一种非供暖季空调系统综合能耗的分析方法

摘要

本发明提供了一种非供暖季空调系统综合能耗的分析方法，包括以下步骤：气象参数设置步骤，用于根据空调系统所处的位置设置室外气象参数；计算模型建立和边界条件设定步骤，用于根据空调系统所运行的场所确定计算模型和边界条件；综合能耗计算步骤用于根据计算模型的全年空调总冷负荷Q冷，运用公式W总＝W冷+W气+W水计算空调系统的综合能耗。本发明提出了非供暖季空调系统的能耗计算方法，使得空调系统的能耗计算更加准确，特别是提出了制冷能耗、空气系统输送能耗、水系统输送能耗具体的计算方式，便于为不同城市的不同建筑类型选择不同空调系统以及对空调系统和运行模式进行改进，使得其节能降耗。

权利要求

1.一种非供暖季空调系统综合能耗的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、气象参数设置步骤，用于根据空调系统所处的位置设置室外气象参数；

S2、计算模型建立及边界条件设定步骤，用于根据空调系统所运行的场所确定计算模型和边界条件；

S3、综合能耗计算步骤，用于根据计算模型的全年空调总冷负荷Q冷计算空调系统的综合能耗，计算公式为W总＝W冷+W气+W水，其中，W总为空调系统综合能耗，W冷为制冷能耗，W气为空气系统输送能耗，W水为水系统输送能耗；

所述气象参数设置步骤的具体操作为：

基于空调系统所处的位置从中国典型气象年气象数据选择相应的室外气象参数；

计算模型建立和边界条件设定步骤的具体操作为：

确定空调系统所运行的场所的建筑物房间格局和楼层信息；

确定建筑物的围护结构参数：所述结构参数包括体型系数、窗墙比、层面的传热系数、外墙的传热系数、楼板的传热系数、内墙的传热系数、外窗的传热系数、外门的传热系数、内门的传热系数和内窗的传热系数；

确定建筑物的室内参数：所述室内参数包括建筑物类型、室内设计温度、相对湿度、人员密度、照明密度、设备功率密度和新风量；

全年空调总冷负荷Q冷的计算方法具体为：

利用全年空调负荷计算软件，确定建筑物的全年空调总冷负荷Q冷；并得到任意i时的空调系统i时的总冷负荷Qi冷；

水系统输送能耗W水的计算方法为：

当所述计算模型为一个标准层或一个计算单元时：

EC(H)R-a＝A(B+α∑L)/ΔT；

当所述计算模型为整栋楼，且主机、水泵定频运行，采用台数调节时：当所述计算模型为整栋楼，且主机、水泵变频运行时：

其中，EC(H)R-a为最大空调冷水系统耗电输冷比，COP为制冷性能系数，Qi冷为空调系统i时的总冷负荷，t冷为冷源开机时间，SCOP为电冷源综合制冷性能系数SCOP限值，A为与水泵流量相关的计算系数，B为与机房及用户的水阻力相关的计算系数，∑L为从冷热机房至该空调系统最远用户的供回水管道的总输送长度，α为与∑L相关的计算系数；ΔT为规定的供回水温差，Δt为实际的供回水温差，C为水的比热容，H为水泵扬程，η为水泵效率，Ni冷为i时的运行冷水机组的设备功率，Ni水为i时的运行水泵的设备功率，Ni塔为i时的运行冷却塔的设备功率，K为制冷机制冷时耗功热量系数，对于压缩式制冷机，取1.2～1.3；对于溴化锂吸收式制冷机，取1.8～2.2。

2.根据权利要求1所述的非供暖季空调系统综合能耗的分析方法，其特征在于，S3中制冷能耗W冷的计算方法为：对于非变频运行的冷水机组： 其中，COP为制冷性能系数，Qi冷为空调系统i时的总冷负荷，t冷为冷源开机时间；

对于变频运行的多联机组： 其中，IPLV为多联机空调机组制冷综合性能系数，Qi冷为空调系统i时的总冷负荷，t冷为冷源开机时间。

3.根据权利要求1所述的非供暖季空调系统综合能耗的分析方法，其特征在于，空气系统输送能耗W气的计算方法为：其中，Ni末为i时的末端设备功率，t末为末端设备的开机时间。

