变风量空调系统全年运行工况特性分析.pdf

中 文 摘 要 本文以办公楼的变风量(V A V)空调系统为研究对象，从节能和系统控制的角度，对建筑全年能耗和变风量系统的控制特性展开了理论模拟和实验研究，重点计算和分析了建筑全工况负荷变化规律和不同静压控制方式下变风量空调系统的 性能和运行规律。主要研究内 容包括:1.办公楼全工况负荷模拟分析:采用热平衡法模拟建筑热过程及负荷变化规律，重点对建筑内、外区负荷分布特点以及逐时变化规律进行了模拟研究，得到 各空调分区全工况负荷变化情况。通过模拟发现，各朝向外区间逐时负荷也 有较大差异，所以 对建筑分区考虑冷负荷，合理设计和布置空调系统显得一 I.分重要。2，不同静压控制方式下变风量空调系统特性分析:针对变风量空调系统的风系 统建立相应模型，模拟风道管网、V A、末端控制过程、风机运行特性及能耗，并将建筑负荷与、A V控制系统模拟相祸合，考虑建筑墙体内表面的蓄热对空 调房间室内温度动态反应的影响，采用热网络模型和传递函数法推导了墙体 内表面热容理论计算式，并将热容影响一项加到空调房间模型中。分析了定 静压控制和变静压控制控制方式 卜，室内 温、湿度变化情况和风机能耗变化。模拟结果表明，变静压控制方式比定静压控制节能，在冬季工况平均节能 5 0.5%,夏季工况平均节能8%.3.不同风管布置形式下 变风量空调系统特性分析:分析了在不同的风管布置形 式下，风机能耗和室内热环境的特性。考虑了对称双管布置、不对称双管布 置和单管布置三种空调系统，室内温、湿度变化情况和风机能耗。模拟结果 表明，单管系统的阻力损失较大，阻力损失最小的是对称的双管系统。但是 对于非对称的双管系统，由于管段设计的不对称性，使得系统风量控制出现 一定的震荡。4，变风量空调系统实验研究:对香港地区某办公楼的变风量空调系统进行了实 地测试，分别测试了夏季冬季工况下，采用两种静压控制方式时，系统风机 能耗、风机流量、室内各区温度、风阀全开个数，风管静压等参数变化规律。比较了变静压控制方式节能效果，分析了运行中存在的问 题，以及影响变风 量系统节能效果的因素。同时实验数据与模拟结果的比较也为论证模拟程序 的可靠性提供了相应依据。关键词:建筑负荷模拟:变风量系统;静压控制;热网络模型ABS T RACT I n t h i s d i s s e r t a t i o n a n o ff i c e b u i l d i n g v a r i a b l e a i r v o lu m e s y s t e m p e r f o r m a n c e w a sa n a l y z e d i n t h e v i e w o f e n e r g y e ff i c i e n c y a n d s y s t e m c o n t r o l.T h e a n n u a l c o o l i n glo a d s a n d c o n t r o l p e r f o r m a n c e w it h d i ff e r e n t d u c t s t a t i c p r e s s u r e c o n t r o l w e r ep r e d i c t e d a n d t e s t e d.A n d t h e m a i n c o n t e n t a r e a s f o ll o w i n g1.R e s e a r c h o f a n o ff i c e b u i l d i n g a n n u a l c o o l in g l o a d s:T h e m u lt i-z o n e c o o l i n g lo a d s a n d c h a n g i n g w i t h t h e t i m e w e r e p r e s e n t e d a n d c o m p a r e d.T h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t t h e h o u r l y c o o l i n g l o a d s d i ff e r e n c e b e t w e e n z o n e s w a s g r e a t w h ic h m a k e s i m p o rt