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1、河南科技大学毕业设计评价商业大厦的暖通空调系统运作的策略机械工程部，爱荷华大学，爱荷华城，IA52242 ，美国（写于1995年7月25日）摘要在履行建筑围护结构部件和供暖，通风和空调（HVAC）设备的固有限制下，为改善建筑物的能源运作效率，去检查操作策略是必要的。由于易于安装，而且电子控制器的能力逐渐增加，操作策略被编程在控制器中是特别令人感兴趣的，目标是把检查过的各种各样操作策略联系在一起，应用于分别利用恒风量再热和变风量再热暖通空调系统的老式的和新型的商业办公大楼。操作的策略是夜晚净化 (NP), 风扇最适宜的开始和停止 (OSS), 冷凝器水复位（CWR）和冷冻水复位（CHWR）。室内
2、空气质量符合他们的需求，当地公用事业公司的最新适用的节能率被爱荷华所用。结果表明，在一般情况下，对于低储热量的建筑，NP不是一个有效的策略，OSS降低了风机效率，CWR和CHWR可以有效地对于多级卸载的特点的冷却器。全球最具能源效率的操作策略是OSS、 CWR和CHWR关于老形式的建筑物和OSS关于新类型的建筑物之间的组合，经济上地，最有效的策略是OSS对于老形式的建筑物和CHWR对于新类型的建筑物。版权Elsevier Science Ltd 1996。暖通空调操作策略 空气调节 VAV-RH CAV-RH 夜间净化最适宜启动和停止 冷凝器水复位 冷冻水复位命名法R = 热阻 (hr ft
3、F/Btu)T = 温度 (F)简称BRAD =建筑回风干球温度CAV-RH = 恒风量再热CHWR =冷冻水复位CRW =冷凝水复位HVAC = 暖通空调IAQ = 室内空气质量NP = 夜间净化OCC =合适的开始和停止 冷凝水复位和冷冻水复位OSS =合适的开始和停止VAV-RH =变风量再热介绍供暖，通风及空气调节设备（暖通空调）系统最重要的目的是提供热舒适性1，然而，消耗电能的带空调系统的建筑，消耗全国总电量的一半2，建筑围护结构部件和暖通设备固有的物理和热力学的性能，为改善建筑物的能源运作效率，便需要检查操作的策略。关于操作策略如何如何作用与建筑性能，可作为专业设计师及业主的一种工
4、具，由于简易的安装和电子控制器的功能增加，操作的策略可被编程为组合系统或预先包装的暖通设备，是特别令人感兴趣。这调查的第一部份是把重心集中在能源消耗和暖通空调系统的成本效率上3.，它是发现该变风量再热（VAV-RH），在旧型的商业办公大楼中，是最节省能源的系统，从老式建筑中的恒风量再热（的CAV - RH ）系统到VAV-RH系统的转变的回报期是4.5年，在那里减少第一年运行成本的42 可以实现的。同时也可以发现，在建筑物中停机的时间是维持最低的变化量，及对于CAV -RH系统，温度（VVP）系统是可选择的，从现有的CAV RH系统换到一个VVT系统，结果第一年34%的底操作费用和这3-4年的
5、投资回收期 4。 节能建筑的运转需要研究操作策略, 它可以统一到大楼的暖通空调系统的设计中去，应用这些策略可能证明是不会是有益的，如果他们应用于现有建筑物中。预先计算机模拟的特殊操作战略，从一个特殊操作策略的和正当的额外投资中实现预期的能源运作效率中是可以提供见解的。在一项实验调查中，在杰克森维尔对高能源需求的14500平方英尺的办公大楼，应用晚间停机（ NP ）的操作策略，结果是在制冷能源消耗没有受到影响下减少了18 的能源消耗 5 。在那项研究中， NP策略的财产的有效价值没有给出。在一项布劳恩的研究中，它显示，除非增加一天的利用率，减少能源消耗成本是无关紧要的在NP策略被应用和建筑再冷到
