辦公建筑中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運行優(yōu)化研究.pdf

1、我國建筑用能占全國能源消費總量的27.5％，并將隨著人民生活水平的提高逐步增加到30%以上，其中，公共建筑用能數(shù)量巨大且浪費嚴重。公共建筑的全年能耗中，供暖空調(diào)系統(tǒng)的能耗占40%-60%。自2015年10月1日起實施的《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB50189規(guī)定全年供暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)和照明的總能耗約須在上一版（2005年版）基礎(chǔ)上降低20%-23%。其中，供暖空調(diào)系統(tǒng)分擔(dān)的節(jié)能率約為7%-10%，除去冷熱源配置、設(shè)備制造水平的提升及設(shè)計

2、達到節(jié)能要求外，必須輔以空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的合理運行才能實現(xiàn)。而實際工程中，合理運行策略的制定又是空調(diào)系統(tǒng)運行管理中的薄弱環(huán)節(jié)。伴隨著越來越多的存量建筑，在保證一定舒適度的前提下，降低空調(diào)系統(tǒng)運行能耗的要求日益迫切。
　　本文對位于重慶市的一個小型的一級泵定流量空調(diào)系統(tǒng)進行了改造，將其改造為一級泵變流量空調(diào)系統(tǒng)實驗平臺。在夏季連續(xù)相似日對實驗平臺空調(diào)系統(tǒng)進行了不同運行策略下的測試，以研究不同運行策略對設(shè)備的運行情況、總耗電量、室內(nèi)溫濕度

3、及人員舒適性的影響。通過實測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，空調(diào)主機的節(jié)能降耗是空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化運行的重點和核心；一定負荷下空調(diào)系統(tǒng)存在著對應(yīng)的優(yōu)化運行策略，可以達到降低系統(tǒng)耗電量的目的。在實驗平臺的基礎(chǔ)上，利用TRNSYS仿真軟件，構(gòu)建了建筑物-空調(diào)系統(tǒng)仿真平臺，利用主機穩(wěn)定運行階段的實驗數(shù)據(jù)完成了模型的校驗。此外，為給運行人員視天氣狀況制定運行策略提供參考，采用逐步多元回歸方法，對模型建筑物的負荷與6個氣象因素的相關(guān)性進行了分析，得出：干球溫度、濕球溫度及降

4、水這三個因素在所分析的6個氣象因素中對負荷影響最為顯著，三個自變量共同解釋了變異量的34.8%。
　　在建立基準模型及優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，針對一個選定的空調(diào)水系統(tǒng)，選擇以下3個單一優(yōu)化變量及其中兩個變量或三個變量組成的多因素優(yōu)化變量進行運行工況優(yōu)化。即針對以下五種優(yōu)化情況：①優(yōu)化空調(diào)主機側(cè)冷凍水出水溫度(CHW)；②優(yōu)化冷卻水流量(CLR)；③優(yōu)化空調(diào)主機側(cè)冷凍水出、回水溫度(CHW\CRW)；④優(yōu)化空調(diào)主機側(cè)冷凍水出水溫度和冷卻水

5、流量(CHW\CLR)；⑤優(yōu)化空調(diào)主機側(cè)冷凍水出、回水溫度和冷卻水流量(CHW\CRW\CLR)，在定義全天預(yù)計不滿意者百分數(shù)之和（DPPD）的約束條件下，以分析日空調(diào)系統(tǒng)總耗電量為目標，分別采用虎克-捷夫算法（Hooke-Jeeves algorithm）、帶慣性權(quán)重的粒子群算法（Particle Swarm Optimizationwith Ineria Weightalgorithm）或視上述兩種優(yōu)化算法的優(yōu)化結(jié)果再輔以兩種算法的

6、混合優(yōu)化算法進行優(yōu)化，并引用福利經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域的“卡爾多-希克斯改進”準則對優(yōu)化后空調(diào)系統(tǒng)耗電量降低的現(xiàn)象進行了經(jīng)濟學(xué)角度的解釋。上述五種情況的優(yōu)化結(jié)果表明：
　　從分析日空調(diào)系統(tǒng)總能耗的角度，五種優(yōu)化方案中，對冷凍水出水溫度(CHW)和冷卻水流量(CLR)的二因素協(xié)同優(yōu)化相對于基準能耗節(jié)能14%，是五種方案中節(jié)能效果最好的一種；其次為三因素(CHW\CRW\CLR)協(xié)同優(yōu)化，得出的優(yōu)化結(jié)果相對于基準能耗節(jié)能13.9%；而針對單一變量

7、冷卻水流量(CLR)的優(yōu)化結(jié)果次之，節(jié)能效果為9.4%；再次為對冷凍水出(CHW)、回水溫度(CRW)的優(yōu)化方案，采用混合優(yōu)化算法得出的結(jié)果相對于基準能耗節(jié)能8.8%；五種情況的優(yōu)化結(jié)果匯總中，節(jié)能效果最差的是針對單一優(yōu)化變量冷凍水出水溫度(CHW)的優(yōu)化方案，但也已比基準能耗節(jié)約了5.3%的耗能量。從優(yōu)化變量的角度，針對分析日負荷工況，冷凍水出水溫度設(shè)置的優(yōu)化結(jié)果為10℃，冷卻水流量設(shè)置的優(yōu)化結(jié)果在冷卻水流量的下限值處取得，即100m

8、3/h，冷凍水回水溫度設(shè)置的優(yōu)化結(jié)果為12℃。從優(yōu)化算法的角度，由于虎克-捷夫算法精于局部尋優(yōu)，而粒子群算法強于全局搜索，當(dāng)兩種單一優(yōu)化算法的結(jié)果差別稍大時，采用混合優(yōu)化算法比單一優(yōu)化算法得出的總耗電量結(jié)果更低，說明混合優(yōu)化更具備完備性與精細性。
　　依據(jù)上述五種運行策略的節(jié)能效果并結(jié)合實際運行中參數(shù)的可調(diào)性，制定出了分析日運行策略選擇流程圖。這一分析方法為其它負荷工況或類似工程中優(yōu)化運行策略的制定提供了參考。
　　以上優(yōu)化

9、結(jié)果說明，在空調(diào)系統(tǒng)的運行中，要對設(shè)備的耗電量進行得失輕重的權(quán)衡分析以達到系統(tǒng)總耗電量最低的目的。通過優(yōu)化變量設(shè)置值，在不改變現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備配置的情況下，是實現(xiàn)以低成本方法降低空調(diào)系統(tǒng)運行能耗的有效手段。
　　另外，針對新風(fēng)負荷占空調(diào)系統(tǒng)總負荷比重大的情況，使用空氣-空氣能量回收裝置已成為降低新風(fēng)負荷的主要手段。然而，在實際運行中，空氣-空氣能量回收裝置的回收量與多種因素相關(guān)，如：室內(nèi)、外空氣狀態(tài)參數(shù)、新排風(fēng)量等。由于空氣-空氣

10、能量回收裝置的回收量一直處于動態(tài)過程，而裝置本身又是一個耗能部件，因此有必要對空氣-空氣能量回收裝置的運行進行優(yōu)化。論文通過構(gòu)建TRNSYS仿真模型，對空氣-空氣能量回收裝置的動態(tài)能量回收量進行了分析。根據(jù)回收能量的大小，提出了空氣-空氣能量回收裝置優(yōu)化運行工況區(qū)的概念。針對模型結(jié)果得出：若空氣-空氣能量回收裝置若僅在所定義的工況區(qū)III區(qū)和IV區(qū)運行，相比于全工況運行，回收裝置的節(jié)能量增加65.23%且裝置的運行時間減少31.18%。