CN106951630A - 一种应用于空调系统中的制冷主机设备选择方法 - Google Patents

一种应用于空调系统中的制冷主机设备选择方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种空调系统应用中主机设备的选择方法，包括以下步骤：计算空调全年负荷，根据建筑物的特征和所处的地理位置确定计算模型和边界条件获取计算模型的相关参数，在计算模型中计算全年空调冷负荷；确定制冷主机设备处于部分负荷运行的时长，根据计算模型的全年空调冷负荷分析确定制冷主机设备处于部分负荷运行的时长；选择制冷主机设备，选择确定节能率最高的制冷主机设备运行方案；对选择确定的制冷主机设备运行方案的节能率进行验证。本发明提出了一种空调系统设计制冷主机设备选型的新方法，便于为不同城市的不同建筑类型选择不同空调制冷主机设备以及对空调系统和运行模式进行改进，使得其节能降耗，空调系统设计更合理。

Description

一种应用于空调系统中的制冷主机设备选择方法
技术领域
本发明涉及计算机辅助计算技术领域，具体涉及一种应用于空调系统中的制冷主机设备选择方法。
背景技术
制冷主机设备选型是空调系统设计最为重要的组成部分。目前制冷主机设备选型常用的方法是，根据建筑物的功能特点、使用情况、设计日空调逐时冷负荷变化规律等首先确定最小1台制冷主机容量，然后将空调系统逐时冷负荷最大值减去已确定的制冷主机容量，根据经济最佳原则确定其余制冷主机的类型、台数和容量，为了方便采购和运行通常其余几台主机的容量是相同的。
按目前的方法无法保证所选用的制冷主机设备在全年运行中最节能。
发明内容
本发明针对上述提到的现有技术中的缺陷，提出了一种应用于空调系统中的主机设备选择方法，其能够在空调系统设计方案中选择最节能最合适的主机设备，保证所选用的制冷主机设备在全年运行中最节能。
具体地，本发明提供一种应用于空调系统中的制冷主机设备选择方法，包括以下步骤：
S1、计算空调全年负荷，根据建筑物的特征和所处的地理位置确定计算模型和边界条件获取计算模型的相关参数，在计算模型中计算全年空调冷负荷；
S2、确定制冷主机设备处于部分负荷运行的时长，根据计算模型的全年空调冷负荷分析确定制冷主机设备处于部分负荷运行的时长，其具体包括以下步骤：
S21、确定全年空调最大冷负荷值Qi冷max；
S22、确定需要开启制冷主机的全年空调部分冷负荷Qi冷的时长；
S23、确定需要开启制冷主机的各时刻的全年空调部分冷负荷Qi冷与最大冷负荷值Qi冷max的比值在0～10％、10％～20％、20％～30％、30％～40％、40％～50％、50％～60％、60％～70％、70％～80％、80％～90％、90％～100％各比例段对应的全年空调部分冷负荷Qi冷的时长及各比例段的全年空调部分冷负荷Qi冷的时长所占全年空调使用时长的比值，获得各时刻的全年空调冷负荷统计表。
S3、选择制冷主机设备，根据制冷主机设备处于部分负荷运行的时长，在保证制冷主机高效运行的情况下，全年空调部分冷负荷Qi冷与最大冷负荷值Qi冷max的比值大于70％以上，选择确定不少于3个节能率较高的制冷主机设备运行方案，所述制冷主机设备运行方案包括制冷主机设备装机容量和台数；
S4、对S3中选择确定的制冷主机设备运行方案的节能率进行验证，分别计算S3中选择确定的不少于3个制冷主机设备运行方案的制冷能耗、空调系统综合能耗以及单位面积空调系统综合能耗，当任意一个制冷主机设备运行方案的制冷能耗、空调系统综合能耗以及单位面积空调系统综合能耗均最小时，确定该制冷主机设备运行方案为最有效节能的运行方案。
更进一步地，S1中计算模型的相关参数包括室外气象参数、房间格局和楼层信息参数、围护结构参数以及室内参数。
更进一步地，S1中所述空调全年负荷计算具体包括以下步骤：
S11、根据建筑物所在城市，确定室外气象参数；
S12、根据建筑物的格局和楼层信息确定计算模型的房间格局和楼层信息参数；
S13、确定计算模型的围护结构参数：所述围护结构参数包括体型系数、窗墙比、层面的传热系数、外墙的传热系数、楼板的传热系数、内墙的传热系数、外窗的传热系数、外门的传热系数、内门的传热系数和内窗的传热系数；
