发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种地下空间通风量算法,该方法利用地下空间壁面地质体具有良好的建筑热工性能,将地下空间复杂的实际湿负荷通过动态平衡分析建立的数学模型实现简化计算,确保通风量既能满足消除地下空间内污染物、余热和余湿的需要,又能大大减少系统冬季采暖、夏季降温的能源需求,使地下空间室内的参数控制达到设计要求,同时也有利于开发壁面地质体浅层的地能资源。
为了实现上述目的,本地下空间通风量算法的具体步骤如下:
第一步,根据地下空间复杂的实际建筑功能概况,明确通风系统的设计基数,即地下空间相应建筑工作区初始的干球温度T1、相对湿度以及与之相对应的含湿量d1和湿空气密度ρ1;
第二步,通过计算,确定地下空间的体积Vf和负荷状况,即余热量Q和余湿量W;
第三步,获取室外空气的状态参数,即干球温度T0、相对湿度以及与之相对应的含湿量d0和湿空气密度ρ0;
第四步,根据地下空间复杂的实际建筑功能概况,明确通风系统的设计精度,即地下空间相应建筑工作区所需维持最高的干球温度T2、相对湿度以及与之相对应最高的含湿量d2和湿空气密度ρ2;
第五步,根据全面通风稀释室内空气中的含湿量,在微元时间间隔dt内,室内得到的含湿量与从室内排出的含湿量之差应等于整个房间内含湿量的变化量,因而建立含湿量质量平衡的基本微分方程式数学模型:
即 Lρ0d0·dt+W·dt-Lρ(t)d(t)·dt=Vfρ(t)·dt (1)
第六步,根据系统是连续性运行和间歇性运行的状况不同,确定系统为非稳定状态和稳定状态两种情况,由(1)式可以通过积分计算得到相应的表达式,即:
当系统为非稳定状态时,则
当系统为稳定状态时,则
式中,L为地下空间除湿通风量m3/h;W为地下空间的余湿量kg;ρ为湿空气状态对应的密度kg/m3;d为湿空气状态对应的含湿量kg/kg干空气;Vf为地下空间的体积m3;τ为间歇性运行时要求控制不满足设计精度要求的时间长短s;
第七步,计算确定不同空气状态所对应的含湿量;
即
式中,A为计算系数;B为标准状态对应的大气压力B=101325Pa;Pqb为湿空气状态对应的饱和水蒸气压力Pa;为湿空气状态对应的相对湿度%;
第八步,计算确定不同空气状态所对应的密度;
即
式中,C、D均为计算系数;T为湿空气状态对应的热力学温度K;
第九步,计算确定不同空气状态所对应的饱和水蒸气压力;
即
式中,En均为计算系数,n=1,2,...,6;
第十步,计算确定地下空间的通风量,即将(6)式、(5)式、(4)式分别代入到(2)式和(3)式中,经过简化计算,可以得到以T为自变量关于L的关系表达式,求解出地下空间不同状态的通风量;
第十一步,根据上述计算步骤,应用Visual Fortran5.0程序软件,完成地下空间以除湿为主的通风量计算软件的开发,通过屏幕输入室外进风计算温度、室内设计计算温度、动态起始计算温度(非稳定状态)、室外进风计算相对湿度、室内设计计算相对湿度、动态起始计算相对湿度(非稳定状态)、湿负荷值、地下空间体积、动态时间控制变量(非稳定状态)等主要变量,即可以计算出稳定状态或非稳定状态时地下空间以除湿为主的通风量数值。
本发明针对地下空间所具有的自身特点,体现其能耗形式与地面建筑的截然不同,突出了通风空调系统以除湿为主,根据湿负荷的围护结构壁面散湿、设备和人员散湿、新风湿负荷的比例近似为1∶1∶1关系,针对性地开展适合地下空间节能设计和应用技术开发的地下空间通风量计算方法研究,特别是以满足地下空间的IAQ,即室内空气品质为目标,从能源需求侧管理角度分析,以建筑能源管理控制系统为出发点,利用地下空间壁面地质体具有良好的建筑热工性能,体现湿空气各个状态参数之间非线性、强耦合的函数关系,体现地下空间使用维护时稳定状态和非稳定状态的不同通风量计算模型,并将地下空间复杂的实际湿负荷通过动态平衡分析建立的数学模型实现简化计算,确保通风量既能满足消除地下空间内余湿量的需要,又能大大减少系统的冬季采暖、夏季降温的能源需求,节约系统运行维护的管理费用,使地下空间室内的参数控制达到设计要求,同时也有利于开发壁面地质体浅层的地能资源。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示,本地下空间通风量算法的具体步骤如下:
第一步,根据地下空间复杂的实际建筑功能概况,明确通风系统的设计基数,即地下空间相应建筑工作区初始的干球温度T1、相对湿度以及与之相对应的含湿量d1和湿空气密度ρ1;
第二步,通过计算,确定地下空间的体积Vf和负荷状况,即余热量Q和余湿量W;
第三步,获取室外空气的状态参数,即干球温度T0、相对湿度以及与之相对应的含湿量d0和湿空气密度ρ0;
第四步,根据地下空间复杂的实际建筑功能概况,明确通风系统的设计精度,即地下空间相应建筑工作区所需维持最高的干球温度T2、相对湿度以及与之相对应最高的含湿量d2和湿空气密度ρ2;
第五步,根据全面通风稀释室内空气中的含湿量,在微元时间间隔dt内,室内得到的含湿量与从室内排出的含湿量之差应等于整个房间内含湿量的变化量,因而建立含湿量质量平衡的基本微分方程式数学模型:
即 Lρ0d0·dt+W·dt-Lρ(t)d(t)·dt=Vfρ(t)·dt (1)
