CN108800426B - 变风量空调系统的分析方法和评估方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种变风量空调系统的分析方法和评估方法。本申请的技术方案通过根据计算对象的边界条件建立空调动态负荷模拟模型，模拟计算对象对应的多个空调参数序列，并统计计算对象的统计参数：室温不满足率、平均偏差温度、人均新风不满足率和平均送风量占比，对统计参数进行加权计算获得空调系统评估参数。通过空调系统评估参数对变风量空调系统设计方案进行分析并评估不同变风量空调系统设计方案对各功能房间舒适性和经济性的影响，选取最优变风量空调系统设计方案。

Description

变风量空调系统的分析方法和评估方法

技术领域

本申请涉及空调系统技术领域，尤其涉及一种变风量空调系统的分析方法和评估方法。

背景技术

变风量(Variable Air Volume，VAV)空调系统是通过改变送风量来调节室内温湿度的空调系统，是一种全空气系统。变风量系统可以同时满足室内的空气品质，又达到节能的目的。变风量空调系统具有节能、无冷凝水烦恼、系统灵活性好、系统噪声低、不会发生过冷或过热、提高楼宇智能化程度、维修工作量小和使用寿命长等优势。

然而，在现有技术中，对于不同变风量空调系统设计的评估和选择，只能采用既有经验，无法定量地评估和比较各种方案的优劣。这使得一旦评估失误，施工完成后，变风量空调系统会存在局部区域过冷或过热的问题。而且，由于这类问题是设计原因造成的，无法通过调试变风量空调系统来克服。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种变风量空调系统的分析方法和评估方法，以对于变风量空调系统进行较为客观和准确的定量分析。

第一方面，提供了一种变风量空调系统的分析方法，所述方法包括：

根据计算对象的边界条件建立空调动态负荷模拟模型，其中，所述计算对象为包括多个功能房间的建筑物；

根据变风量空调系统的设计参数和所述空调动态负荷模拟模型模拟计算对象对应的多个空调参数序列，每个空调参数序列为沿时间轴排列的对应的空调参数数据组；

根据空调参数时间序列统计计算对象的统计参数，所述统计参数至少包括室温不满足率、平均偏差温度、人均新风不满足率和平均送风量占比；

对所述统计参数进行加权计算获得空调系统评估参数。

优选地，所述根据计算对象的边界条件建立空调动态负荷模拟模型是采用DeST软件来建立所述空调动态负荷模拟模型，其中，所述边界条件包括围护结构热工参数、室内热扰参数、气象参数和设备运行参数中的一项或多项。

优选地，所述空调参数包括：室内冷负荷、热负荷、室内温度、送风温度和送风量。

优选地，所述室温不满足率为各功能房间逐时室内温度超出相应设定室内温度范围的数据组数占比。

优选地，所述平均偏差温度为所有功能房间逐时室内温度与相应设定室内温度范围的平均偏差。

优选地，所述人均新风不满足率为各功能房间实际逐时人均新风量小于相应设定逐时人均新风量的数据组数占比。

优选地，所述平均送风量占比为系统运行平均每小时送风量与系统设计最大逐时风量的比例。

第二方面，提供了一种变风量空调系统的评估方法，所述方法包括：

获取多种变风量空调系统设计方案；

根据如第一方面所述的方法获取每种变风量空调系统设计方案对应的评估参数；

比较所述空调系统评估参数对所述多种变风量空调系统设计方案进行评估。

优选地，所述多种变风量空调系统设计方案具有至少一项不同的设计参数，所述设计参数包括系统分区形式、设备选型、控制策略和新风量中的一种或多种。

本申请通过对评估参数的比较来分析并评估不同变风量空调系统设计方案对各功能房间舒适性和经济性的影响，从而选取最优变风量空调系统设计方案。

附图说明

通过以下参照附图对本申请实施例的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本申请实施例变风量空调系统的分析方法流程示意图；

图2是本申请实施例变风量空调系统的评估方法流程示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本申请进行描述，但是本申请并不仅仅限于这些实施例。在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。为了避免混淆本申请的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

本申请可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1是本申请实施例变风量空调系统的分析方法流程示意图。该方法用于分析变风量空调系统。如图1所示，该方法包括如下步骤：

