CN108006863B - 一种混凝土辐射供冷系统负荷计算优化方法 - Google Patents

Abstract

一种混凝土辐射供冷系统负荷计算优化方法，包括：设定混凝土辐射供冷末端的热工参数和几何参数，其中，热工参数包括混凝土的导热系数和混凝土的蓄热系数，几何参数包括埋管间距及埋管深度；分别计算：第一热阻、第二热阻、热惰性指标、第一外表面蓄热系数、第二外表面蓄热系数和内表面蓄热系数；分别计算基本衰减系数和基本延迟时间；分别计算在不同周期的外扰作用下的衰减系数和延迟时间；将一天24小时的逐时房间冷负荷写为傅里叶展开式；计算一天24小时之中混凝土辐射供冷系统的逐时冷负荷。本发明解决了传统冷负荷计算方法无法用于混凝土辐射供冷系统的缺陷，有利于减小系统峰值负荷，实现削峰填谷的节能效果。

Description

一种混凝土辐射供冷系统负荷计算优化方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土辐射供冷系统负荷计算优化方法。特别是涉及一种当单独使用混凝土辐射供冷系统供冷时，基于混凝土辐射供冷末端的蓄热特性，对混凝土辐射供冷系统的逐时冷负荷进行计算时采用的混凝土辐射供冷系统负荷计算优化方法。

背景技术

在建筑节能的大环境下，辐射供冷空调系统以其节能性与舒适性的优点在工程和学术界受到越来越多的关注。辐射供冷空调系统的末端形式有很多种，按照供冷末端与室内换热的主要方式进行分类，主要包括两大类：对流式末端和辐射式末端。对流式末端包括对流式冷天花、被动式冷梁及主动式冷梁，辐射式末端包括辐射式冷天花、毛细管末端及混凝土辐射供冷末端。其中，混凝土辐射供冷末端作为新型节能的空调末端形式，其供冷能力与性能也逐渐得到了学者们的关注与研究。

与其它辐射供冷末端形式不同，混凝土辐射供冷末端将供冷盘管直接安装在建筑构件如楼板之中，由于建筑构件的热惰性较大，使得混凝土辐射供冷末端有着显著的蓄热能力。在外界扰量突变或剧烈变化时，混凝土辐射供冷末端不像其它形式末端一样在短时间内对外扰做出响应，存在时间上的延迟及变化幅度上的衰减。混凝土辐射供冷末端的这种蓄热特性使得在应用混凝土辐射供冷系统供冷时，对混凝土辐射供冷系统的冷负荷计算不应采用传统的冷负荷计算方法。当房间内单独使用混凝土辐射供冷系统供冷时，由于混凝土辐射供冷末端的蓄热特性，热量由室内空气向冷水机组内冷水的传递过程中存在衰减延迟效应，因此冷水机组所需提供的供冷量与房间冷负荷之间存在差异。即在对混凝土辐射供冷系统的逐时冷负荷进行计算时，应考虑混凝土辐射供冷末端的蓄热特性带来的影响，对根据传统计算方法计算得到的逐时房间冷负荷进行修正。这种优化的冷负荷计算方法有助于减小混凝土辐射供冷系统的峰值负荷，且可以实现削峰填谷的节能效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种有利于减小系统峰值负荷，实现削峰填谷节能效果的混凝土辐射供冷系统负荷计算优化方法。

本发明所采用的技术方案是：一种混凝土辐射供冷系统负荷计算优化方法，包括如下步骤：

1)设定混凝土辐射供冷末端的热工参数和几何参数，其中，热工参数包括混凝土的导热系数λ，单位W/m^.K，及混凝土的蓄热系数S，单位W/m^2.K；几何参数包括埋管间距L，单位m，及埋管深度L₁，单位m；

2)根据混凝土辐射供冷末端的热工参数和几何参数分别计算：

第一热阻R₁，单位m^2.K/W：

第二热阻R₂，单位m^2.K/W：

热惰性指标D：D＝S·(R₁+R₂)