a n t t o d iv i d e d iff e r e n t z o n e s i n t h e V A V a i r-c o n d i t i o n i n g s y s t e m d e s i g n2.Mo d e l i n g o f V A V a i r-c o n d it i o n i n g s y s t e m w it h d i ff e r e n t c o n t r o l m e t h o d:A s i m u l a t io n p r o g r a m o f V A V a ir-c o n d it i o n i n g i n c l u d i n g d u c t n e t w o r k s,V A V b o x e s,f a n c o m p o n e n t s w a s p r e s e n t e d w h i c h c o u l d b e g e n e r a l l y u s e d t o p r e d i c t t h e s y s t e m c o n t r o l p e r f o r m a n c e a n d f a n p o w e r u n d e r t h e c o n s i d e r a t i o n o f a n n u a l c o o l i n g l o a d s.T h e b u i l d i n g t h e r m a l n e t w o r k s a n a l y t i c a l t h e o r y a n d c o n d u c t i o n t r a n s f e r f u n c t i o n we r e i n t r o d u c e d t o d e d u c e t h e f o r mu l a o f t h e r ma l a d mi t t a n c e f o r b u i l d i n g e n c l o s u r e w h i c h w a s a d d e d t o t h e z o n e m o d e l f o r H V A C s y s t e m s i m u l a t io n.T w o k i n d s s t a t i c p r e s s u r e c o n t r o l m e t h o d w e r e p r e s e n t e d.T h e z o n e t e m p e r a t u r e,h u m i d it y a n d f a n p o w e r w e r e p r e d i c t e d.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t f a n e n e r g y u s e r e d u c e d 5 0.5%i n w i n t e r a n d 8%i n s u m m e r w h e n d u c t s t a t ic p r e s s u r e r e s e t c o n t r o l w a s c o m p a r e d w i t h c o n s t a n t s t a t i c p r e s s u r e c o n t r o l.3.A n a l y s i s o f s y s t e m p e r f o r m a n c e w i t h d i ff e r e n t d u c t l a y o u t s:T h e s y s t e m p e r f o r m a n c e a n d z o n e a i r t e m p e r a t u r e o f t h r e e k i n d l a y o u t s w it h D S P R c o n t r o l w e r e p r e s e n t e d b y s i m u l a t i o n.T h e c o m p a r i s o n o f p r e d i c t i o n s i n d i c a t e d t