在步骤S210，根据计算对象的边界条件建立空调动态负荷模拟模型。其中，所述计算对象为包括多个功能房间的建筑物。

在本实施例中，建筑空调动态负荷模拟模型可采用DeST模拟软件建立，也可以采用其它类似的软件来建立获得。DeST是用于建筑环境及HVAC(Heating,Ventilation andAir Conditioning，供热通风与空气调节)系统模拟的软件平台，该软件平台可以模拟建筑环境和空调系统。DeST可以模拟各种复杂建筑形式(如多建筑、天窗、斜墙、地下层、回形分隔等)的模型，可对建筑物朝向、窗墙比、建筑平面布局等进行模拟。同时还支持各种围护构件的计算，可对围护结构的选材、组合以及保温、隔热等围护措施进行模拟。支持灵活的内扰和通风定义，可以对建筑通风设计进行模拟。

在本实施例中，功能房间可以包括：会议室、办公室、公共区域和茶室等，也可以根据需求自定义功能房间。

在本实施例中，边界条件可以包括：围护结构热工参数、房间内扰参数、气象参数和设备运行参数等中的一项或多项。

其中，围护结构热工参数包括如墙体类型、门窗传热系数和遮阳系数等。围护结构热工参数会影响房间的散热等。

房间内扰参数包括人均新风量、人员密度、照明功率密度和设备功率密度等。考虑到房间内人员的走动、灯光设备的开停情况，在内扰的设定中采用了“作息”的概念以反映内扰的逐时变化规律，即人员的活动强度、活动时间，设备、灯光的发热量及其时间分布不同。不同的内扰会影响房间的自然室温以及房间负荷的计算。

气象参数，通过功能房间所处地理位置的气象环境来模拟功能房间与外界环境的换热。DeST获得逐时气象参数的基础是中国气象局气象信息中心气象资料室提供的全国多个地面气象台站的气象观测数据。

设备运行参数包括风量、功率等，会影响设备耗能和室内环境。

应理解，以上几种边界条件仅是举例，边界条件还有其他类型，比如：房间通风等。

由此，基于计算对象的边界条件(也即，建筑物的实际情况)，可以建立获得用于后续进行参数模拟的空调动态负荷模拟模型。

在步骤S220，根据变风量空调系统的设计参数和所述空调动态负荷模拟模型模拟计算对象对应的多个空调参数序列。每个空调参数序列为沿时间轴排列的对应的空调参数数据组。

在本实施例中，空调动态负荷模拟模型搭建完毕后，通过DeST软件平台内置的空调系统模块，将变风量空调系统设计方案参数录入模型，进行相应参数设置后，模拟计算对象对应的多个空调参数序列。

在本实施例中，空调参数包括：室内冷负荷、热负荷、室内温度、送风温度和送风量等。

在本实施例中，数据组数为每个功能房间完成空调季节模拟运行每小时为一组。

在步骤S230，根据空调参数时间序列统计计算对象的统计参数，所述统计参数至少包括室温不满足率、平均偏差温度、人均新风不满足率和平均送风量占比。

以下通过举例说明对各统计参数的计算。

在本实施例中，使用DeST软件模拟计算变风量空调系统一年的空调参数序列，以每小时为一组数据，设置空调系统在一年之中运行时间为m小时，空调系统包含n个功能房间，即总数据组数为m*n。应理解，空调系统的运行作息可以选择由系统确定，也可以选择由功能房间确定。并且可以对其中的任何一个小时的设定进行修改。

在本实施例中，室内设定温度范围和变风量空调系统一年之中运行时间与该建筑地理位置所在气候区域相关，不同气候区域建筑可以设定一种或多种室内温度范围和变风量空调系统一年之中运行时间。

具体地，不同气候区域如夏热冬冷地区、夏热冬暖地区等，夏热冬冷地区可根据室外气象参数不同分为夏季、冬季、过渡季，不同季节可以设定不同的室内温度范围和变风量空调系统一年之中运行时间；夏热冬暖地区根据其气候区域特征全年仅有一种类型空调季节，此地区设定的室内温度范围和变风量空调系统一年之中运行时间相对比较固定。