6、低于舒适水平的温度下的时候。由于有限进行的研究，和能源效率及各式各样操作策略的经济影响相联系的第二部分的调查，也就是NP，在这项研究中不再说明。风机合适的启动和停止（ OSS ）的，水冷凝器复位（CWR） ，以及冷冻水复位（CHWR ）应用于老式的和新型的商业办公大楼。 以提高暖通设备的前景，那操作的策略一定达到动态的特性 ，而且提供操作设备的说明以便实现能源效率7。举例来说，高速的知识运转时间表的超前，假如预先被控制, 结果是通过主要的供应风机能够减少能源消耗，操作策略的执行依靠，并提供控制各样的建筑及设备部件需要有多输入多输出的能力的控制器。直接数字控制器（ DDC的）是在线控制器，它适用
7、于预先编程的策略，不执行最优的控制变量 8 。该预编程序由一组选择和有条件的环路为特殊事件作出正确的响应。这一特点使得直接数字控制系统的控制器操作有实时性。因此，操作策略必须定义将来将发生的事件及分类这些事件是必要的。 对于这项研究，各种操作策略被检查以便他们的适用性和特征能被识别。政策目标是有关检查，应用于老式和更新型的商业办公大楼，分别利用恒风量空调再热和变风量再热暖通空调系统的操作策略。操作策略是夜间停止（ NP ）的，风机最佳启动和停止（ OSS ）的，冷凝器水复位（CWR） ，以及冷冻水复位（ CHWR ）.商业大厦操作策略的能源模拟和寿命周期成本分析，可协助找出优势和劣势，并且成本
8、可以确定。现实模拟建筑物的建摸，需要满足室内空气质量（室内空气品质）的要求 9 ，和有关的有用费用，如电费和煤气费，由地方服务公司。最新的能源利率被爱荷华的公用事业公司用于成本分析。 建设说明建筑类型，和利用附表选定评估操作策略，是基于Ardehali和史密斯的商业建设研究 3 。不过，在这项研究中，一些年老式建筑围护结构的外貌被修改，去符合用与新式建筑设计时所用的能源措施。因此，这两个建筑物类型，称为老式和新型的建筑物。一个老式有三万英尺的有效区域的办公大楼，位于爱荷华的特色的三个楼层， 12英尺的地板到地板的高度;玻璃窗的面积相等于总建筑外部面积的15 ， 热阻为R - 2.04 ，和遮阳
9、系数0.51 ;墙体保温的R - 5以及屋面保温为R - 11 。天花板空间被选为2英尺让能够清除灯具后面凹处的脏杂物，灭火系统，通讯管道和线路，卫生管道，以及必要的暖通空调系统和通风管道。占有型是办公室 ，而无需任何特殊排气或特殊效果的暖通空调要求。没有遮阴设备的建筑围护结构，也没有任何相邻的高大建筑物，将导致白天遮荫。没有屋顶玻璃窗或天窗的建筑物中，建筑物墙壁和屋顶的颜色被假定为黑色的太阳能吸收率为0.9 。建筑质量密度为100磅每立方英尺，这被认为是轻至中等重量建筑建筑物的每地板被区分为五个温热地带，对应于4个外暴露（北，东，南，西）和内部地区，如图所示，在图1，每个周界区域有一个有条件
10、的900平方英尺的区域和每个地板的内部地域有6400平方英尺的渗透区域，地理和气象资料，方向，渗透，以及其他相关的参数，以建筑负荷计算，对所有暖通空调系统模拟是固定的和相同的。 新大楼也有同样的特点，像老式的建设，除了应用（ 1 ）遮阳系数为0.58的R - 2.6的低E型玻璃与和 （ 2 ）墙体保温为R -11和（ 3 ）屋面保温的R - 30 。通风率对于办公室占用不同，标准的是从15至20立方英尺每分钟每人 9 。最低空气流通是20立方英尺每分钟每人。对于两种建筑物类型，在平日入住的时间是从上午七时至下午五时。地板是铺了地毯，室内设计条件是75华氏度的干球温度，和相对湿度为50 。制冷恒
11、温点95华氏度和加热恒温点是60华氏度对于无人居住的平日和周末期间。建筑有足够的核心热领域，以致于其中一个或数个房间可占据空间，然而，为多个占有，中心的系统服务于整个建筑，并且暖通空调系统的花费是适用于个别住户在美元/平方英尺的空调房间的基础上。占用的建筑已被视为典型的办公室使用利用率为100平方英尺 /人， 2.5瓦每平方英尺为标准照明和办公自动化电力系统负荷。 人，灯光，以及室外空气的时间表在图2被显示。时间表为增加对设计参数的利用,举例来说，照明时间表为5 ，描述了在夜间小部分的冷负荷的增加是由于照明。有很多不同的时间表，如人，照明和室外空气，必须加以界定。在时间为晚上十时至早上五时，没
