公共建筑空调系统运行能效比分析和优化

论文摘要

我国建筑用能已超过全国能源消费总量的1/4,并将随着人民生活水平的提高逐步增加到1/3以上。公共建筑用能数量巨大,浪费严重。公共建筑则包含办公建筑(包括写字楼、政府部门办公楼等),商业建筑(如商场、金融建筑等),旅游建筑(如旅馆饭店、娱乐场所等),科教文卫建筑(包括文化、教育、科研、医疗、卫生、体育建筑等),通信建筑(如邮电、通讯、广播用房)以及交通运输用房(如机场、车站建筑等)。目前中国每年竣工建筑面积约为20亿m2,其中公共建筑约有4亿m2。在公共建筑(特别是大型商场、高档旅馆酒店、高档办公楼等)的全年能耗中,大约50%～60%消耗于空调制冷与采暖系统,20%～30%用于照明。其中采暖空调能耗特别高,采暖空调节能潜力也最大。本文在已有的能效评价指标的基础上,提出空调系统运行能效比(OEER)的概念,其定义为空调系统实际冷负荷除以空调系统各设备实际耗功率之和。提出OEER的目的是为了评价在实际运行过程中空调系统的能源利用效率,它可以代表一个时刻的效率情况,也可以代表一段时间内的效率情况,甚至可以反映一个季节的效率情况。OEER越大,空调系统能源利用效率就越高。本文通过两个工程实例,分析了空调系统运行能效比的现状和其影响因素,得出主机COP和主机耗功率占空调系统总耗功率的比例x是决定空调系统能效比的根本因素。主机负载率、主机出水温度、水系统运行方案、冷却塔运行方案等因素均是通过影响主机COP和比例x这两个基本因素,从而对OEER产生影响。本文利用机理分析法,建立空调系统运行能效比的优化数学模型。根据优化数学模型,利用MATLAB数学软件求出部分负荷下的优化参数,分析在不对原有系统做出大的改动的基础上,通过改变一些运行制度和管理措施,以及运行参数的重新设定,能够对空调系统能效比产生的影响。并且以OEER为目标函数,采用直接求导法对OEER进行灵敏度分析,得出目标函数随几个独立变量的变化趋势和改变程度。在运行参数重新设定的基础上,本文分析了应用一些现有的,可行的节能技术改造措施对空调系统能效比产生的影响,并做出了经济效益分析,为公共建筑空调系统改造提供了参考。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 绪论
• 1.1.1 中国建筑能耗现状
• 1.1.2 中国公共建筑能耗现状
• 1.2 能效评价指标现状
• 1.2.1 国内外常用的能效评价指标
• 1.2.2 空调系统运行能效比OEER 的提出
• 1.3 空调系统优化控制研究现状
• 1.4 本文主要研究内容和方法
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 主要研究内容
• 2 空调系统运行能效的概念
• 2.1 主机运行能效的概念
• 2.2 冷却水泵运行能效的概念
• 2.3 冷却塔运行能效的概念
• 2.4 冷冻水泵运行能效的概念
• 2.5 空调末端运行能效的概念
• 2.6 空调系统运行总能效的概念
• 2.7 空调工程各运行能效比的关系式
• 3 公共建筑空调系统运行能效分析
• 3.1 空调系统运行能效工程实例分析一
• 3.1.1 建筑基本信息
• 3.1.2 空调工程基本信息
• 3.1.3 空调系统设计能效比的计算方法和影响因素分析
• 3.1.4 该空调系统设计能效比的计算分析
• 3.1.5 该空调系统运行能效比的计算分析
• 3.1.6 空调系统运行能效比的影响因素分析
• 3.2 空调系统运行能效工程实例分析二
• 3.2.1 建筑基本信息
• 3.2.2 空调工程基本信息
• 3.2.3 该空调系统设计能效比的计算分析
• 3.2.4 该空调系统运行能效比的计算分析
• 3.3 本章小结
• 4 空调系统运行能效优化模型的建立
• 4.1 空调系统运行能效优化的数学描述
• 4.1.1 最优化问题描述
• 4.1.2 空调系统运行模式设定
• 4.2 空调系统运行能效的数学模型
• 4.2.1 主机运行能效的数学模型
• 4.2.2 冷却水泵运行能效的数学模型
• 4.2.3 冷却塔运行能效的数学模型
• 4.2.4 冷冻水泵运行能效的数学模型
• 4.2.5 空调末端运行能效的数学模型
• 4.3 约束条件
• 4.3.1 主机约束条件
• 4.3.2 末端设备约束条件
• 4.4 本章小结
• 5 空调系统运行能效优化方法与优化结果分析
• 5.1 优化方法简介
• 5.2 MATLAB 优化工具箱简介
• 5.3 MATLAB 优化程序编制
• 5.4 工程实例优化结果分析
• 5.4.1 A 大厦运行能效数学模型的确立
• 5.4.2 A 大厦空调系统运行能效优化结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 空调系统运行能效优化方法的灵敏度分析
• 6.1 灵敏度分析概述
• 6.2 常用灵敏度分析方法
• 6.2.1 局部灵敏度分析方法
• 6.2.2 全局灵敏度分析方法
• 6.3 目标函数的灵敏度分析
• 1'>6.3.1 主机出水温度t₁
• t'>6.3.2 冷冻水温差Δ_t
• q'>6.3.3 冷却水温差Δt_q
• wb'>6.3.4 室外湿球温度T_wb
• 6.3.5 四个独立变量的灵敏度分析
• 6.4 本章小结
• 7 常用节能技术的运行能效优化
• 7.1 公共建筑空调系统运行中常用的节能措施
• 7.1.1 变频技术
• 7.1.2 新风比的合理调节
• 7.1.3 过渡季节利用冷却塔供冷
• 7.1.4 空调系统排风冷量的回收
• 7.2 各种节能技术的应用对空调系统能效的提高
• 7.2.1 水泵变频
• 7.2.2 冷却塔变频
• 7.2.3 过渡季节利用冷却塔供冷
• 7.3 节能效果分析
• 7.3.1 冷冻水泵部分变频节能效果分析
• 7.3.2 冷冻水泵全部变频节能效果分析
• 7.3.3 冷却水泵变频节能效果分析
• 7.4 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.1.1 空调系统运行能效比OEER 分析
• 8.1.2 空调系统运行能效比OEER 优化
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录