h a t t h e l a y o u t o f t h e a ir d u c t m i g h t i n fl u e n c e s t h e f a n c o n t r o l r e s u lt a n d e n e r g y s a v i n g s.4.E x p e r i m e n t a l r e s e a r c h o f V A V a ir-c o n d it i o n in g s y s t e m:T h e e x p e r i m e n t a l d a t a w e r e a c h i e v e d f r o m a t r i a l i m p l e m e n t a t i o n o f t h e D S P R c o n t r o l a n d c o n s t a n t d u c t s t a t i c p r e s s u r e c o n t r o l m e t h o d i n a n e x i s t i n g o ff i c e b u i l d i n g i n H o n g K o n g.T h e e n e r g y e f f i c i e n c y w i t h D S P R c o n t r o l w a s r e p o rt e d a n d t h e r e a s o n s a ff e c t s u c c e s s f u l a p p l i c a t i o n o f t h e c o n t r o l m e t h o d w e r e a l s o p r o p o s e d.T h e p e r f o r m a n c e d a t a c o m p a r i s o n s h o w s t h e a c c u r a c y o f s i m u la t io n p r o g r a m.K e y w o r d s:L o a d s i m u l a t i o n;V A V s y s t e m;D u c t s t a t i c p r e s s u r e c o n t r o l;T h e r m a ln e t wo r k s1 1第一章绪论第一章绪 论1.1问题的提出 建筑构造设计和采暖空调系统的选配对建筑物的负荷和能源消耗有很大影响。由于常规能源储存有限而能耗与日 俱增，使得建筑节能己成为暖通空调(H V A C专业技术人员 所研究的热点课题之一L I-4 i。建筑节能研究内容主要涉及采暖空调负荷的计算、冷热源机组、空调机组的能耗计算、空调系统冷(热)媒驱动能耗及效率分析、经济性分析、建筑使用周期费 用(L i f e C y c l e C o s t)分析等。它将建筑构造热过程、冷热源设备采暖、空调设备及机组的工作特性及系统控制方法等结合考虑，最终得到全年(或更长时间)的建筑物所消耗的能量(如电能、油、气耗量或煤耗等)，并为建筑的节能提供备选方案和最佳的控制方式，以达到经济、合理的利用能源。V A V 空调系统是广泛应用在商用或办公建筑中的一种空调方式，相对于传统的定风量系统而言，风量可根据负荷的变化进行调节，可以明显节约能量。与传统的定风量系统上 在送风口 加导流阀的改进形式相比，也约可减少能耗2 5%1 在湿热的香港地区气候条件下，千球温度全年变化范围相对较小，相对湿度较高，通常在8 0%以上。对于室内热源发热量较高的办公楼而言，全年几乎都需要提供冷量，但总的冷负荷值在冬夏两季相差较大，所以在香港地区许多商用建筑都采取V A V 系统形式。目 前国内受技术、设备种种因素限制，使用较少。从节能和保证室内热湿环境的需要，很有必要对V A V系统的工作特性和建筑的节能效果进行详细地研究，以期对V A V系统形式的推广，作出确切的评价。V A V 系统的控制方式对能耗的影响也得到研究者的关注，在常规的定静压的控制 方 式下，也 提出了 变静 压 控制(D u c t S t a t i c P r e s s u r e R e s e t)，和 末 端风量 控制(T e r m in a l R e g u l a t e d A ir V o lu m e)tl目 前 可 用 于 以 上 两 种 控制 方 式 的 成 熟 商用软件还没有，以前对此大多数采用的都是基于实验研究基础上的经验计算。