CN113268796B - 一种暖通空调系统设备自动选型算法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种基于建筑负荷计算结果和分区设计结果的暖通空调系统自动选型算法。自动选型的计算方法的内容包括：1)利用建筑的逐时冷热负荷(以下简称负荷)计算结果以及暖通空调系统分区结果，对建筑的暖通空调系统类型及分区设备种类进行确定；2)根据计算得到的建筑总负荷结果以及暖通空调系统类型对建筑暖通空调系统冷热源进行选型计算；3)根据分区房间负荷计算的设计日负荷总和得到建筑系统分区负荷计算结果，进行分区空气处理设备选型计算；4)根据建筑各个房间的负荷计算值，进行房间暖通空调末端进行选型计算。

Description

一种暖通空调系统设备自动选型算法
技术领域
本发明属于暖通空调系统设计领域，具体涉及一种暖通空调系统自动选型算法。
背景技术
当前实际工程中暖通空调系统部分设计主要是在建筑结构CAD图纸基础上根据规范和经验设计空调系统，完成系统选择、设备选型以及风口设置、管道布置等工作。这类工作可重复性强，通过进行自动化设计的相关研究可大大减少重复性工作所需的时间。随着建筑信息模型(BIM)的发展，让建筑设计以及建筑设备工程设计流程从创建智能三维设计模型开始，然后使用三维模型来实现协作、仿真和可视化，并帮助业主和服务提供者更好地规划、设计、构建和管理建筑与基础设施。
随着建筑能耗模拟技术的发展，暖通空调系统的设计越来越依靠建筑能耗模拟软件对建筑的负荷和能耗的模拟及预测数据。而BIM中存储的建筑信息可以提供房间几何信息及防火分区信息，同时为负荷计算提供基础。因此，利用BIM和建筑的负荷计算结果进行空调系统的系统设计和设备选型已经成为一种趋势。
在空调系统设计过程中，热区的划分是重要的一个环节。从系统设计角度来看，热区界定了建筑中需要进行独立控制的空间区域。合理的热区划分，即将功能需求与热工特性相似的区域划分为同一热区，有助于空调系统设计以及运行控制，使空调系统满足各房间舒适要求的同时减少不必要的能耗。通过合理的热区划分得到的建筑空调系统分区结果可以作为暖通空调系统设计和设备选型的重要依据。
发明内容
为了高效的实现建筑暖通空调系统的设备选型，减少人为主观因素对暖通空调系统设备选型的影响，同时根据相关的国家标准及行业标准，本发明提出了一种基于建筑负荷计算结果及建筑分区结果的暖通空调设备自动选型的算法。
技术方案：
本发明为一种暖通空调系统设备自动选型算法，算法流程图见图1，具体实施步骤如下：
步骤1建筑暖通空调系统类型及分区设备种类生成算法；
步骤2暖通空调系统冷热源自动选型算法；
步骤3暖通空调系统分区空气处理设备自动选型算法；
步骤4暖通空调系统末端自动选型算法。
步骤1：利用建筑的负荷系统分区结果以及分区中空调系统的类型，对建筑的空调系统类型和分区设备种类进行确定。
建筑的负荷系统分区结果是基于建筑负荷模拟计算的结果，结合建筑房间热工特性，通过热工分区的方式得到的。该算法可以将使用同样空调系统类型的集成在一起，构成暖通空调系统的分区结果。而各个分区中的空调系统类型是基于项目设计要求、暖通空调系统设计法规和规范以及分区房间的空气处理过程确定的。通过对这两部分条件的分析，可以确定分区空调系统的种类和其中包含的主要设备及附加设备，并以设备列表的形式输出，该设备列表为后续步骤的选型基础。
步骤2：根据建筑总冷热负荷和步骤1确定的空调系统类型以及系统选型设备列表对建筑暖通空调系统的冷热源进行选型。
建筑总冷热负荷即建筑在设计日的总冷/热负荷，这是空调系统在设计参数下确定冷热源设备装机容量的依据。其中，建筑总冷/热负荷计算结果是通过将建筑信息输入建筑负荷计算软件或者能耗计算软件中得到建筑逐时负荷计算结果，再通过分区冷热负荷计算算法和建筑总冷热负荷计算算法之后得到的。上述算法模块中的计算处理过程包括对冷热负荷结果中显热负荷、潜热负荷和新风负荷等数据的计算处理过程。将建筑总冷/热负荷(显热负荷)和风机/管道得热以及建筑的总潜热负荷和新风负荷叠加之后可以用于确定系统冷热源设备的型号、台数、装机容量、尺寸和占地面积等选型结果信息。
