建筑集中式空调通风系统设计研究

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摘要：为了降低由于预测准确度较低引起的空调通风系统控制效果不良的情况，提出建筑集中式空调通风系统的全工况模拟设计研究。通过对系统阻力元件和风阀末端模拟进行模拟，计算损失情况;通过对风机进行模拟，计算其实际应用性能;通过对风管管网模拟进行模拟对系统中的流量进行修正;通过对空调房间进行模拟，对室内温度进行分析;最后通过对系统风机模拟，对控制效果进行计算。并进行试验测试，试验结果表明，所提模拟的结果可以实现将温度控制在24－25℃，新风量为每秒钟15L/人的目标，对于实际应用具有良好的指导作用。

关键词：空调通风系统；全工况模拟；阻力元件；风管管网

引言

随着建筑行业的发展，对于建筑内的辅助设施建设也逐渐人们关注的重点，除了最基础的电力、消防等基础设施外，建筑温度调节装置是关系到建筑实际应用性能的关键［1］。在此环境下，集中式的空调通风系统逐渐走入人们的视野。与分散式的独立空调管理系统不同，集中式的管理方式可以实现对建筑内温度的集中管理，具有更加高效、快捷的特点［2］。但也正因其具备对建筑温度进行集中调控的作用，因此，在对温度进行调节时，需要对建筑内外的多方面进行综合考虑，在此基础上，实现对温度的合理调节［3］。为了实现该目标，模拟是一种较为合适的方式，其可以在完全虚拟的环境下对实际运行状态进行有效预测，并根据预测结果，对实际工作作出决策性的指导［4］。因此，近些年来，对于系统工程的模拟也逐渐成为了新的研究热点［5］。基于此，本文提出建筑集中式空调通风系统的全工况模拟设计研究。通过该研究，以期为系统工程的实际应用提供有价值的参考。

1集中式空调通风系统全工况模拟设计

本文对系统的工况模拟主要包括两个主要的部分，分别是建筑负荷的模拟以及系统运行情况的模拟［6］。其中，对于建筑负荷的模拟采用的是传热模拟的方式，主要利用的软件为HTB2，通过其实现对建筑外围设施结构以及建筑内部热源传导情况的分析，以此为基础，建立起建筑与系统之间的关系;而系统运行情况的模拟主要是对其实时的冷负荷、风机运行耗能等因素进行分析［7］。

1．1阻力元件模拟

1．1．1通用阻力元件模拟。此次模拟分析中，把空调通风系统由多个管件组合而成，因此可以将其看做一个管网系统，是一个闭合回路结构。该系统内包括空气处理机组、过滤器、冷盘管、风管、风阀末端等，这些设备都需要以阻力元件的角度进行分析。在此基础上，在目标通风量的前提下，阻力元件造成的损失可以表示为△P=λQ(1)其中，△P表示由于阻力元件引起的阻力损失，计量单位为Pa;λ表示阻力损失系数，计量单位为Pa·s/m;Q表示系统的通风量，计量单位为m3/s。1．1．2风阀末端模拟。风阀末端虽然也属于阻力元件范畴内，但与通用阻力元件不同，其具有可变性，其阻力系数是根据阀片开启角度而变化的，通过空调通风盒总阻力损失可以表示为△P’=λ’ρQ24S(2)其中，λ’表示风阀末端的阻力系数，ρ表示空气的密度，计量单位为kg/m3，S表示风阀截面的内侧面积，计量单位为m2。其中，λ’=a+bac(3)a表示阀片开启的角度，a、b、c均为常数，受风阀的特性影响。1．1．3风机模拟。空调通风系统的风机一般情况下均为变速风机，因此，本文进行模拟设计时，以变速风机为基准对其进行模拟，在运行工况下，其性能主要由总压头和能耗两部分决定，因此，其性能可以表示为(4)其中，Pf表示系统风机的总压头，计量单位为Pa;表示风机的运行功率，计量单位为Kw;λ0、λ1、λ2、λ3和λ0、λ1、λ2、λ3均为参数。为了提高模型对不同集中式空调通风系统的适应性，对风机特性的表示采用多样式的形式表示，其表达结果为

