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

1、我國(guó)建筑用能占全國(guó)能源消費(fèi)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(fèi)嚴(yán)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(shí)施的《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》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(jì)

2、達(dá)到節(jié)能要求外，必須輔以空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的合理運(yùn)行才能實(shí)現(xiàn)。而實(shí)際工程中，合理運(yùn)行策略的制定又是空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理中的薄弱環(huán)節(jié)。伴隨著越來(lái)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(yùn)行能耗的要求日益迫切。
　　本文對(duì)位于重慶市的一個(gè)小型的一級(jí)泵定流量空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，將其改造為一級(jí)泵變流量空調(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在夏季連續(xù)相似日對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了不同運(yùn)行策略下的測(cè)試，以研究不同運(yùn)行策略對(duì)設(shè)備的運(yùn)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(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，空調(diào)主機(jī)的節(jié)能降耗是空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的重點(diǎn)和核心；一定負(fù)荷下空調(diào)系統(tǒng)存在著對(duì)應(yīng)的優(yōu)化運(yùn)行策略，可以達(dá)到降低系統(tǒng)耗電量的目的。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(tái)，利用主機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行階段的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完成了模型的校驗(yàn)。此外，為給運(yùn)行人員視天氣狀況制定運(yùn)行策略提供參考，采用逐步多元回歸方法，對(duì)模型建筑物的負(fù)荷與6個(gè)氣象因素的相關(guān)性進(jìn)行了分析，得出：干球溫度、濕球溫度及降

4、水這三個(gè)因素在所分析的6個(gè)氣象因素中對(duì)負(fù)荷影響最為顯著，三個(gè)自變量共同解釋了變異量的34.8%。
　　在建立基準(zhǔn)模型及優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，針對(duì)一個(gè)選定的空調(diào)水系統(tǒng)，選擇以下3個(gè)單一優(yōu)化變量及其中兩個(gè)變量或三個(gè)變量組成的多因素優(yōu)化變量進(jìn)行運(yùn)行工況優(yōu)化。即針對(duì)以下五種優(yōu)化情況：①優(yōu)化空調(diào)主機(jī)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(jī)側(cè)冷凍水出、回水溫度(CHW\CRW)；④優(yōu)化空調(diào)主機(jī)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(jī)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(jì)不滿(mǎn)意者百分?jǐn)?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(biāo)，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?xún)煞N算法的

6、混合優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化，并引用福利經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域的“卡爾多-?？怂垢倪M(jìn)”準(zhǔn)則對(duì)優(yōu)化后空調(diào)系統(tǒng)耗電量降低的現(xiàn)象進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)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(duì)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(duì)于基準(zhǔn)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(duì)于基準(zhǔn)能耗節(jié)能13.9%；而針對(duì)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(duì)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(duì)于基準(zhǔn)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(duì)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(zhǔn)能耗節(jié)約了5.3%的耗能量。從優(yōu)化變量的角度，針對(duì)分析日負(fù)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(qiáng)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(shí)，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(shuō)明混合優(yōu)化更具備完備性與精細(xì)性。
　　依據(jù)上述五種運(yùn)行策略的節(jié)能效果并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行中參數(shù)的可調(diào)性，制定出了分析日運(yùn)行策略選擇流程圖。這一分析方法為其它負(fù)荷工況或類(lèi)似工程中優(yōu)化運(yùn)行策略的制定提供了參考。
　　以上優(yōu)化

9、結(jié)果說(shuō)明，在空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行中，要對(duì)設(shè)備的耗電量進(jìn)行得失輕重的權(quán)衡分析以達(dá)到系統(tǒng)總耗電量最低的目的。通過(guò)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(shí)現(xiàn)以低成本方法降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗的有效手段。
　　另外，針對(duì)新風(fēng)負(fù)荷占空調(diào)系統(tǒng)總負(fù)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(fù)荷的主要手段。然而，在實(shí)際運(yùn)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(dòng)態(tài)過(guò)程，而裝置本身又是一個(gè)耗能部件，因此有必要對(duì)空氣-空氣能量回收裝置的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。論文通過(guò)構(gòu)建TRNSYS仿真模型，對(duì)空氣-空氣能量回收裝置的動(dòng)態(tài)能量回收量進(jìn)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(yùn)行工況區(qū)的概念。針對(duì)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(yùn)行，相比于全工況運(yùn)行，回收裝置的節(jié)能量增加65.23%且裝置的運(yùn)行時(shí)間減少31.18%。