但由于能耗的受多种参数影响的非线形特性，系统能耗的预测受所测试的研究对象的制约，所获得的经验计算式很难推广到其他的V A V 系统中，进行系统特性分析。为了更好的模拟和预测V A V 空调系统控制特性，机组全年运行能耗以及建筑热环境，为减少能源消耗，提高供热、通风、空调系统的效率提供必要的理论技术指导;同时为了扩展现有能耗计算软件适用范围，便于对更多的建筑类型和V A V 控制方式的工作性能展开研究，本文对香港地区V A V 空调系统的控制方式和能耗进行了仿真模拟。本文的工作也是香港理工大学研究基金委员会资助的研究项目的工作内容的一部分。第一章绪 论1.2 建筑能耗模拟研究 在研究建筑环境与li V A C 系统之间的动态作用时，主要是借助计算机技术模拟、仿真来进行研究。随着计算机技术的迅速发展，计算和数据处理功能大大加强，基于状态空间表示的时域分析方法能够应用于仿真领域，时域分析方法可适宜分析多变量的非线性时变系统，因而能解决系统仿真中的一些关键问题。1.2.1建筑能耗模拟内容及方法 建筑能耗模拟是利用计算机技术，仿真计算建筑负荷、制冷机组能耗的有效方法，可为设计计算、机组选型等提供有力的技术支持，减少设计人员的工作量。它最大的好处是可以进行模拟大型复杂的系统，提供性能的详细数据，为设计方案确定，为建筑能耗预测与分析提供依据。建筑能耗模拟由建筑负荷计算、制冷机组及空调系统能耗计算等组成，其中建筑(空调)负荷的计算是能耗模拟计算的基础。因为建筑在冬季耗热量比较稳定，所以热负荷计算相对比较简单;而冷负荷计算需要考虑围护结构传热、太阳辐射和家具、墙体蓄热等情况，计算比较复杂。空调负荷计算方法在不断地改进。其计算方 法主要分为两大类:静态模拟方法和动态模拟方 法s-s)1、静态模拟方法;这是一种简化的能耗计算方法。该方法虽然在理论上作了很大简化，结果也很粗略，但计算速度快，易于手算，可用于研究能耗趋势，进行系 统比 较与替代。在这类方法中 包括度日 法 D e g r e e D a y M e t h o d)、温频法(B i nM e t h o d)、满负荷系 数法(E q u i v a l e n t F u l l-L o a d H o u r M e t h o d)、有效传热系数法(E ff e c t iv e U-v a lu e M e t h o d)等，。，。但 这 些 方 法 都 较 粗 略，不 适 合 研 究 建 筑 和系统的动态特性。2,动态模拟方法;这是一种比较精确的能耗计算方法，自7 0 年代以来随着计算机技术的发展而出现的。采用计算机模拟，可以得到全年逐时能耗变化，并考虑建筑结构蓄热的影响，计算比较耗时。主要用于建筑能耗系统及子系统的能耗分析及评估、经济分析和优化等，是当今国内外能耗模拟研究的重点。全年逐时空调负荷值是进行动态能耗分析的基础，因为部分负荷下系统的状态是节能的关键。在这类方法中主要有加权系数法和热平衡法，这两种动态模拟方法都是基于传递函数法(T r a n s f e r F u n c t i o n M e t h o d)，发展而来的。加权系 数法(W e ig h t in g F a c t o r M e t h o d)是介于 静态计算方法与 动态 热平衡法的一 个折衷方法。它是由Z-函 数传递法”4 1 推导而来，权系数有两组:得热权系数和空气温度权系数。加权系数法有两个假设。其一是假设围护结构热过程模型是线性的，这样可以分别计算各种得热如何转换成冷负荷，相加的总和即成为总的冷负荷。其二是假设影响权系数的系统参数均为定值，而与时间无关。这两点第一章绪论假设在一定程度上削弱了模拟结果的准确性。由美国能源部开发的大型仿真软件D O E 2 5 就是采用这种方法。热平衡法(H e a t B a l a n c e M e t h o d)根据热力学第一定律(能量守恒)来计算建筑能耗，因此它更理论化一些，假设条件较加权系数法少，但计算复杂，耗计算机时更多。热平衡法由建筑外表面热平衡、建筑体热平衡、内表面热平衡和室内空气热平衡方程式组成，方程联立可以求解各表面温度和室内空气温度，一旦温度知道，就可以计算室内冷热负荷。由于热平衡法详细描述了房间热传递过程，通过能量守恒式来计算瞬时负荷。