步骤3：根据分区中房间负荷结果计算得到的分区设计日负荷计算结果，进行分区空气处理设备的选型计算。
建筑分区负荷结果的计算为步骤1中建筑分区负荷计算算法模块中产生的。这里将计算出的每个建筑分区或者建筑每个空调系统的设计日负荷进行计算求得综合最大值，然后结合分区负荷计算算法模块中已经确定好的送回风温差及分区潜热负荷和新风负荷，对每个分区或者每个空调系统的送/回风量进行计算，确定分区空气处理装置的型号、台数、装机容量、尺寸和占地面积等选型结果信息。该步骤受整体建筑暖通空调系统类型的影响，部分暖通空调系统不包含该步骤的选型。
步骤4：根据建筑各个房间的负荷计算值以及步骤1中的分区设备种类列表，进行房间暖通空调系统末端的选型计算。
根据建筑负荷计算结果中对于各个房间的负荷计算结果，结合步骤3计算得到的房间的送回风温差等设计参数，确定房间中末端装置的型号、台数和供冷/热量等选型结果信息。
与现有技术相比，本发明可以根据建筑的负荷计算结果和分区结果对建筑中所使用的暖通空调系统设备进行自动的选型计算，可以高效的实现暖通空调系统设计中对于冷热源、分区空气处理装置及末端选型的目标，减少重复工作的同时避免了人为主观因素造成的偏差。
附图说明
图1为本发明的一种暖通空调系统设备自动选型算法的流程示意图。
图2为实例建筑结构三维模型图
图3为暖通空调系统冷热源选型的一般流程示意图
具体实施方式
下面对本发明的实施方式选取一个实例作详细说明，本实例在以本发明技术方案的前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不仅限于下述的实例。
如图1所示，包括：
步骤1建筑暖通空调系统类型及分区设备种类生成算法；
步骤2暖通空调系统冷热源自动选型算法；
步骤3暖通空调系统分区空气处理设备自动选型算法；
步骤4暖通空调系统末端自动选型算法。
具体详述如下。
步骤1：图2为本实例的一栋典型办公建筑的建筑结构三维模型图，使用EnergyPlus能耗模拟软件对建筑全年逐时冷热负荷进行模拟之后，通过计算建筑的总冷热负荷，得到建筑总的冷负荷为526.07kW，建筑总的热负荷为365.61kW。本实例中办公建筑的总面积为4752.17m2，而空调区域的面积为4457.34m2。所以，单位面积冷负荷为118.02W/m2，单位面积热负荷为82.02W/m2，冬季负荷为夏季负荷的67.8％，与实际工程相比较为合理，进而可以使用此负荷计算结果作为后续的输入。
本实例建筑经过热工分区之后得到建筑的分区结果为建筑的1、2、3层分别作为一个空调系统分区。由于该建筑属于办公建筑，建筑内部的房间功能较为单一，同时，该建筑的体量较小，将该建筑进行逐层的分区划分是符合工程要求的。该办公建筑对于暖通空调系统设计没有特殊的要求，因此，设计中采用传统的风机盘管外加独立新风系统作为空调系统的基本形式，冷热源选择为风冷热泵。由此可以得到空调系统回路表(表1)以及空调系统设备列表(表2)
步骤2：。对于图2所示建筑的空调系统冷热源的选型，除了满足上述输入条件之外，对于满足容量条件的设备，还需要根据各个设备的初投资、占地面积和能耗计算结果进行比选，最终选择的设备应为最佳选型结果，具体的计算选型流程如图3所示。
表1空调系统回路表
空调系统回路 风冷热泵机组 水泵 分水器 集水器
分区1回路 风机盘管末端 新风机组 水回路管网 风回路管网
分区2回路 风机盘管末端 新风机组 水回路管网 风回路管网
分区3回路 风机盘管末端 新风机组 水回路管网 风回路管网
表2空调系统设备列表
将建筑总冷/热负荷(显热负荷)以及总潜热负荷叠加之后可以用于确定制冷设备的型号和台数，结合图3所示的计算选型流程，选型的结果如表3所示。
表3风冷热泵选型参数表