第一外表面蓄热系数y₁，单位W/m^2.K：

第二外表面蓄热系数y₂，单位W/m^2.K：

内表面蓄热系数y_n，单位W/m^2.K：

3)根据混凝土的蓄热系数S、热惰性指标D、第一外表面蓄热系数y₁、第二外表面蓄热系数y₂和内表面蓄热系数y_n分别计算：

基本衰减系数γ₀：

基本延迟时间ξ₀，单位h：

4)根据基本衰减系数γ₀和基本延迟时间ξ₀，分别计算在不同周期的外扰作用下的衰减系数和延迟时间：

周期为24h外扰作用下的衰减系数γ₁：γ₁＝0.3γ₀+0.6

周期为24h外扰作用下的延迟时间ξ₁，单位rad：ξ₁＝0.3ξ₀-0.24

周期为12h外扰作用下的衰减系数γ₂：γ₂＝0.84γ₀-0.1

周期为12h外扰作用下的延迟时间ξ₂，单位rad：ξ₂＝0.44ξ₀-0.15

周期为8h外扰作用下的衰减系数γ₃：γ₃＝1.43γ₀-0.8

周期为8h外扰作用下的延迟时间ξ₃，单位rad：ξ₃＝0.51ξ₀；

5)已知一天24小时的逐时房间冷负荷Q(单位kW)，将Q写为傅里叶展开式：

其中τ＝1,2,3...24，表示一天24小时；A₀、A₁、A₂和A₃分别表示不同的系数；

和

分别表示不同的相位角，单位为rad；

6)根据步骤4)中在不同周期的外扰作用下的衰减系数和延迟时间和步骤5)中的傅里叶展开式计算一天24小时之中混凝土辐射供冷系统的逐时冷负荷q，单位kW：

其中τ＝1,2,3...24，表示一天24小时；A₀、A₁、A₂和A₃分别表示不同的系数；

和

分别表示不同的相位角。

本发明的一种混凝土辐射供冷系统负荷计算优化方法，解决了传统冷负荷计算方法无法用于混凝土辐射供冷系统的缺陷，有利于减小系统峰值负荷，实现削峰填谷的节能效果。本发明具有以下优点：

1、提出了利用公式计算混凝土辐射供冷系统的逐时冷负荷的方法。

2、该方法考虑了混凝土辐射供冷系统冷负荷与房间冷负荷之间的差异，使得混凝土辐射供冷系统的逐时冷负荷计算更加准确。

3、在应用混凝土辐射供冷系统时，使用该方法所得的逐时冷负荷数据进行运行指导，有利于减小混凝土辐射供冷系统的峰值负荷，实现削峰填谷的节能效果。

附图说明

图1是本发明中混凝土辐射供冷末端的热工参数和几何参数示意图。

图中：

L：是埋管间距单位m L₁：是埋管深度，单位m

1：是隔热层 2：冷水

3：冷水管 4：是混凝土

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种混凝土辐射供冷系统负荷计算优化方法做出详细说明。

本发明的一种混凝土辐射供冷系统负荷计算优化方法，包括如下步骤：

1)设定混凝土辐射供冷末端的热工参数和几何参数，如图1所示，其中，热工参数包括混凝土的导热系数λ，单位W/m.K，及混凝土的蓄热系数S，单位W/m².K；几何参数包括埋管间距L，单位m，及埋管深度L₁，单位m；

2)根据混凝土辐射供冷末端的热工参数和几何参数分别计算：

第一热阻R₁，单位m^2.K/W：

第二热阻R₂，单位m^2.K/W：

热惰性指标D：D＝S·(R₁+R₂)