12、有人，灯光或户外空气占有预定的建筑物。暖通空调系统通过NP，OSS，CWR，和CHWR的操作策略的方式改进存在与旧式建筑里的低效率的CAV -RH系统是令人想要的。这也是有兴趣探索各种可能性，以进一步VAV-RH系统能源利用效率，同做在较新的建筑形式中使用的操作策略。利用模拟程序，追踪，进行冷及热负荷计算，能耗模拟和经济分析，研究操作的策略在CAV-RH和VAV-RH的系统上的作用，下列部分是为了提供一个广阔的见解，和每一个模拟暖通空调系统的简要介绍。为每一个系统的主要的分歧也被指出。 读者可参考美国史丹福 1 完整和详细的资料。恒风量系统CAV -RH系统是一个多区系统，并使用中央供应风扇，
13、向再热线圈提供一个恒定量湿度的空气。终端加热线圈由单独的恒温器所控制，为了维持区域气温稳定，进行再加热，显示如图3 。主要供应风扇继续运行，在所有被预定的时间内。因为需求大部份地区降温，而不是加热，在设计冷却温度下的不断的想给所有区吹去。这个系统的建筑负荷计算是在高峰负荷这一基础上的。由用户确定供应空气的温度，空气设计流量的计算是在每一个区最大负荷的基础上。在被使用的时间和当某区域制冷负荷不在最大的时候，需要通过再热线圈来保持温度。在无人居住时，晚上设定的温度是固定的，以及系统的以相同的方式运行。 变风量再热一个变风量-RH系统，如图4所示 ，是一个多区域系统，它供应空气的温度是保持恒定的，和
14、在根据每个区内负荷波动，大量的空气送到每个区是不同的。个别区域自动调温器被终端机暖气卷所控制，让冷气进入这个区域，并维持在设定的温度。静态压力分布建在管道系统中作为终端节气阀，是用来调节变风量供应风扇的进气叶片。如果终端节气阀允许最低量的冷却空气进入区域，以便通风的要求，有些加热炉的方法必须尽量避免过度冷却。再加热可以完成通过在一个线圈放在VAV节气阀（VAV-RH）的下面 。在下一节，讨论用能源效率的措施和方法的操作策略去模拟它们。操作的策略及模拟夜间净化该NP的操作的策略的设计，是为了减少建设花费，通过开发建筑物的热容量，去除由于白天生产所造成的污染物通过空气传播进入室内而造成的异味，在不
15、使用的时候，维持热舒适性是不需要的了。室外空气进入室内使冷却，从最初建筑内的几个小时的热量来弥补带来的冷负荷。作为一个先决条件，运用这一节能措施，因此，控制器必须有能力监察室外和室内空气的温度,同时控制风量 , 此外，室外空气的时间表必须允许室外空气节气阀的完全开放当使用NP策略的时候。当室外空气达到一个预先确定的温度下，控制器主要使风机运转，把室外空气引大楼内。持续供应凉爽的室外空气，直到室外空气温度下降到指定的温度，例如在高于建筑回流3华氏度以的干球（布拉德）温度，如图5所示 。在模拟程序中，首先，NP时间表被定义（图5A ）而且当做布莱德被追踪（图5B ）节气阀有效的开启时间是决定了的。虽然不被用于这项研究中，但很可能为NP的规范运作推出另一项约束，NP在潮湿气候区相对湿度不得超过规定值，以避免通过干空气进入建筑引入大量潜在负荷。应用NP的气候中，它可能会使建筑降温到远远低于可接受的温度，从而也需要在第二天早晨加热，上面是我们必须鉴定的。因此，一个模拟这个操作战略是必要的，以避免消耗额的加热能源，而提供更多具能源效益的冷却。合适的启动/停止有关OSS操作策略的推出，以实现更高的能源效率，并且减少公用设施的建设费用，通过减少暖通空调系统供应风的运行时间。在概念上，在没有减少热舒适性，延迟启动和提前停机很可能会增加能源的使用效率。建筑物的热储存能