与风冷热泵主机配套的水泵的选型如表4所示，水泵的选型依据为机组的名义水流量以及暖通空调系统中水系统的扬程估算值。
表4水泵选型表
编号 类型 名义流量(m3/h) 扬程(kPa) 功率(kW) 管径(mm) 长(mm) 宽(mm) 高(mm)
KQW80/185-11/2 卧式 56.4 392 11 80 785 330 527
KQW80/185-11/2 卧式 56.4 392 11 80 785 330 527
KQW80/185-11/2 卧式 56.4 392 11 80 785 330 527
步骤3：将计算出的每个建筑房间的分区负荷结果进行计算求得综合最大值，然后结合已经确定好的送回风温差及分区潜热负荷和新风负荷，对每个分区或者每个空调系统的送/回风量进行计算，确定分区空气处理装置的型号、台数、装机容量、尺寸和占地面积等选型结果信息。该案例建筑中对应分区的空气处理设备仅为新风机组，因此，只需要考虑分区的新风冷负荷并计算分区的新风量，计算结果如表5所示。对应可以选择新风机组的结果如表6所示。
表5各个分区的新风冷负荷及新风量
表6新风机组选型表
步骤4：根据建筑负荷计算结果中各个房间的负荷计算结果，结合步骤3中确定的房间的送回风温差，得到房间中末端装置的型号、台数和供冷/热量等选型结果信息。此实例中系统末端设备采用风机盘管机组，其选型结果如表7所示
表7风机盘管选型表(节选)

Claims (4)

1.一种暖通空调系统设备自动选型方法，根据每个层级的最大尖峰冷热负荷，来计算空调系统的设备的选型参数结果；此处的层级为冷热源设备、分区空气处理设备以及末端设备三个层级，
该方法的特征是：
（1）以建筑逐时房间负荷计算结果和建筑的分区结果为输入，建筑的负荷系统分区结果是基于建筑负荷模拟计算的结果，结合建筑房间热工特性，通过热工分区的方式得到，进行暖通空调系统设备选型计算；
（2）利用建筑的暖通空调系统分区结果以及分区中暖通空调系统的类型，对分区的暖通空调系统设备种类进行确定；
（3）根据建筑总冷热负荷结果以及空调系统分区结果对建筑空调系统冷热源进行选型，将建筑总冷/热负荷和风机/管道的热以及建筑的总潜热负荷和新风负荷叠加之后用于确定系统冷热源设备的型号、台数、装机容量、尺寸和占地面积的选型结果信息，即冷热源选型方法；
（4）根据分区房间负荷计算的设计日负荷总和，将计算出的每个建筑分区或建筑每个空调系统的设计日负荷进行计算求得综合最大值，然后结合分区负荷计算中已经确定好的送回风温差及分区潜热负荷和新风负荷，对每个分区或者每个空调系统的送/回风量进行计算，自动选择空调箱、新风机处理机组的分区空气处理设备方案，并计算确定分区空气处理设备的型号、台数、装机容量、尺寸和占地面积的选型结果信息，进行分区空气处理设备的选型计算，即空气处理设备选型方法；
（5）根据建筑各个房间的设计日负荷计算值，结合（4）中选择的房间的送回风温差设计参数，自动选择风机盘管、VRV室内机、VAV box、辐射吊顶、高温散热器的末端方案，并确定房间中末端装置的型号、台数和供冷/热量的选型结果信息，进行房间暖通空调系统末端选型计算，即末端选型方法。
2.根据权利要求1所述的暖通空调系统设备自动选型方法，其特征是，（2）具体包括：根据分区的建筑使用功能和负荷特征，自动选择暖通空调系统的类型；系统类型用“冷热源+空气处理设备+末端”来描述。
3.根据权利要求2所述的暖通空调系统设备自动选型方法，其特征是，根据建筑的总冷热负荷计算结果、所述系统类型以及建筑所在的地理位置和气候分区信息，自动选择冷水机组、锅炉、热泵、市政热网作为冷热源选型方案，并计算确定冷热源型号、台数、装机容量、尺寸和占地面积的选型结果信息。
4.根据权利要求2所述的暖通空调系统设备自动选型方法，其特征在于，三个层级的选型方法，选型过程中均包含选出的设备及其相对应的附加设备，对于附加设备的选择在对应层级的方法中进行。
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