S14、确定计算模型的室内参数：所述室内参数包括建筑物类型、室内设计温度、相对湿度、人员密度、照明密度、设备功率密度和新风量；
S15、在计算模型中输入相关参数，确定建筑物的全年空调总冷负荷；并得到任意i时的空调系统i时的总冷负荷Qi冷。
更进一步地，所述各时刻的全年空调冷负荷统计表包括各时刻的全年空调部分冷负荷Qi冷与最大冷负荷值Qi冷max的比值、各比例段的全年空调部分冷负荷Qi冷的时长以及各比例段的全年空调部分冷负荷Qi冷的时长所占全年空调使用时长的比值。
本发明的技术效果为：提出了一种空调系统设计制冷主机设备选型的新方法，使得空调系统的设计选用的制冷主机设备在全年运行中，制冷主机设备运行效率最高，制冷能耗最低，便于为不同城市的不同建筑类型选择不同空调系统制冷主机设备以及对空调系统和运行模式进行改进，使得其节能降耗。
附图说明
图1是本发明的一种空调系统设计制冷主机设备选型的新方法的流程图。
图2是本发明的一个计算模型的示意图之一；
图3是本发明的一个计算模型的示意图之二；
图4是本发明的一个计算模型的示意图之三；
图5是本发明的一个计算模型的示意图之四。
具体实施方式
下面结合附图1-5进行具体说明。
图1示出了本发明的一种空调系统设计制冷主机设备选型的新方法，该方法包括：
S1、计算空调全年负荷，根据建筑物的特征和所处的地理位置确定计算模型和边界条件获取计算模型的相关参数，在计算模型中计算全年空调冷负荷；
S2、确定制冷主机设备处于部分负荷运行的时长，根据计算模型的全年空调冷负荷分析确定制冷主机设备处于部分负荷运行的时长；
S3、选择制冷主机设备，根据制冷主机设备处于部分负荷运行的时长，在保证制冷主机高效运行的情况下，负荷率大于70％以上，选择确定节能率最高的制冷主机设备运行方案，所述制冷主机设备运行方案包括制冷主机设备装机容量和台数，设计的主机方案应不少于3个；
S4、对S3中选择确定的制冷主机设备运行方案的节能率进行验证，分别计算S3中选择确定的不少于3个制冷主机设备运行方案的制冷能耗、空调系统综合能耗以及单位面积空调系统综合能耗，当任意一个制冷主机设备运行方案的制冷能耗、空调系统综合能耗以及单位面积空调系统综合能耗均最小时，确定该制冷主机设备运行方案为最有效节能的运行方案。
全年空调总冷负荷Q冷由选取的全年负荷计算软件直接计算得到，同时得到任意i时的Qi冷，Qi冷即为空调系统i时的总冷负荷。全年负荷计算软件直接采用市场现有的空调负荷计算软件，我们在此选取较为简单实用的鸿业全年负荷计算及能耗分析软件HY-EP4.0。
选用中国典型气象年(CNTMY)气象数据作为空调系统综合能耗分析计算的室外气象参数。即气象参数设置步骤的具体操作为：基于空调系统所处的位置从中国典型气象年气象数据选择相应的室外气象参数。目前，全年的室外气象参数都是以一个小时作为计算步长。
为了计算空调系统的能耗，首先要确定计算模型，计算模型建立步骤的具体操作为：
确定空调系统所运行的场所的建筑物房间格局和楼层信息。
确定建筑物的围护结构参数：体型系数、窗墙比、层面的传热系数、外墙的传热系数、楼板的传热系数、内墙的传热系数、外窗的传热系数、外门的传热系数、内门的传热系数和内窗的传热系数；
确定建筑物的室内参数：建筑物类型、室内设计温度、相对湿度、人员密度、照明密度、设备功率密度和新风量。
图2～图5示出了实际工程项目中一栋办公楼(分为A、B座)作为计算模型，该计算模型1～17层为标准层共分为8个敞开办公室和2个走道，18层共分为22个办公室和4个走道，其中核心筒内的卫生间、设备房、楼梯等不计入空调面积。该建筑位于广州(夏热冬暖)地区，空调末端系统采用风机盘管+新风系统。
其中，图2中a区为第一办公室，面积为311.5m2，b区为第二办公室，面积为311.5m2，c区为核心筒楼梯、电梯，d区为核心筒楼梯，e区为走道，面积为488.41m2，f区为第一办公室，面积为311.5m2，g区为第二办公室，面积为311.5m2。
图3中a区为第一办公室，面积为311.5m2，b区为第二办公室，面积为311.5m2，c区为核心筒楼梯、电梯，d区为核心筒楼梯，e区为走道，面积为488.41m2，f区为第一办公室，面积为311.5m2，g区为第二办公室，面积为311.5m2。