第一外表面蓄热系数y₁，单位W/m^2.K：

第二外表面蓄热系数y₂，单位W/m^2.K：

内表面蓄热系数y_n，单位W/m^2.K：

3)根据混凝土的蓄热系数S、热惰性指标D、第一外表面蓄热系数y₁、第二外表面蓄热系数y₂和内表面蓄热系数y_n分别计算：

基本衰减系数γ₀：

基本延迟时间ξ₀，单位h：

4)根据基本衰减系数γ₀和基本延迟时间ξ₀，分别计算在不同周期的外扰作用下的衰减系数和延迟时间：

周期为24h外扰作用下的衰减系数γ₁：γ₁＝0.3γ₀+0.6

周期为24h外扰作用下的延迟时间ξ₁，单位rad：ξ₁＝0.3ξ₀-0.24

周期为12h外扰作用下的衰减系数γ₂：γ₂＝0.84γ₀-0.1

周期为12h外扰作用下的延迟时间ξ₂，单位rad：ξ₂＝0.44ξ₀-0.15

周期为8h外扰作用下的衰减系数γ₃：γ₃＝1.43γ₀-0.8

周期为8h外扰作用下的延迟时间ξ₃，单位rad：ξ₃＝0.51ξ₀；

5)已知一天24小时的逐时房间冷负荷Q(单位kW)，将Q写为傅里叶展开式：

其中τ＝1,2,3...24，表示一天24小时；A₀、A₁、A₂和A₃分别表示不同的系数；和

分别表示不同的相位角，单位为rad；因此，根据上述Q的傅里叶展开式可以得到A₀、A₁、A₂和A₃以及

和

6)根据步骤4)中在不同周期的外扰作用下的衰减系数和延迟时间和步骤5)中的傅里叶展开式计算一天24小时之中混凝土辐射供冷系统的逐时冷负荷q，单位kW：

其中τ＝1,2,3...24，表示一天24小时；A₀、A₁、A₂和A₃分别表示不同的系数；

和

分别表示不同的相位角。

实例：

1)设定一种混凝土辐射供冷末端的热工参数和几何参数，其中，热工参数包括混凝土的导热系数λ＝1.74，单位W/m.K，及混凝土的蓄热系数S＝17.2，单位W/m².K；几何参数包括埋管间距L＝0.2，单位m，及埋管深度L₁＝0.06，单位m；

2)根据混凝土辐射供冷末端的热工参数和几何参数分别计算得到：

第一热阻R₁，单位m^2.K/W：

第二热阻R₂，单位m^2.K/W：

热惰性指标D：D＝S·(R₁+R₂)＝1.087

第一外表面蓄热系数y₁，单位W/m^2.K：

第二外表面蓄热系数y₂，单位W/m^2.K：

内表面蓄热系数y_n，单位W/m^2.K：

3)根据混凝土的蓄热系数S、热惰性指标D、第一外表面蓄热系数y₁、第二外表面蓄热系数y₂和内表面蓄热系数y_n分别计算得到：

基本衰减系数γ₀：

基本延迟时间ξ₀，单位h：

4)根据基本衰减系数γ₀和基本延迟时间ξ₀，分别计算得到在不同周期的外扰作用下的衰减系数和延迟时间：

周期为24h外扰作用下的衰减系数γ₁：γ₁＝0.3γ₀+0.6＝1.04

周期为24h外扰作用下的延迟时间ξ₁，单位rad：ξ₁＝0.3ξ₀-0.24＝0.444

周期为12h外扰作用下的衰减系数γ₂：γ₂＝0.84γ₀-0.1＝1.133

周期为12h外扰作用下的延迟时间ξ₂，单位rad：ξ₂＝0.44ξ₀-0.15＝0.853

周期为8h外扰作用下的衰减系数γ₃：γ₃＝1.43γ₀-0.8＝1.299

周期为8h外扰作用下的延迟时间ξ₃，单位rad：ξ₃＝0.51ξ₀＝1.162

5)已知一天24小时的逐时房间冷负荷Q(单位kW)如表1

表1

τ(h)	Q(kW)	τ(h)	Q(kW)	τ(h)	Q(kW)
						1	21.2	9	19.0	17	31.1
2	20.5	10	20.5	18	28.7
						3	20.1	11	20.6	19	26.3
4	19.9	12	23.3	20	24.0
						5	22.0	13	24.7	21	22.2
6	24.4	14	26.0	22	21.1
						7	23.1	15	27.0	23	21.8
8	21.7	16	28.1	24	21.6