在本实施例中，室内设定温度范围和设定人均新风量同时与各功能房间类型相关，不同功能房间类型可以设定一种或多种室内温度范围和人均新风量。

具体地，不同功能房间类型如会议室、办公室等，会议室和办公室可设定同一种室内温度范围和人均新风量，也可以设定不同的室内温度范围和人均新风量。

在本实施例中，室温不满足率S1为各功能房间逐时室内温度超出相应设定室内温度范围的数据组数占比。室温不满足率越小，说明功能房间温度满足率越高。计算公式：

S1＝逐时室内温度不满足设定室内温度范围的数据组数/总数据组数*100％。

具体地，若经统计所得逐时室温不满足设定室温范围的数据组数为a，则：

S1＝a/(m*n)。

在本实施例中，平均偏差温度S2为所有功能房间逐时室内温度与相应设定室内温度范围的平均偏差。平均偏差温度越小，说明功能房间平均温度越接近设计温度范围。计算公式：

S2＝所有功能房间逐时室内温度与相应设定室内温度范围的偏差之和/总数据组数。

具体地，若经统计所得所有功能房间逐时室内温度与相应设定室内温度范围的偏差之和为b，则：

S2＝b/(m*n)。

在本实施例中，人均新风不满足率S3为各功能房间实际逐时人均新风量小于设定逐时人均新风量的数据组数占比。人均新风不满足率越小，说明各功能房间新风量供应及分配越充足。计算公式：

S3＝逐时人均新风量不满足设定逐时人均新风量数据组数/总数据组数*100％。

具体地，若经统计所得逐时人均新风量不满足设定逐时人均新风量数据组数为c，则：

S3＝c/(m*n)。

在本实施例中，所述平均送风量占比S4为系统运行平均每小时送风量与系统设计最大逐时风量的比例。平均送风量占比越小，说明系统风量越小，对应方案设计的能耗越低，经济性越好。计算公式：

S4＝系统运行平均每小时送风量/系统设计最大逐时风量。

具体地，系统运行平均每小时送风量＝空调季节运行时间段的总送风量/空调季节空调运行小时数。经统计所得空调系统在一年之中总送风量为d，系统设计最大逐时风量为q，则：

S4＝d/[(m*n)*q]

在本实施例中，通过以上4个统计参数，可定量分析设计方案的房间温度不满足率、新风不满足率和系统设计经济性。

具体地，可通过室温不满足率和平均偏差温度分析房间温度的情况，室温不满足率越小，说明功能房间温度满足率越高。平均偏差温度越小，说明功能房间平均温度越接近设计温度范围。

可通过人均新风不满足率分析房间新风的情况，人均新风不满足率越小，说明各功能房间新风量供应及分配越充足。

可通过平均送风量占比分析系统设计经济性，平均送风量占比越小，说明系统风量越小，对应方案设计的能耗越低，经济性越好。

在步骤S240，对所述统计参数进行加权计算获得空调系统评估参数。

将统计参数按照以下公式得到变风量空调系统设计方案评估参数S，计算公式：

S＝αS1+βS2+γS3+εS4，其中，S1、S2、S3、S4为四个统计参数，α、β、γ、ε为各项统计参数的权重系数。所述权重系数根据需求设置，且α+β+γ+ε＝1。

具体地，当变风量空调系统设计方案选择侧重温度满足使用需求考核时，α、β权重系数相应增大。当变风量空调系统设计方案选择侧重新风量满足使用需求考核时，γ权重系数相应增大。当变风量空调系统设计方案选择侧重运行能耗低的经济性考核时，ε权重系数相应增大。

本实施例的方法通过根据计算对象的边界条件建立空调动态负荷模拟模型，模拟计算对象对应的多个空调参数序列，并统计计算对象的统计参数：室温不满足率、平均偏差温度、人均新风不满足率和平均送风量占比，对统计参数进行加权计算获得空调系统评估参数。分析得到的评估值可以用于对不同的变风量空调系统设计方案进行横向比较。

图2是本申请实施例变风量空调系统的评估方法流程示意图。该方法用于对多种变风量空调系统设计方案进行评估。如图2所示，该方法包括：

步骤S100，获取多种变风量空调系统设计方案。

在本实施例中，获取多种变风量空调系统设计方案具有至少一项不同的设计参数。具体地，可以根据系统分区形式、设备选型、控制策略和新风量中的一种或多种的不同设计多种变风量空调系统设计方案。

步骤S200，获取每种变风量空调系统设计方案对应的评估参数。

根据上一实施例所示的变风量空调系统分析方法获取多种变风量空调系统设计方案对应的评估参数。

步骤S300，比较所述空调系统评估参数对所述多种变风量空调系统设计方案进行评估。

具体地，评估参数S越小，对应的变风量空调系统设计方案越优。

由此，通过以下三个事例对评估方案进行更进一步的描述。

事例一，当对于温度、新风量满足使用需求考核与运行能耗低的经济性考核并重，设置权重系数α、β、γ和ε均为25％时，设置变风量空调系统设计方案的其余设计参数不变，仅对系统分区设计不同的三种方案进行评价：