因此它也可用于冷板辐射或辐射供热系统，把这些辐射源当作室内的一个表面，建立相应的热平衡式，并与其它内表面联立求解，可推算辐射对室内环境的影响，在这 一 点上是加权系数法无法比拟的。由美国军方建筑工程研究实验室开发的B L A S T 软 件和英 国C a r d i f f 大 学W e l s h 建 筑 学 院 开 发 的H T B 2 1-都 是 采用此法。在进行能耗模拟之前，还需要收集当地的气象参数，所研究建筑的结构特点，空调系统和控制模式等。当地的全年气象参数是必须的原始资料，一般需要全年逐时的气象资料，所需气象资料达1 0-1 3 种，包括太阳辐射、室外温度、湿度、风速、风向、云量、大气压力等。由于缺乏足够的气象资料，也成为限制国内能耗模拟研究和发展的一个重要原因。空调系统的设备也是建筑能耗分析的主要组成部分，制冷机组及空调系统的模拟是基于质量平衡和能量平衡。部分负荷下这些机组设备和系统的性能是进行能耗预测的基础。在对系统能耗进行模拟时，要求对机组建立详细的物理模型，或者输入设备生产厂家提供的性能曲线 空调系统的动态模拟非常复杂，这是由于空气不能按单组分对待，而是干空气和蒸汽的混合物，系统有些部件内部结构复杂，相互关联;并且考虑到制冷系统的动态反应速度比建筑的热反应速度快得多，且随着计算机技术的迅猛发展，越来越多的专业研究人员开始关注动态的空调系统模型，以便于与建筑的负荷模拟组成一体 1 9-2 2 空调系统模拟与建筑负荷模拟的祸合方法有两种:顺序式和同时模拟式。前者各系统之间只存在着单纯的输入输出关系，计算顺序是直线式，这种方法的显著优点是，各个系统可分别采用不同的模拟方法，简单或复杂，互不干扰，有利于今后程序的开发，缺点是，各层之间没有反馈信息交流，故不能确保空调系统的状态可以 满足负荷要求。在超出空调系统负荷或机组负荷时，仅给出负荷不足的提示，却不能去修正室内空气状态，以反映系统真实运行情况。同时模拟方法2 3 是 近三十年发展起来的一种能耗模拟的新方法。已 将空调系统当作一个闭环路考虑，而各组成部件作为该环路上的节点，对每一个节点老第一章绪论虑逐时质量和能量的流量和流向。同时模拟方法考虑负荷、系统、机组间的藕合关系，在每个小时的计算中，负荷、系统，机组的计算同时进行，可确保空调系统是满足负荷要求的。这种万法虽然提高了 模拟的精确度，但要花费大量的计算机内存和机时。基于上述两种祸合力 一法的优缺点，考虑到计算机内存和计算时间，目前对空调系 统和机组通常采用准静态(Q u a s i-S t e a d y-S t a t e)的 模拟方法，假设在一个小时内，系统的状态稳定，每小时之间发生变化 在一般情况下，这种计算法的准确性是足够的，但是要精确的分析一些空调自 控系统的特性时，是需要比1 小时要短得多的时间步长来模拟，如几秒。1.2.2 建筑能耗模拟研究现状 用成熟的能耗模拟软件可以对系统的整体特性进行再现、评估和控制，对系统进行整体控制和经济性分析，也可为设计计算、系统及机组的选型提供有力的技术支持，以 便经济合理的选择机组设备，并且减轻空调设计人员的工作量。在国外，尤其是美国，从7 0 年代起，就出现了 一 些比较可靠、稳定的软件，如B L A S T.D O E-2.T R N S Y S-等，随 之利 用 这些 软 件开 展了 厂 泛的 制 冷空 调系 统 性能、能耗及控制特性的研究。另 外商用软件大多模型灵活性很差，多采用经验公式，且随着空调技术和设备的发展更新，由于程序在应用中显示不足，这促使越来越多的 研究者 开 始系 统仿真软件新万 法的 尝 试9 5 S.C.S F K H A 产采 用能 耗 模拟软 件D O F 2，对双风 管系 统、变 风 量系统、组 合式空调器以 及定风量系统的特性和能耗进行了分析，并比较了四种空调系统的热舒适性和节能效果，得出双风管系统性能最优和能耗最小，组合式空调器以及定风量系统最差的结论。B y u n s e o n s.K i 韶5;出 于 对建 筑 进行 节能 优化设计的日 的，提出 一个 建 筑能 耗模拟软件，以 便于 建筑设计者在设计过程中使用，而不仅仅局限于理论研究。将该软 件引入建 筑i i 算机辅助设计中(C o m p u t e r A i d e d B u i l d in g D e s i g n)，可以 为 设计者提供建筑逐时负荷变化数据以及能耗预测和分析，这对合理设计建筑构造提供 了 理论依据。