图4中a区为第一办公室，面积为76m2，b区为第二办公室，面积为63.01m2，c区为第三办公室，面积为129.09m2，d区为第四办公室，面积为55.5m2，e区为第五办公室，面积为180m2，f区为第六办公室，面积为116.15m2，g区为第七办公室，面积为124.02m2，h区为第八办公室，面积为45m2，i区为第九办公室，面积为142.58m2，j区为第十办公室，面积为111.1m2，k区为第十一办公室，面积为77.77m2，l区为第一过道，面积为171.44m2，m区为第一过道，面积为190.78m2，n区为核心筒楼梯、电梯，o区为核心筒楼梯。
图5中a区为第一办公室，面积为55.5m2，b区为第二办公室，面积为116.15m2，c区为第三办公室，面积为77.77m2，d区为第四办公室，面积为111.1m2，e区为第五办公室，面积为129.09m2，f区为第六办公室，面积为63.01m2，g区为第七办公室，面积为124.02m2，h区为第八办公室，面积为45m2，i区为第九办公室，面积为142.58m2，j区为第十办公室，面积为76m2，k区为第十一办公室，面积为180m2，l区为第一过道，面积为171.44m2，m区为第一过道，面积为190.78m2，n区为核心筒楼梯、电梯，o区为核心筒楼梯。
办公的计算时间以一般办公人员的上班时间为准，具体为8：00～18:00，周末节假日不计算。围护结构参数取建筑节能计算值，具体详见表1。室内气象参数、人员密度、设备功率、照明密度及使用率的取值均以设计值为准，具体见表2。简单起见，这里假定室内参数全年不变化。
表1：维护结构参数表
表2室内参数表
然后，选用鸿业全年负荷计算及能耗分析软件HY-EP4.0对计算模型进行全年负荷计算，其最大值Qi冷max为6609kw。原计算模型的空调设计逐时逐项冷负荷值为9789.7kw。
将计算得出的全年冷负荷扣除不需要开制冷主机的小时数,即扣除自然室温小于22℃和仅开启新风机即可消除室内余热的时间，并将需要开启制冷主机的各时刻的全年动态空调冷负荷Qi冷对应于最大冷负荷Qi冷max值在0～10％、10％～20％、20％～30％、30％～40％、40％～50％、50％～60％、60％～70％、70％～80％、80％～90％、90％～100％各比例段的小时数及对应的比例做相应统计，具体详见表3。
表3全年动态冷负荷值统计表
原设计选用的主机方案(方案1)为1台400RT(1407kw)的螺杆机组和2台1200RT(4220kw)的离心机组。而根据表3的动态冷负荷分布规律在保证制冷主机高效运行，负荷率大于70％以上，主机通过台数进行调节，尽量少的开启制冷主机和相应的水泵和冷却塔的原则下确定，方案2的制冷主机方案为3台制冷主机的装机容量按Qi冷/Qi冷max的比例分别约为30％、50％、70％确定，即为1台550RT(1934kw)的螺杆机组、1台950RT(3341kw)的离心机组、1台1300RT(4572kw)的离心机组。方案3的制冷主机方案为3台制冷主机的装机容量按Qi冷/Qi冷max的比例分别约为25％、50％、75％确定，即为1台500RT(1653kw)的螺杆机组、1台900RT(3305kw)的离心机组、1台1400RT(4957kw)的离心机组。
将上述三种方案按申请人申请的专利名称为：一种非供暖季空调系统综合能耗的分析方法、申请号为2016109743028的发明专利进行全年非供暖季空调系统综合能耗计算，具体计算方法如下：
根据公式W总＝W冷+W气+W水计算空调系统的综合能耗，其中，W总为空调系统综合能耗，W冷为制冷能耗，W气为空气系统输送能耗，W水为水系统输送能耗。
其中，COP为制冷性能系数，Qi冷为空调系统i时的总冷负荷，t冷为冷源开机时间；
其中，Ni末为末端设备功率，t末为末端设备的开机时间。
其中，COP为制冷性能系数，Qi冷为空调系统i时的总冷负荷，t冷为冷源开机时间，Ni冷为运行冷水机组的设备功率，Ni水为运行水泵的设备功率，Ni塔为运行冷却塔的设备功率。
其中末端设备、管路系统均按照原设计计算。其结果详见表4、表5以及表6。
表4方案1的全年非供暖季空调系统综合能耗表
表5方案2的全年非供暖季空调系统综合能耗表
表6方案3的全年非供暖季空调系统综合能耗表