4.根据权利要求1所述的非供暖季空调系统综合能耗的分析方法，其特征在于，采用Tn＝22℃作为评判标准，当房间自然室温大于22℃时，包括全空气系统的新风系统空气系统输送能耗计入非供暖季空调系统综合能耗，当新风不能消除室内余热余湿时，制冷能耗和水系统输送能耗计入非供暖季空调系统综合能耗，其中Tn为中性温度。

说明书

一种非供暖季空调系统综合能耗的分析方法

技术领域

[0001] 本发明涉及计算机辅助计算技术领域，特别是一种非供暖季空调系统综合能耗的分析方法。

背景技术

[0002] 非供暖季空调系统综合能耗定义为：非供暖季为消除室内余热、余湿等所消耗的总能量，包括制冷能耗和输送能耗两部分。制冷能耗主要为制冷机能耗。介质输送能耗主要包括水系统输送能耗与风系统输送能耗。其中水系统输送能耗主要包括冷水泵(一级泵、二级泵等)、冷却水泵和冷却塔的能耗，风系统输送能耗主要包括空气处理机组、风机盘管、多联机(简称VRF)室内机等末端风机的能耗。

[0003] 在非供暖季，当室外温度升高，室内自然室温随之升高，当室温超过一定数值Tn(舒适中性温度)时，人们就会明显感觉不舒适，这个时候就需要用通风(包括自然通风和机械通风，为了研究空调系统综合能耗最大的情况，这里指机械通风)的方法来消除室内余热余湿。当室外温度继续上升，通风不能消除室内的余热余湿时，就需要开启制冷机组来消除室内余热余湿。

[0004] 目前国内计算空调系统能耗的方法和软件很多，比较常用的有EnergyPlus(美国)、DOE-2(美国)、DEST(清华)、HY-EP4.0(鸿业)等，但是这些方法和软件都只能在人为假定的时间段内对空调系统能耗进行计算，对非供暖季节空调系统的能耗计算，没有明确的界定和计算方法。

发明内容

[0005] 本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出了如下技术方案。

[0006] 一种非供暖季空调系统综合能耗的分析方法，包括以下步骤：

[0007] S1、气象参数设置步骤，用于根据空调系统所处的位置设置室外气象参数；

[0008] S2、计算模型建立及边界条件设定步骤，用于根据空调系统所运行的场所确定计算模型和边界条件；

[0009] S3、综合能耗计算步骤，用于根据计算模型的全年空调总冷负荷Q冷计算空调系统的综合能耗，计算公式为W总＝W冷+W气+W水，其中，W总为空调系统综合能耗，W冷为制冷能耗，W气为空气系统输送能耗，W水为水系统输送能耗。

[0010] 更进一步地，所述气象参数设置步骤的具体操作为：

[0011] 基于空调系统所处的位置从中国典型气象年气象数据选择相应的室外气象参数。

[0012] 更进一步地，计算模型建立及边界条件设定步骤的具体操作为：

[0013] 确定空调系统所运行的场所的建筑物房间格局和楼层信息；

[0014] 确定建筑物的围护结构参数：所述结构参数包括体型系数、窗墙比、层面的传热系数、外墙的传热系数、楼板的传热系数、内墙的传热系数、外窗的传热系数、外门的传热系数、内门的传热系数和内窗的传热系数；