T.A.R e d d y 1_,对 末 端 再 热 的 双区V A V 系 统 能 耗 进 行 模拟 计 算，比 较定 新 风 量、定新风比以及根据最不利房间新风需求确定新风三种新风供给方式下，空调系统能耗大小。T i m.S a l s b u r g 3对 双 风 管V A V 系 统 性 能 进 行 模 拟及 控制 特 性分 析，详 细介 绍如何利用模拟的方法，对系统全年性能进行评估分析，并对系统性能作出评价。R u s s e l l.D.T a y l o r 详 细 介 绍了 采 用同 时 模 拟 方 法时，能 耗计 算 方 法 和 步骤，对控制系 统的分析提供了儿种可选方式，并将此法应用到B L A S T 大型软件中。第一章绪论将同时 模拟法与原顺序式模拟方法同时应用到V A V 系统的 模拟中，比 较了两者模拟结果，虽然在变化趋势上 一 致，但具体数据仍有较大差别，说明采用问时模拟方法进行能耗及控制特性分析还是很有必要的。空调系统性能模拟和分析软件很多，除大型商用软件 T R N S Y S,S P A R K,H A V C S I M 十，I D A外，还有很多 小型 研究 用 软件1 o E d w a r d F.S a w e 1 1 0 1 对空 调系 统 性 能 模 拟 软件 的 模 拟 效 果 进 行了 分 析 和比 较，并 对S P A R K，和H V A C S I M+软件进行了具体的实证比较。国内 在能耗模拟力面起步较晚，由于受多方面因素的制约，还很不成熟。而近十年来也在这方面进行了大量的基础研究。如湖南大学在建筑墙体表面换热特性及墙体 换热理论计算方面,-I C 进行了 深入地理论和实 验研究。上海交大的沈宇钢等D 7 为 求得稳定、低阶、高精度的围护结构负荷合成传递函 数模型，提出了 基于系统辨识理论的传递函数模型合成方法，获得系统的等价传递函数模型。陈 丽萍等:3 F 1 开发了 空气源热泵全 年能耗分析应用软 件，该软件采用静态模拟方法一温频法，根据空调系统冷负荷、室外干球温度、热泵出水温度求解热泵全年供热及供冷能耗 该软件不能提供全年工况动态变化数据，以 便于更详细的系统性能分析。石磊等刊 采用人工神经网 络的方法，采用动态模拟程序计算了西安地区一栋办公大楼4 月至9 月问的逐时冷负荷，并将预测值与计算值进行比 较，吻合较好。但其准确性还有待在实际应用中进一步检验和改进。清 华大 学陈向 阳 a o i 在H V A C S 工 M+系 统 模拟 软 件的 基础 上，考虑到 管 道 流体回流的影啊，对管路系统的计算进行了改进，改善了系统模拟效果和收敛情况，节省了计算时间，使H V A C S I M+可应用于流体环路和蓄热槽的计算。国内建筑能耗动态分析、能耗预测的软件研究开发工作起步较晚，不能为系统设计提供深入 地满足全工况动态分 析以 及相应的 气象数据。郎四 维等14 11 针对国内气象资料不足，开发了 我国城市典型年逐时气象资料，建立了太阳辐射量的数学模型等，可为建筑能耗动态模拟提供较充足的气象数据 清华大学近年来开发的D e S t 2.0(建 筑热 环 境设 计 枝 拟 工 具 包)。是 我 国自 行 开 发的 建 筑能 耗 动 态 模拟工具，并利用其开展了一定的研究1.3 V A V 系统控制研究 过去大多数空调系统采用定风量变送风温度的方式，这样的系统在住宅和小型的商用建筑巾使用较多。而变风量系统恰恰相反，系统送风温度相对一定，而改变送风量来满足负荷的要求。V A V 系统能根据太阳辐射量，照明，人员发热量，室内 发热源以及通风量的变化来调节系统的送风量，所以需要计算系统的 最大与第一章绪论最小风量参数，以 适应全年负荷变化的要求 因为在空调 系统中风机能耗占 相当人的比例，变风量系统能随时跟踪建筑负荷的变化，及时调节送风量，从而减少风#1 L 能耗，达到节能的目 的;而且变风量系统便于分区调节，以满足不同房间的空调要求，因此在商务办公楼宇的设计中很适合采用这种系统al.3.1 V A V 空调系统控制方式 在风系统中用于输送风量的风机能耗是商用建筑空调系统中的主要能耗之一 4 4 1，风 机风量控制方 一 式对风机能 耗的大小 影响很大。风量控制方式主要是静压控制方 式 和 末 端总风 量 控制(T e r m i n a l R e g u l a t e d A i r V o l u m e)14 1 1，而总 风 量 控制方式比静压控制方式复杂，并可能引起某些空调区域的风量偏高，另一些区域风量偏低，囚此其应用不如静压控制方式厂泛。