1．2风管管网模拟

风管管网的模拟主要是针对空调通风系统中，各管段的空气流量、流动阻力损失设计的。本文采用的方法主要是将管网进行假设，把风管管网看做闭环回路。设置回路内的顺时针的气流流动方向为正方向。根据闭环回路的总压变化情况对环路的流量进行修正，在管网总压为0时，可以计算出管网内流量修正量，并以计算出的修正量为基础，对流动方向下的流量值进行新一轮的设定。流量修正量可以表示为(6)其中，Qi表示回路内空气流量，计量单位为m3/s，若管网回路内空气呈顺时针流动，则空气流量为正，若空气呈逆时针流动，则空气流量为负，Q为流量修正量，单位与Qi，n为闭环元件个数。当得到所有回路的流量修正值后，则各回路的新流量可以表示为Q’=Q+△Q(7)如果修正量误差较大，需要重新进行管网内回路流量的修正，确保所有修正值的误差在允许范围内。阻力件压力损失计算如下:(8)

1．3空调房间模拟

模拟室内温度，假设室内空气均匀，温度计算应基于能量守恒定律，室内瞬态温度可表示为:C=ρQ2(T－TO)(9)式中C室内空气温度，计量单位为℃;T和T0分别表示当下时间以及初始时间，计量单位为s。

1．4风机转速模拟

管道静压值等于风机总压头减去静压传感器安装位置之前的各个阻力元件的阻力损失以及动压，所有的计算参数都是瞬态值。因此，计算风机转速带来的风管静压可采用下式表示(10)根据该值，对风机转速进行调整。

2试验测试

为了测试本文设计的工况模拟的有效性，进行了实际测试，将实际的空调通风系统运行情况与模拟结果进行比较，通过对二者之间存在的差异性进行研究，判断模拟设计的合理性。

2．1测试环境

本试验的硬件环境为Window10CPU4G，内存32G。测试的建筑为某酒店，其层高为13层，每层共计26个房间，单层建筑面积为1276m2。人员密度约为0．1人/m2。室外温度范围为7～32℃，室内温度设计目标为24～25℃，新风量为每秒钟15L/人。以此为目标，采用本文设计的模拟对测试环境的空调通风系统进行全工况模拟，并得出结果如表1所示。

2．2测试结果

在上述实验环境下，对建筑内的空调系统进行运行参数进行调节，并测试室内温度的变化情况及人均新风量，其结果如表2所示。从表2中可以看出，根据工况模拟结果对空调通风系统进行调整，可以基本实现温度24～25℃，通风量人均15m3/s。在温度上，其实现了全天内的有效控制，在通风量上，在16:00～18:00阶段，测试结果为14．86m3/s，低于目标值15m3/s，这主要是因为在该时段内，酒店出现了小幅度的入住高峰，进入酒店的人数出现了一定范围内的猛增，因此出现了该情况。通过测试结果可以看出，本文设计的空调通风系统全工况模拟设计具有较高的实际应用价值，可以为实际工作提供有价值的参考，并且与预期结果具有较高的拟合度。

3结束语

集中式的空调通风系统不仅可以有效实现对建筑内温度及通风量的统一控制，同时，对于减少建筑能源消耗也有重要意义。而对其进行集中管理的前提是充分满足建筑内生活、工作人群的基本需要，因此，对其进行研究是具有十分重要的价值和意义的。本文提出建筑集中式空调通风系统的全工况模拟设计研究，实现了对建筑内温度和通风量的精准控制，对于空调通风系统的实际运行工作具有重要的指导价值。通过该研究，以期为系统合理高效运行提供参考。

作者:次怀春 温娟 单位:山西省工业设备安装集团有限公司