[0015] 确定建筑物的室内参数：所述室内参数包括建筑物类型、室内设计温度、相对湿度、人员密度、照明密度、设备功率密度和新风量。

[0016] 更进一步地，利用全年空调负荷计算软件，确定建筑物的全年空调总冷负荷Q冷；并得到任意i时的空调系统i时的总冷负荷Qi冷。

[0017] 更进一步地，制冷能耗W冷的计算方法为：

[0018] 对于非变频运行的冷水机组： 其中，COP为制冷性能系数，Qi冷为空调系统i时的总冷负荷，t冷为冷源开机时间；

[0019] 对于变频运行的多联机组： 其中，IPLV为多联机空调机组制冷综合性能系数，Qi冷为空调系统i时的总冷负荷，t冷为冷源开机时间。

[0020] 更进一步地，空调系统i时的总冷负荷Qi冷的计算方法具体为：

[0021] a.利用全年空调负荷计算软件，确定建筑物的全年空调负荷；

[0022] b.根据全年空调负荷得到全年空调总冷负荷Q冷，并得到任意i时的空调系统i时的总冷负荷Qi冷。

[0023] 更进一步地，空气系统输送能耗W气的计算方法为：

[0024] 其中，Ni末为i时的末端设备功率，t末为末端设备的开机时间。

[0025] 更进一步地，水系统输送能耗W水的计算方法为：

[0026] 当所述计算模型为一个标准层或一个计算单元时：

[0027]

[0028] EC(H)R-a＝A(B+α∑L)/ΔT；

[0029] 当所述计算模型为整栋楼，且主机、水泵定频运行，采用台数调节时：

[0030]

[0031] 当所述计算模型为整栋楼，且主机、水泵变频运行时：

[0032]

[0033] 其中，EC(H)R-a为最大空调冷水系统耗电输冷比，COP为制冷性能系数，Qi冷为空调系统i时的总冷负荷，t冷为冷源开机时间，SCOP为电冷源综合制冷性能系数SCOP限值，A为与水泵流量相关的计算系数，B为与机房及用户的水阻力相关的计算系数，∑L为从冷热机房至该空调系统最远用户的供回水管道的总输送长度，α为与∑L相关的计算系数；ΔT为规定的供回水温差，Δt为实际的供回水温差，C为水的比热容，H为水泵扬程，η为水泵效率，Ni冷为i时的运行冷水机组的设备功率，Ni水为i时的运行水泵的设备功率，Ni塔为i时的运行冷却塔的设备功率，K为制冷机制冷时耗功热量系数，对于压缩式制冷机，取1.2～1.3；对于溴化锂吸收式制冷机，取1.8～2.2。

[0034] 采用Tn＝22℃作为评判标准，当房间自然室温大于22℃时，新风系统(包括全空气系统)空气系统输送能耗计入非供暖季空调系统综合能耗。当新风不能消除室内余热余湿时，制冷能耗和水系统输送能耗计入非供暖季空调系统综合能耗。

[0035] 本发明的技术效果为：提出了非供暖季空调系统的能耗计算方法，使得空调系统的能耗计算更加准确，特别是提出了制冷能耗、空气系统输送能耗、水系统输送能耗具体的计算时间和计算方式，便于为不同城市的不同建筑类型选择不同空调系统以及对空调系统和运行模式进行改进，使得其节能降耗。

附图说明

[0036] 图1是本发明的一种非供暖季空调系统综合能耗的分析方法的流程图。

[0037] 图2是本发明的一个计算模型的示意图。

具体实施方式

[0038] 下面结合附图1-2进行具体说明。

[0039] 图1示出了本发明的一种非供暖季空调系统综合能耗的分析方法，该方法包括：

[0040] S1、气象参数设置步骤，用于根据空调系统所处的位置设置室外气象参数；

[0041] S2、计算模型建立及边界条件设定步骤，用于根据空调系统所运行的场所确定计算模型和边界条件；

[0042] S3、综合能耗计算步骤，用于根据计算模型的全年空调总冷负荷Q冷运用公式W总＝W冷+W气+W水计算得到空调系统的综合能耗，其中，W总为空调系统综合能耗，W冷为制冷能耗，W气为空气系统输送能耗，W水为水系统输送能耗。

[0043] 全年空调总冷负荷Q冷由选取的全年负荷计算软件直接计算得到，同时得到任意i时的Qi冷，Qi冷即为空调系统i时的总冷负荷。全年负荷计算软件直接采用市场现有的空调负荷计算软件，我们在此选取较为简单实用的鸿业全年负荷计算及能耗分析软件HY-EP4.0。

[0044] 为计算空调系统的非供暖季综合能耗，需要确定中性温度，即人群舒适的温度，根据经验值及现有研究成果，本发明实用的中性温度Tn＝22℃，用动态负荷计算及能耗模拟软件计算建筑模型的全年动态负荷和自然室温，然后用Tn＝22℃作为评判标准，当大于22℃时，新风系统(包括全空气系统)空气系统输送能耗计入非供暖季空调系统综合能耗，当新风不能消除室内余热余湿时，制冷能耗和水系统输送能耗计入非供暖季空调系统综合能耗。这是本发明的重要发明点之一。