根据静压是否变化，静压控制方法又分为定静压控制和变静压控制两种方式，静压控制力式直接影响系统风机的能耗，尤其是在部分负荷下，能耗区别十分显著。由于受气动执行机构的限制，最光的变风量系统多采用定静压控制方式，静压 传 感 器大 多 安 装在主 风 道 距离 风 机出口2/3 处 46 。其 控制风 机 转速的 原 则 是为了保证距离风机出口最远的区域有足够的送风量，要求送风管道保持一定的静压值。静压值的取值方法是保证在最不利的负荷条件下，有足够的送风量提供给各空调区。一般来说，静压设定值越低越好，但同时也要保证提供足够的空调舒适度，满足各房间的负荷变化要求。静压值过高，会造成风机转速较大，能耗增加，且风管的泄漏较多，末端风阀调节处噪音加大:而静压值过小的话，可能造成风量不足，室内温湿度不能满足要求。随着直接数字控制器的使用和变频风机的成本日 益降低，变静压控制方式得到广泛的应用，控制系统可以把末端风阀的开启状况(反映室内的环境温度)和空气处理机组送风量 系统提供的冷负荷)控制结合起来考虑，使制冷系统的供冷量与实际的需求尽可能的相匹配，达到既保证室内的舒适度要求，又尽可能节能的目 的 a 7 变静压方式是根据各区的V A V末端的开启 状态来决定静压设定值的大小，当工作区流量不足，V A V末端开启的数目 超过一定的数量 一般为2，3)后，静压设定值增加，如果工作区流量满足的话，静压值减小。这种控制力-式能保证系统提供最小的 静压设定值，既可以 减少通过管道的风量泄漏和风机能耗，又可保证在风量减少后仍能很好地控制末端风阀。由于变静压控制方式是根据各区的实际运行情况来设定风机的转速大小，因此，静压的传感器不一定非要象定静压力式那样安装在管道的远端。1.3.2 V A V系统控制研究现状建筑物总的能耗大小与I IV A C 系统的设计控制以及运行管理系统的执行操作第一章绪论等有关。合理的控制和运行可以 给系统带来可观的节能效果。近二十年来，对于V A V系统的 控制以 及能耗展开了 广 一 泛的 研究14 8-5 7 t，由于H V A C系统的 时间常数比较大，对其的动态特性研究与静态特性研究一样重要。R o b e rt和W i l l i a m 14 8 对使用的气动执行器传统的V A V系统，提出了一利 1 近似的变静压控制方式，由于缺少各末端风阀开启状态的控制参数，作者采用所有风阀开启的平均值来替代。当风阀的位置改变时，风量将改变，风管内 空气的速度相应改变，风管的静压也随之改变，但静压与动压的比值却基本保持 一 定，所以 通过设定静压与动压的比值来保证所有末端风阀的开启平均值保证在 1/2左右。这样的控制方式也 可以 较传统的定静压方式节能，而且费 用也可 大大降低。但以 风阀 位置平均值代替，且将所有的风阀平均值设定为 1/2，因此不能完全真实反映每个末端风阀的开启的实际状态。这是一 个用于静压控制的新设想，但作者未能提供具体的实验控制或模拟数据以便用于实际的应用。B R O T H E R S I4 1-5 0 1 指出V A V系统风机能 耗不仅受风量调节的 控制方式有关，而且也与控制算法有关，即比例、比 例积分或比例积分微分控制方法。在使用变速风机调节的情况下采用比例积分控制方法能比采用比例控制方法节能2 0%-5 0%o L o r e n z e t t i 15 1对一 栋校园建筑的V A V系统提供了能耗数据，并根据实验数据将能耗参数与室外气象参数相关联，提出了能耗计算的关联式。可以 根据当地的天气参数来预测 V A V系统的节能效果，井将变风机转速的方法与变导流风阀的节能效果进行了比较，得到用前者替代后者的、A V系统可节能4 6%-6 6%。但由于此计算关联式是在特定实验条件拟合得到的，其适用性和正确性有待研究。作者在另一篇文 献中!5 2 1 也 根据实验测试数据，拟合得到能耗与室内 温度、静压和风管流量的关联式 由于风机能耗与静压问的非线性关系，且风机的功率和效率也与其转速和流量成非线性关系，所以作者也承认 所拟和的公式只适应于所研究的建筑物和系统形式，不能用于分析其他控制系统，不能以此类推其他系统的能耗与静压值之间的关系研究。L iu m in g s h e n g 15 3 1 针 对 双风 道 空 调 系 统田 于 静 压 设 定 值 偏 高，使 得 热 空 气 管道空气过热和进入房间的风量过量而使能耗增加的问题，通过调整两个风管的静压设定值，并比较了6 种方式下，系统总风量和风机能耗随室外温度的变化。