采用内外分区的变风量空调系统设计方案时，计算得到评估参数S为0.31。

采用南北分区的变风量空调系统设计方案时，计算得到评估参数S为0.28。

采用东北/西南斜对角分区的变风量空调系统设计方案时，计算得到评估参数S为0.252。

通过比较三种方案的评估参数S可知，此时采用东北/西南斜对角分区的变风量空调系统设计方案评估参数最低，方案更优。所以该变风量空调系统设计方案分区设计选定为东北/西南斜对角分区。

事例二，当对于温度、新风量满足使用需求考核与运行能耗低的经济性考核并重，设置权重系数α、β、γ和ε均为25％时，设置变风量空调系统设计方案的其余设计参数不变，仅对最小送风比例设计进行评估：

采用30％最小送风比的变风量空调系统设计方案时，计算得到评估参数S为0.339。

采用20％最小送风比的变风量空调系统设计方案时，计算得到评估参数S为0.317。

采用12％最小送风比的变风量空调系统设计方案时，计算得到评估参数S为0.252。

通过比较三种方案的评估参数S可知，此时采用12％最小送风比变风量空调系统设计方案的评估参数S最低，方案最优，所以该变风量空调系统设计方案选定12％最小送风比。

事例三，当对于温度、新风量满足使用需求考核要求更高，对运行能耗低的经济性考核要求相对较小，设置权重系数为α＝β＝γ＝30％、ε＝10％时，当变风量空调系统设计方案的其余设计参数不变，仅对系统分区设计进行评估：

采用内外分区的变风量空调系统设计方案时，计算得到评估参数S为0.36。

采用南北分区的变风量空调系统设计方案时，计算得到评估参数S为0.32。

采用东北/西南斜对角分区的变风量空调系统设计方案时，计算得到评估参数S为0.347。

通过比较三种方案的评估参数S可知，此时采用南北分区的变风量空调系统设计方案的评估参数最低，方案更优，所以此时系统分区设计选定为南北分区。

通过对事例一和事例二比较可知，在满足同一使用需求考核的多种方案中，对不同的设计参数进行评估，可以得到的不同参数设计方案的最优方案。可以通过逐步选定设计参数进行迭代评价，最终获得变风量空调系统设计参数综合的最优方案。具体地，当对于温度、新风量满足使用需求考核与运行能耗低的经济性考核并重，设置权重系数α、β、γ和ε均为25％时，可以选择东北/西南斜对角分区和12％最小送风比的设计方案。

通过对事例一和事例三比较可知，在设计参数相同的多种方案中，因考核需求不同对各统计参数的权重系数做相应调整，也会导致选取的最优方案不同。

本申请通过对变风量空调系统设计方案的评估参数进行计算，分析并评估不同变风量空调系统设计方案对各功能房间舒适性和经济性的影响，从而选取最优变风量空调系统设计方案。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员而言，本申请可以有各种改动和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种变风量空调系统的分析方法，其特征在于，所述方法包括：

根据计算对象的边界条件建立空调动态负荷模拟模型，其中，所述计算对象为包括多个功能房间的建筑物；

根据变风量空调系统的设计参数和所述空调动态负荷模拟模型模拟计算对象对应的多个空调参数序列，每个空调参数序列为沿时间轴排列的对应的空调参数数据组；

根据空调参数时间序列统计计算对象的统计参数，所述统计参数至少包括室温不满足率、平均偏差温度、人均新风不满足率和平均送风量占比；

对所述统计参数进行加权计算获得空调系统评估参数；

其中，所述室温不满足率为各功能房间逐时室内温度超出相应设定室内温度范围的数据组数占比；所述平均偏差温度为所有功能房间逐时室内温度与相应设定室内温度范围的平均偏差；所述人均新风不满足率为各功能房间实际逐时人均新风量小于相应设定逐时人均新风量的数据组数占比；所述平均送风量占比为系统运行平均每小时送风量与系统设计最大逐时风量的比例。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据计算对象的边界条件建立空调动态负荷模拟模型是采用DeST软件来建立所述空调动态负荷模拟模型，其中，所述边界条件包括围护结构热工参数、室内热扰参数、气象参数和设备运行参数中的一项或多项。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空调参数包括：室内冷负荷、热负荷、室内温度、送风温度和送风量。

4.一种变风量空调系统的评估方法，其特征在于，所述方法包括：

获取多种变风量空调系统设计方案；

根据如权利要求1-3中任一项所述的方法获取每种变风量空调系统设计方案对应的评估参数；

比较所述空调系统评估参数对所述多种变风量空调系统设计方案进行评估。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多种变风量空调系统设计方案具有至少一项不同的设计参数，所述设计参数包括系统分区形式、设备选型、控制策略和新风量中的一种或多种。

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