[0045] 按此方法将非供暖季每个小时的空调系统综合能耗相加即可得到全年非供暖季空调系统综合能耗。

[0046] 目前，我国国内原始室外气象数据较权威的主要有：中国标准年(CSWD)气象数据和中 国典型气象年(CNTMY)气象数据两套。中国标准年(CSWD气象数据是根据全国270个地面气象台站1971-2003年的实测气象数据，通过分析整理补充源数据以及合理差值计算获得的全国270个台站的建筑热环境分析专用数据集。中国典型气象年(CNTMY)气象数据是根据国际地面气象观测数据库提供的1995-2005年的气象观测数据，进行合理差值补充获得的全国360个城市的TMY数据。两套数据使用的源数据、挑选的气象要素和权重因子都有所不同。

[0047] 经研究，中国典型气象年(CNTMY)气象数据模拟的结果更接近于30年的能耗平均值。因此，选用中国典型气象年(CNTMY)气象数据作为空调系统综合能耗分析计算的室外气象参数。即气象参数设置步骤的具体操作为：基于空调系统所处的位置从中国典型气象年气象数据选择相应的室外气象参数。目前，全年的室外气象参数都是以一个小时作为计算步长。

[0048] 为了计算空调系统的能耗，首先要确定计算模型，计算模型建立步骤的具体操作为：

[0049] 确定空调系统所运行的场所的建筑物房间格局和楼层信息。

[0050] 确定建筑物的围护结构参数：体型系数、窗墙比、层面的传热系数、外墙的传热系数、楼板的传热系数、内墙的传热系数、外窗的传热系数、外门的传热系数、内门的传热系数和内窗的传热系数；

[0051] 确定建筑物的室内参数：建筑物类型、室内设计温度、相对湿度、人员密度、照明密度、设备功率密度和新风量。

[0052] 建筑物的层数至少为一层，可以为多层，围护结构参数当无法获取时可按《公共建筑节能设计标准》下简称节能标准)的最低要求设置。

[0053] 选取适合的全年负荷计算软件计算模型的全年空调负荷；

[0054] 本发明的重要发明点是研制出了制冷能耗W冷、空气系统输送能耗W气、水系统输送能耗W水的的具体计算方法，详述如下。

[0055] 制冷能耗W冷的计算方法为：

[0056] 对于非变频运行的冷水机组： 其中，COP为制冷性能系数(当冷水机组未选型时可以从表1中选择)，Qi冷为空调系统i时的总冷负荷，t冷为冷源开机时间；

[0057] 对于变频运行的多联机组： 其中，IPLV为多联机空调机组制冷综合性能系数(当室外机组未选型时，可以从表2中选择)，Qi冷为空调系统i时的总冷负荷，t冷为冷源开机时间。

[0058]

[0059]

[0060] 表1：名义制冷工况和规定条件下冷水(热泵)机组的制冷性能系数(COP)

[0061]

[0062] 表2：名义制冷工况和规定条件下多联机空调(热泵)机组制冷综合性能系数(IPLV)空气系统输送能耗W气的计算方法为：

[0063] 其中，Ni末为末端设备公开，t末为末端设备的开机时间。

[0064] 水系统输送能耗W水的计算方法为：

[0065] 当所述计算模型为一个标准层或一个计算单元时：

[0066]

[0067] EC(H)R-a＝A(B+α∑L)/ΔT；

[0068] 当所述计算模型为整栋楼，且主机、水泵定频运行，采用台数调节时：

[0069]

[0070] 当所述计算模型为整栋楼，且主机、水泵变频运行时：

[0071]