由于 作者将系统负荷计 算简化成室外温度的函数，没有详细考虑围护结构传热、太阳辐射、室内热源的影响，不能真实反映系统的实际负荷变化情况，也未对系统全年的运行情况和节能效果提供分析 E n g le n d e r 15 4-5 5 1 提出了 两 种 控 制 方 法 来 控 制 风 管 静 压，使 其 达 到 最 小，修 正P I 控制法和推断式控制法(m o d i f i e d c o n t r o l a n d h e u r i s t i c c o n t r o l)，其所研究的第一章绪论V A V风系统只有一个分支为V A V系统，且简化成一个V A V末端，其他几个分支均为定风量系统，与实际的 运行的V A V系统还有很大 区别，并不能反映真实的系统运行情U.。而且由于缺少风机性能参数，文章未能提供能耗的具体值，只是近似以静压值来代替能耗分析。但是能耗与静压并非是线性关系，目 _ 风机的效率也会随压力的变化而变化，这样的近似不能准确的评价节能效果。且两种控制方式下，也 没有对P I 控制器的控制参数的合理选取提供详细说明，对系统控制的稳定性也没有涉及 Z h a n g 5 6 1 采用 一 个简单的 房间 模型 来模 拟一个 单区 域的V A V系 统。模型考虑了 建筑参数，如围护结构传热、室内热源，系统冷负荷、延迟等，以及控制参数如开启控制，温度控制比例带，P I控制参数以及温度设定值对系统的影响。但是模型未详细考虑室内围护结构的传热特性和室内热容的影响，使其研究具有一定的局限性，不能真实反映室内 热负荷特征，对于进一步分析、VA V系统的控制特性带来不足，而目 _作者没考虑 V A V风量调节的控制为式和方法，以及对系统能耗的影响。但作者尝试将围护结构传热、系统 P I 控制结合进模型做了一些有益的研究。Z a h e e r-U d d i n 5 I提出了 一个、VA V系统动态模型 系统包括2 个空调区 和6个调节风阀，模型建立在质量守恒，动量守恒和能量守恒的基础上，对室内空气、风道、控制器、空气处理机组等建立相应的守恒力程联立求解。模型一共包括3 2 8 个非线性动态力程式，该模型很复杂且耗费机时，对于模拟系统风量变化还需许多繁复的额外工作，这种方法显然不适合对大型的复杂的 V A N/系统进行模拟。近十年来，国内 通过计算机模拟，对 V A V系统送风温度、静压控制等方山也开展了一定的研究。王建明等5 8 讨论了变风量空调系统的基本原理，根据定风量方式下空调房间数学模型和特性参数的估算公式，结合变风量系统的特点，推导出变风量力式 ，空调房间数学模型以及两种送风方式下特性参数关系，对研究变风量系统的协调控制有一定的理论意义和实用价值。胡益雄等5 9 1采用仿真技术 对变风量系统的设 备 特性进行了 研究，分析了 某厂房的定静压控制的V A V系统某一日的系统性能变化，提出了表冷器冷冻水量的调节方法。晋欣桥等16 0 1 与香港理工大学合作，对多区域V A V空调系统的定静压控制进行了分析 建立了系统能耗、室内 舒适性和空气质量的动态模拟程序，可以 模拟建筑物室内 和 V A V空调系统以及局部控制器的实际工作状况，对香港地区的某办公楼的定静压控制的V A V系统采用T R N S Y S 软件进行了模拟计算。清华大学戴斌文等6 1 1利用空 调系统模拟软件H V A C S I M+,研究了V A V空调第章绪沦系统定静压和变静压控制方法，并根据模拟结果提出了风机静压控制方法的特点及关键问题，对定静压控制方法进行了实验验证。但对部分负荷下，两种控制方式的节能效果未提供数据和分析。1.3.3 V A V 系统管路布置研究 V A V风系统管路的布置形式也是影响供热、通风、空调工程(H V A C)的节能 及 节能 效 果的 一 个 重 要参 数 T a e c h e o l 在 文献 6 2-6 3 中 提到，通常 情况 下，风系统的设计 一 是以尖峰值负荷作为系统的设计负荷，因此，风道尺寸和流量的选择和设计也是基于最大流量 卜 的。而实际工作中，V A V系统大多数情况下是工作在部分负荷下的，内区工作在 8 0%左右的峰值负荷，而外区在制冷工况下由于太阳辐射和墙体热传导的影响负荷变化比较大，一般工作在峰值负荷的6 0%左右，因此平均工作在峰值负