第六步,根据系统是连续性运行和间歇性运行的状况不同,确定系统为非稳定状态和稳定状态两种情况,由(1)式可以通过积分计算得到相应的表达式,即:
当系统为非稳定状态时,则
当系统为稳定状态时,则
式中,L为地下空间除湿通风量m3/h;W为地下空间的余湿量kg;ρ为湿空气状态对应的密度kg/m3;d为湿空气状态对应的含湿量kg/kg干空气;Vf为地下空间的体积m3;τ为间歇性运行时要求控制不满足设计精度要求的时间长短s;
第七步,计算确定不同空气状态所对应的含湿量;
即
式中,A为计算系数;B为标准状态对应的大气压力B=101325Pa;Pqb为湿空气状态对应的饱和水蒸气压力Pa;为湿空气状态对应的相对湿度%;
第八步,计算确定不同空气状态所对应的密度;
即
式中,C、D均为计算系数;T为湿空气状态对应的热力学温度K;
第九步,计算确定不同空气状态所对应的饱和水蒸气压力;
即
式中,En均为计算系数,n=1,2,...,6;
第十步,计算确定地下空间的通风量,即将(6)式、(5)式、(4)式分别代入到(2)式和(3)式中,经过简化计算,可以得到以T为自变量关于L的关系表达式,求解出地下空间不同状态的通风量。
如图2所示,为本发明的应用流程图,根据上述计算步骤,应用Visual Fortran5.0程序软件,完成地下空间以除湿为主的通风量计算软件的开发,通过屏幕输入室外进风计算温度、室内设计计算温度、动态起始计算温度(非稳定状态)、室外进风计算相对湿度、室内设计计算相对湿度、动态起始计算相对湿度(非稳定状态)、湿负荷值、地下空间体积、动态时间控制变量(非稳定状态)等主要变量,即可以计算出稳定状态或非稳定状态时地下空间以除湿为主的通风量数值。
下面根据上述流程步骤及所述各公式计算稳定状态下的通风量:
(1)对于稳定状态下的通风量计算
设定温度对应饱和水蒸气分压力:
室外进风温度T0(1)=31.00℃,室外进风饱和水蒸气分压力PQB01=4547.993164Pa,
室内设计温度T0(2)=28.00℃,室内设计饱和水蒸气分压力PQB02=3825.556152Pa;
设定温度对应密度计算:
室外进风温度T0(1)=31.00℃,室外进风相对湿度U0(1)=81.00%,室外进风密度P01=1.144738KG/m3,
室内设计温度T0(2)=28.00℃,室内设计相对湿度U0(2)=55.00%,室内设计密度P02=1.163040KG/m3;
设定温度对应含湿量计算:
室外进风相对湿度U0(1)=81.00%,室外进风饱和水蒸气分压力PQB01=4547.993164Pa,室外进风含湿量D01=0.023676040kg/kg干空气,
室内设计相对湿度U0(2)=55.00%,室内设计饱和水蒸气分压力PQB02=3825.556152Pa,室内设计含湿量D02=0.013422443kg/kg干空气;
得到稳定状态通风量计算结果:
系统总湿负荷W0=60.00kg/h,稳定状态通风量L0=5221.01m3/h。
(2)对于非稳定状态下的通风量计算
设定温度对应饱和水蒸气分压力:
室外进风温度T0(1)=31.00℃,室外进风饱和水蒸气分压力PQB01=4547.993164Pa,
室内设计温度T0(2)=28.00℃,室内设计饱和水蒸气分压力PQB02=3825.556152Pa,
动态起始温度T0(3)=32.00℃,动态起始饱和水蒸气分压力PQB03=4813.803223Pa;
设定温度对应密度计算:
室外进风温度T0(1)=31.00℃,室外进风相对湿度U0(1)=81.00%,室外进风密度P01=1.144738KG/m3,
室内设计温度T0(2)=28.00℃,室内设计相对湿度U0(2)=55.00%,室内设计密度P02=1.163040KG/m3,
动态起始温度T0(3)=32.00℃,动态起始相对湿度U0(3)=90.00%,动态起始密度P03=1.138192KG/m3;
设定温度对应含湿量计算:
室外进风相对湿度U0(1)=81.00%,室外进风饱和水蒸气分压力PQB01=4547.993164Pa,室外进风含湿量D01=0.023676040kg/kg干空气,
室内设计相对湿度U0(2)=55.00%,室内设计饱和水蒸气分压力PQB02=3825.556152Pa,室内设计含湿量D02=0.013422443kg/kg干空气,
动态起始相对湿度U0(3)=90.00%,动态起始饱和水蒸气分压力PQB03=4813.803223Pa,动态起始含湿量D03=0.027920909kg/kg干空气;
得到非稳定状态通风量计算结果:
系统总湿负荷W0=60.00kg/h,非稳定状态通风量L0=11325.01m3/h,
地下空间体积VF0=5000.00m3,动态时间控制S0=20.00min。
本算法针对地下空间以除湿为主的通风空调系统的通风量控制计算方法,该方法利用地下空间壁面地质体具有良好的建筑热工性能,将地下空间复杂的实际湿负荷通过动态平衡分析建立的数学模型实现简化计算,确保通风量既能满足消除地下空间内污染物、余热和余湿的需要,又能大大减少系统冬季采暖、夏季降温的能源需求,使地下空间室内的参数控制达到设计要求,同时也有利于开发壁面地质体浅层的地能资源。