将Q写为傅里叶展开式：

6)根据步骤4)中在不同周期的外扰作用下的衰减系数和延迟时间和步骤5)中的傅里叶展开式得到一天24小时之中混凝土辐射供冷系统的逐时冷负荷q(单位kW)的表达式：

将τ代入表达式，求得一天24小时之中混凝土辐射供冷系统的逐时冷负荷q(单位kW)，如表2。

表2

τ(h)	q(kW)	τ(h)	q(kW)	τ(h)	q(kW)
						1	21.10	9	21.16	17	28.53
2	20.63	10	20.24	18	28.85
						3	20.52	11	19.62	19	28.24
4	20.78	12	19.75	20	27.01
						5	21.32	13	20.85	21	25.52
6	21.87	14	22.80	22	24.09
						7	22.13	15	25.11	23	22.85
8	21.89	16	27.20	24	21.84

Claims (1)

1.一种混凝土辐射供冷系统负荷计算优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)设定混凝土辐射供冷末端的热工参数和几何参数，其中，热工参数包括混凝土的导热系数λ，单位W/m·K，及混凝土的蓄热系数S，单位W/m^2.K；几何参数包括埋管间距L，单位m，及埋管深度L₁，单位m；

2)根据混凝土辐射供冷末端的热工参数和几何参数分别计算：

第一热阻R₁，单位m^2.K/W：

第二热阻R₂，单位m^2.K/W：

热惰性指标D：D＝S·(R₁+R₂)

第一外表面蓄热系数y₁，单位W/m^2.K：

第二外表面蓄热系数y₂，单位W/m^2.K：

内表面蓄热系数y_n，单位W/m^2.K：

3)根据混凝土的蓄热系数S、热惰性指标D、第一外表面蓄热系数y₁、第二外表面蓄热系数y₂和内表面蓄热系数y_n分别计算：

基本衰减系数γ₀：

基本延迟时间ξ₀，单位h：

4)根据基本衰减系数γ₀和基本延迟时间ξ₀，分别计算在不同周期的外扰作用下的衰减系数和延迟时间：

周期为24h外扰作用下的衰减系数γ₁：γ₁＝0.3γ₀+0.6

周期为24h外扰作用下的延迟时间ξ₁，单位h：ξ₁＝0.3ξ₀-0.24

周期为12h外扰作用下的衰减系数γ₂：γ₂＝0.84γ₀-0.1

周期为12h外扰作用下的延迟时间ξ₂，单位h：ξ₂＝0.44ξ₀-0.15

周期为8h外扰作用下的衰减系数γ₃：γ₃＝1.43γ₀-0.8

周期为8h外扰作用下的延迟时间ξ₃，单位h：ξ₃＝0.51ξ₀；

5)已知一天24小时的逐时房间冷负荷Q，单位kW，将Q写为傅里叶展开式：

其中τ＝1,2,3...24，表示一天24小时；A₀、A₁、A₂和A₃分别表示不同的系数；

和

分别表示不同的相位角，单位为rad；

6)根据步骤4)中在不同周期的外扰作用下的衰减系数和延迟时间和步骤5)中的傅里叶展开式计算一天24小时之中混凝土辐射供冷系统的逐时冷负荷q，单位kW：

其中τ＝1,2,3...24，表示一天24小时；A₀、A₁、A₂和A₃分别表示不同的系数；和

分别表示不同的相位角。

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