[0072] 其中，EC(H)R-a为最大空调冷水系统耗电输冷比，COP为制冷性能系数，Qi冷为空调系统i时的总冷负荷，t冷为冷源开机时间，SCOP为电冷源综合制冷性能系数SCOP限值，A为与水泵流量相关的计算系数，B为与机房及用户的水阻力相关的计算系数，∑L为从冷热机房至该空调系统最远用户的供回水管道的总输送长度，α为与ΣL相关的计算系数；ΔT为规定的供回水温差，Δt为实际的供回水温差，c为水的比热容，H为水泵扬程，η为水泵效率，Ni冷为运行冷水机组的设备功率，Ni水为运行水泵的设备功率，Ni塔为运行冷却塔的设备功率。K为制冷机时耗功热量系数，对于压缩式制冷机，取1.2～1.3；对于溴化锂吸收式制冷机，取1.8～2.2。

[0073] 采用Tn＝22℃作为评判标准，当房间自然室温大于22℃时，新风系统(包括全空气系统)空气输送能耗计入非供暖季空调系统综合能耗。当新风不能消除室内余热余湿时，制冷冷耗和水系统输送能耗计入非供暖季空调系统综合能耗。

[0074] 图2示出了实际工程项目中办公楼的一个标准层作为计算模，该计算模型共分为4个敞开办公室1001-1004，每个办公室面积305.75m2，走道532m2，核心筒内的卫生间、设备房 等不计入空调面积。通过上述方法计算该模型在哈尔滨(严寒)、北京(寒冷-潮湿)、西安(寒冷-干燥)、上海(夏热冬冷)，广州(夏热冬暖)，贵阳(温和)6个典型城市采用风机盘管、空气处理机组、多联机这三种不同空调末端形式的W总(简单起见，冷源只选冷水螺杆机组进行比较分析)。

[0075] 办公的计算时间以一般办公人员的上班时间为准，具体为8：00～18:00，周末节假日不计算。围护结构参数取节能标准限值，具体详见表3。室内气象参数、人员密度、设备功率、照明密度及使用率的取值均以节能标准附录B的数值为准，具体见表4。简单起见，这里假定室内参数全年不变化。

[0076]

[0077] 表3：维护结构参数

[0078]

[0079] 表4室内参数

[0080] 根据前面的计算模型、计算时间、维护结构参数、室内参数，对计算模型各空调房间进行逐项逐时的冷负荷计算，6个城市各房间的冷负荷值详见表5。利用计算出来的各个房间的冷负荷、湿负荷、新风量等数据，进行末端设备选型。6个城市具体末端选型参数详见表6(由于各厂家的设备差异，这里做了平均化处理)。

[0081]

[0082]

[0083] 表5：夏季冷负荷统计表

[0084]

[0085]

[0086]

[0087] 表6：空调末端设备汇总表

[0088] 6个城市水冷螺杆机组的COP取值、多联机的IPLV、水系统的SCOP取值和EC(H)R-a取值详见表7、表8、表9.

[0089]

[0090] 表7：水冷螺杆机组的COP值及多联机的IPLV值

[0091]

[0092] 表8：水系统的SCOP值

[0093]

[0094]

[0095] 表9：水系统的单位冷量耗功率值

[0096] 然后，选用鸿业全年负荷计算及能耗分析软件HY-EP4.0对6个城市的全年动态负荷进行计算，然后利用上面的分析方法和计算公式，对6个城市3种末端形式1种冷源形式的全年非供暖季的空调系统综合能耗进行计算。结果详见表10。

[0097]地区 多联机 风机盘管 空气处理机组 最大差值百分数(％)
哈尔滨 18384.4 21734.4 24323.1 32.30
北京 18897.0 23089.5 34048.5 80.18
西安 18651.9 22881.2 32328.9 73.33
上海 22445.6 28007.0 55179.1 145.8
广州 28059.6 33820.2 59101.5 110.6
贵阳 16859.5 20417.8 28409.3 68.5

[0098] 表10：六个城市全年非供暖季的空调系统综合能耗单位(KWh)

[0099] 通过上述表10可以为每个城市的设计合适的空调系统，以及针对能耗较多的系统提 出改进措施，以节能减排，从而节省大量的能源。

[0100] 本发明所述的方法，可以通过计算机程序实现，也可以将计算机程序存储在存储介质上，处理器从存储介质上读取计算机程序，并执行相应的方法，完成串联补偿装置的工作状态的监测，确保其工作安全。

[0101] 最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。