空调系统能耗分析

中央空调系统全年能耗预测研究

0前言

随着科技水平的发展，越来越多的空调系统形式进入到人们的生活中来，然而在实际工程项目中空调系统如何选型却是人们不得不面对和急需重视的一个问题。不同地区不同的气候条件适应不同的空调系统形式，实际项目中设计人员不能简单地说哪一个系统形式更具有优势，而应当根据当地建筑和气象条件对不同空调系统形式在设计阶段进行全年能耗模拟计算，然后通过分析比较不同空调系统形式的全年运行能耗，进而指导选择比较合适的空调系统形式。

1 建筑物负荷预测

建筑物全年或季节负荷预测是空调系统全年能耗分析的基础工作，其精度也直接影响了空调系统全年能耗分析的可信度。现阶段，建筑物负荷预测方法主要分为静态模拟和动态模拟两种。静态模拟是各种简化计算方法，如当量满负荷运行时间法、度日法、温频法、负荷频率表法等，此类算法精度较低，但操作和实现简单，能满足一般的项目要求。建筑物热过程的动态模拟，即根据室内设计参数，室外逐时的气象数据，在计算机上通过软件做全年或某时间段的逐时模拟，计算出建筑物的能耗，其计算精度高，但此类软件一般较为复杂，不太容易被一般的设计和运行管理人员掌握。其代表软件有：美国DOE2、 BLAST、EnergyPlus 和室内环境温度和能耗模拟软件DEROB以及我国由清华大学自主开发的DesT软件。

上面提及的各种简化方法时采用稳态模型进行模拟计算的，计算结果精度较低，不能够实现建筑物全年实时负荷的模拟计算，因此若想要达到实时负荷预测的目的在实际工程中常采用动态模型，即计算机模拟计算。建筑的逐时准确计算、模拟是空调系统选型、优化配置与运行分析的基础。建筑全能耗分析软件的计算方法一般都是基于动态的环境，为保证计算结果的准确度,软件都需要室外逐时

的气象数据或典型气象年数据,而且需要尽可能详细的体型描述数据及相应的热工性能数据。

2 空调系统各设备能耗预测

目前国内外建筑能耗模拟软件大多是对整栋建筑的耗能系统作全年运行工况的动态模拟，其算法主要有反应系数法（Response Factor）和热流平衡法（Heat Balance），用于计算全年 8760 小时建筑逐时冷热负荷。静态算法，如度日数法（Degree Days）、箱法（Bin）、负荷频率表法和当量满负荷运行时间法已运用较少，而且随着计算机数据处理能力的增强，逐渐被计算精度更高更接近实际的动态方法所取代。虽然国内外已经有众多的能耗模拟软件，但是所有的能耗模拟软件在空调设备的能耗模拟计算方面还是有所欠缺。大多数的能耗模拟软件计算空调能耗部分的时候，都是应用恒定的 COP 值然后得到输入功率进行计算的，这样计算很不符合空调系统实际运行的情况。因此，在进行空调各耗能设备进行能耗预测的时候需要对各耗能设备进行建模分析，仿真其热力学已经工作过程，得到其在不同运行工况下的实时能耗。

2.1 压缩机建模

压缩机是制冷系统的心脏，是蒸气压缩系统的主要动力来源。定频压缩机建模至今研究已较为充分【11】【12】。而VRV空调系统多数是变频涡旋式压缩机。在封闭式涡旋压缩机中，系统的状态参数变化过程极快，因此可以假设工质热力参数均匀，采用集总参数法来建立其数学模型。而且压缩机的时间常数，要远小于冷凝器、蒸发器等的时间常数，因此可以视作稳态系统，故用稳态的集总参数法建立压缩机的数学模型【13】。

(1)变频压缩机的转速

变频压缩机的转速是可以改变的，这是通过变频器控制的。变频器改变电动机的运行频率来调节压缩机的转速。对于交流感应变频压缩机，转速和频率之间有如

下关系：

式中 n一压缩机的转速，r／min；

f一电动机供电频率，Hz；

s一电动机的转差率；

p一电动机的磁极数。

按照上式，已知电动机的供电频率，制冷系统压缩机的转速便可以求出。

(2)理论排气量，实际排气量和容积效率

理论排气量可用下式计算：

V = nπ P ( P − 2t )( 2 N −1) h/60 式中 V —理论排气量， m3 /s；

n —压缩机转速， r /min；

P —涡旋体节距， m ；

t —涡旋体壁厚， m ；

N —压缩腔数；