1,Y 2Y l 為其相應(yīng)的解,那么當(dāng)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(shí)間加權(quán)系數(shù),滿足12l ,可根據(jù)具體情況或經(jīng)驗(yàn)確定。案例重用的結(jié)果可以再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正,作為最終得熱量計(jì)算結(jié)果。然后將此次計(jì)算所得的案例描述和案例解作為一條新的案例存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中。隨著時(shí)間的推移,案例數(shù)量必然增加。需要對(duì)案例進(jìn)行維護(hù)。根據(jù)案例記錄的時(shí)間,刪

16、除一些很早的案例記錄,以減少運(yùn)算量。2仿真實(shí)驗(yàn)案例1以沈陽(yáng)市某寫字樓的某空調(diào)房間2005年的某一日的冷負(fù)荷計(jì)算為例,設(shè)計(jì)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(fēng)層、25mm 厚預(yù)制細(xì)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(jì);南窗:雙層全玻璃、鋼窗,掛淺色內(nèi)窗簾,16m 2,內(nèi)側(cè)對(duì)流;傳熱系數(shù)8.7W/(m 2K;室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度27,有8人,8:0018:00在室內(nèi)工作;人進(jìn)入室內(nèi)工作的起止時(shí)間:8:00,18:00;室內(nèi)計(jì)算溫度:26。該地區(qū)處于北緯41

17、6;48,屬于北區(qū),夏季大氣壓99816hPa ,空調(diào)室外計(jì)算溫度32,濕球溫度24,風(fēng)速9m/s ,冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度-12,風(fēng)速8m/s 。為了能夠保證運(yùn)算速度、增強(qiáng)數(shù)據(jù)搜索能力,本文采用人機(jī)交互功能強(qiáng)大、界面的編輯、運(yùn)行簡(jiǎn)潔可靠的VB 軟件作為本算法的軟件開發(fā)平臺(tái),鏈接數(shù)據(jù)庫(kù)采用Access 開發(fā)。對(duì)于給定地點(diǎn)和條件建立初始案例庫(kù)后,按照設(shè)計(jì)地點(diǎn)和條件進(jìn)行冷負(fù)荷計(jì)算。首先利用(1(8式計(jì)算冷負(fù)荷的基礎(chǔ)量,計(jì)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(shí)刻的得熱量修正量計(jì)算條件修正得熱量。假設(shè)在8:00得熱量修表2得熱量基礎(chǔ)值計(jì)算時(shí)刻8:009:0010:0011:0012:0013:

18、0014:0015:0016:0017:0018:00得熱量基礎(chǔ)量/W22982260225422622302234523662375235223132302正量計(jì)算條件描述見表3所示。按照(13式計(jì)算的與案例庫(kù)中全部案例匹配的相似度為0.76。經(jīng)過(guò)案例檢索和案例重用之后,根據(jù)(14式計(jì)算出得熱量修正量為8.5。即8:00總得熱量為2306.5W 。將此次計(jì)算結(jié)果作為新的案例保存在案例庫(kù)中。按照同樣的方法計(jì)算出其他時(shí)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(chǔ)得熱量的變化趨勢(shì)很接近,說(shuō)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)

19、人數(shù)散熱設(shè)備臺(tái)數(shù)室內(nèi)人員活動(dòng)量1734243511081表3空調(diào)間8:00得熱量修正量計(jì)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(chǔ)得熱量有所增加,根據(jù)案例庫(kù)進(jìn)行分析,這主要由室內(nèi)人員的活動(dòng)量較大、計(jì)算時(shí)刻處于人需要較大的冷量的階段等原因造成,這些都是傳統(tǒng)的得熱量計(jì)算難以完成的不確定量。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行,本文的案例庫(kù)中的案例數(shù)量將會(huì)增加,更多的調(diào)整得熱量的知識(shí)將被存貯和利用,計(jì)算結(jié)果將會(huì)趨于更加合理,因此,具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的功能和特點(diǎn),非常適合中央空調(diào)系統(tǒng)制冷量的設(shè)計(jì)和在線實(shí)時(shí)調(diào)整。3結(jié)論本文針對(duì)傳統(tǒng)中央空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算中的缺陷,提出了基于歷史知識(shí)的案例分析的

20、得熱量增量計(jì)算方法,通過(guò)實(shí)例進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),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(fù)荷的計(jì)算,具有自適應(yīng)能力,能夠應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng)制冷量的計(jì)算和合理確定空調(diào)設(shè)備容量,從而使空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能的目的。參考文獻(xiàn):1閻復(fù)志.空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中幾個(gè)冷負(fù)荷問(wèn)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(fēng)冷負(fù)荷特點(diǎn)及新風(fēng)濕負(fù)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 Tr

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