通过表5、表6可以看出，通过本发明设计的制冷主机设备最佳选型方案，相对于制冷能耗，可节约6.58％的能耗，相对于空调系统综合能耗，可节约3.03％的能耗，单位面积空调系统综合能耗每年可节约1.22KWh。如果按目前广州的电价0.88元/KWh计算，每年最小可节约66400元。
本发明可以为不同地区不同建筑物设计合适的空调系统制冷主机方案，以及针对能耗较多的系统提出改进措施，以节能减排，从而节省大量的能源。
本发明所述的方法，可以通过计算机程序实现，也可以将计算机程序存储在存储介质上，处理器从存储介质上读取计算机程序，并执行相应的方法，完成串联补偿装置的工作状态的监测，确保其工作安全。
最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种应用于空调系统中的主机设备选择方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、计算所述空调全年负荷，根据建筑物的特征和所处的地理位置确定计算模型和边界条件获取计算模型的相关参数，在计算模型中计算全年空调冷负荷；
S2、确定制冷主机设备处于部分负荷运行的时长，根据计算模型的全年空调冷负荷分析确定制冷主机设备处于部分负荷运行的时长，其具体包括以下步骤：
S21、确定全年空调最大冷负荷值Qi冷max；
S22、确定需要开启制冷主机的全年空调部分冷负荷Qi冷的时长；
S23、确定需要开启制冷主机的各时刻的全年空调部分冷负荷Qi冷与最大冷负荷值Qi冷max的比值在0～10％、10％～20％、20％～30％、30％～40％、40％～50％、50％～60％、60％～70％、70％～80％、80％～90％、90％～100％各比例段对应的全年空调部分冷负荷Qi冷的时长及各比例段的全年空调部分冷负荷Qi冷的时长所占全年空调使用时长的比值，获得各时刻的全年空调冷负荷统计表。
S3、选择制冷主机设备，根据制冷主机设备处于部分负荷运行的时长，在保证制冷主机高效运行的情况下，全年空调部分冷负荷Qi冷与最大冷负荷值Qi冷max的比值大于70％以上，选择确定不少于3个节能率较高的制冷主机设备运行方案，所述制冷主机设备运行方案包括制冷主机设备装机容量和台数，具体选择方案如下所述：
P＝W1+W2+...+Wn，Wi＝Qi冷max(Qi冷/Qi冷max)；其中P为空调设计总冷负荷，Wi为第i台制冷主机的装机容量，n为制冷主机台数,n由P和制冷主机的最大装机容量经过分析比较确定；
S4、对S3中选择确定的制冷主机设备运行方案的节能率进行验证，分别计算S3中选择确定的不少于3个制冷主机设备运行方案的制冷能耗、空调系统综合能耗以及单位面积空调系统综合能耗，当任意一个制冷主机设备运行方案的制冷能耗、空调系统综合能耗以及单位面积空调系统综合能耗均最小时，确定该制冷主机设备运行方案为最有效节能的运行方案。
2.根据权利要求1中所述的应用于空调系统中的主机设备选择方法，S1中计算模型的相关参数包括室外气象参数、房间格局和楼层信息参数、围护结构参数以及室内参数。
3.根据权利要求2中所述的应用于空调系统中的主机设备选择方法，其特征在于：S1中所述空调全年负荷计算具体包括以下步骤：
S11、根据建筑物所在城市，确定室外气象参数；
S12、根据建筑物的格局和楼层信息确定计算模型的房间格局和楼层信息参数；
S13、确定计算模型的围护结构参数：所述围护结构参数包括体型系数、窗墙比、层面的传热系数、外墙的传热系数、楼板的传热系数、内墙的传热系数、外窗的传热系数、外门的传热系数、内门的传热系数和内窗的传热系数；
S14、确定计算模型的室内参数：所述室内参数包括建筑物类型、室内设计温度、相对湿度、人员密度、照明密度、设备功率密度和新风量；
S15、在计算模型中输入相关参数，确定建筑物的全年空调总冷负荷；并得到任意i时的空调系统i时的总冷负荷Qi冷。
4.根据权利要求3中所述的应用于空调系统中的主机设备选择方法，其特征在于：所述各时刻的全年空调冷负荷统计表包括各时刻的全年空调部分冷负荷Qi冷与最大冷负荷值Qi冷max的比值、各比例段的全年空调部分冷负荷Qi冷的时长以及各比例段的全年空调部分冷负荷Qi冷的时长所占全年空调使用时长的比值。
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