应用DeST模拟辅助某游泳中心空调系统方案设计.doc

应用dest模拟辅助某游泳中心空调系统方案设计摘要:在实际工程空调方案设计过程中，稳态的典型工况点的设计计算方法是不足以说明方案的节能性。本文以某游泳中心的实际工程为例，介绍了模拟工具辅助工程设计方法，利用建筑热环境模拟软件dest进行了详细的建筑模拟、空调系统方案模拟分析计算，给出计算分析过程，完成全年8760小时的建筑冷热负荷、空调系统冷热量消耗的计算，为空调方案的确定提供依据。关键字：dest 建筑热环境模拟 空调系统方案模拟1、工程特点本文所分析的游泳中心位于北京市，是一个集比赛场馆、水上乐园、运动保健、办公商场等多种功能于一体的综合性建筑。其主要功能区包括游泳比赛大厅、热身池厅、嬉水大厅、多功能运动厅（冰球馆）、运动健身俱乐部、办公用房。比赛厅、嬉水厅等功能区均为高大空间，全年都有较大的池水蒸发量，为了防止结露和保证室内舒适性，其对应的空调系统除湿负荷很大；并需要较多的新风来保证室内空气质量，所以新风负荷也较大。而运动健身俱乐部、办公商业用房，基本为内区房间，又有较大的室内产热量，因此，全年都是需要供冷的。综上，此游泳中心的空调系统方案设计，对于比赛厅、嬉水厅等室内产湿量很大的房间，需要找到合适的除湿方案，尽量减小新风负荷；对于内区的办公、健身休闲用房，考虑冬季、过渡季利用室外新风来供冷。初步设计的空调系统方案有如下做法：全年尽量利用室外新风来带走比赛厅、嬉水厅等房间的产湿量；在冬季过渡季，直接利用室外新风给内区房间供冷；排风采用热回收设备，具体的热回收方式根据其负荷特点待定。为了能够定量的评价设计的空调方案的全年能耗状况，以辅助各个功能区空调方案的确定，稳态的典型工况点的计算是不能说明具体空调方案的优劣性的，所以需要分析各种空调方案全年运行工况，计算其全年的运行需要的冷热量情况。2、建筑负荷的计算为了模拟分析空调系统的能耗，首先需要对建筑的室内热环境进行模拟，计算建筑的各个功能区域逐时需要的耗冷量耗热量。本文选用建筑热环境模拟软件dest进行模拟。2.1dest及模型介绍dest（designers simulation toolkit）是清华大学建筑技术科学系在十余年的科研成果的基础上研究开发的建筑热环境设计模拟分析软件包，是目前国内唯一可以对空调系统进行全年逐时模拟分析的软件，可以实现对建筑室内环境的全年8760小时的模拟计算和不同的空调系统方案能耗模拟计算。采用的气象数据是气象模拟软件medpha根据各地20年的实测气象数据模拟生成的典型气象年气象参数。2.2建立建筑模型在dest界面里按照此游泳中心的尺寸、形状输入外墙、内墙，描述建筑的拓扑结构。建立建筑模型时，可以将功能相同的房间合并，以使模型简化，提高计算机运算速度。经简化，此游泳中心的dest计算模型图1、图2所示： 图1、dest模型平面图 图2、dest模型立体图2.3设定计算参数建筑模型建立完成后，需要设定计算参数，包括定义建筑的地理位置、围护结构材料、室内热扰参数、房间功能、室内设计参数、全年内扰及空调作息模式等，具体设定见表1、表2；本工程简化后的模型，划分为表1、表2所列的功能区域。表1、功能房间设计参数、新风要求（按赛后运行模式）游泳比赛池区游泳比赛池边游泳比赛观众席戏水大厅面积2000270030005600人员020060001700灯光、设备20000270001500056000新风量180002430012000048960冰球场办公建筑热身池、训练池运动建筑面积23003700037004200人员40066004001054灯光、设备460007400003700063000新风量115201320001152052700表2、环境控制参数夏季设计室内温度（）设计室内湿度（g/kg）设计室内焓值（kj/kg）游泳比赛池区2816.663.1 游泳比赛池边2816.663.1 游泳比赛观众席2612.652.6 戏水大厅3018.769.5 冰球场2310.545.1 办公建筑2511.950.1 热身池、训练池2816.663.1 运动建筑2310.545.1 冬季设计室内温度（）设计室内湿度（g/kg）设计室内焓值（kj/kg）游泳比赛池区2816.663.1游泳比赛池边2816.663.1游泳比赛观众席2310.545.1戏水大厅3119.872.9冰球场188.9836.8办公建筑205.832.2热身池、训练池2816.663.1运动建筑185.128.7各个功能区域的人员、灯光、设备及空调作息时间按照设计运行方案设定，具体设计表略。2.4建筑负荷计算结果完成上述模型建立和计算参数设定，dest便可以进行建筑室内环境模拟计算，得到各个功能区域的全年逐时的冷热负荷（不包括新风）。图3所示为嬉水大厅的全年逐时冷热负荷曲线，全年运行时都有较大的室内产湿量，所以全年的除湿负荷很大。图3、嬉水大厅全年逐时冷热负荷曲线3、系统的模拟过程根据各个功能区的全年逐时建筑负荷以及空调方案，即可对负责各个区域的空调系统需要的全年逐时的冷热量进行模拟计算，以嬉水大厅为例，选择夏季典型日对计算过程进行说明，所计算典型日的气象参数图4所示：图4、夏季典型日室外空气参数嬉水大厅空调系统为定风量系统，室内设计温度为31，相对湿度为70，按照8的送风温差，根据室内的显热负荷，确定最大风量为315000 m3/h，最小新风量为48960 m3/h；首先，由dest计算得出嬉水大厅全年逐时负荷，取出夏季典型日的部分曲线如下：图5、嬉水大厅夏季典型日的逐时显热负荷根据送风量以及室内逐时的显热负荷，可以获得空调系统逐时送风温度：图6、嬉水大厅夏季典型日的逐时送风温度由于设计中系统新风量的大小可调节，可实现新风的利用，即利用室外低温低含湿量的新风带走室内余热余湿；当新风不能利用时，取最小新风量48960 m3/h。根据室外空气参数和室内逐时的显热除湿负荷，得到典型日逐时的新风量曲线如下：图7、嬉水大厅夏季典型日的逐时新风量判断室外温度与送风温度关系，确定新风的处理策略（是否热回收），考虑显热回收，得到典型日空调系统负荷曲线如下：图8、嬉水大厅夏季典型日逐时空调负荷4、空调方案的模拟分析4.1热回收方式的确定根据前面介绍的模拟过程，为了确定各个系统的热回收方式，首先模拟各个系统进行排风显热回收与不进行显热回收的系统累计冷热量消耗情况（其中的运动与办公建筑的外区是无人活动区域，只有围护结构负荷，没有新风负荷，不需要回收）。图9、采用显热热回收方式与无热回收的各个系统耗热量对比图10、采用显热热回收方式与无热回收的各个系统耗冷量对比对于室内产湿量比较大的功能区域，如嬉水大厅、游泳比赛池区等，这些功能区域的室内设计湿度较高，且室内产湿量很大，全年需要除湿，所以不适合进行全热回收。由于冬季、过渡季采用了增加新风的方式来处理室内的除湿负荷，从而增大了空调系统处理的新风显热负荷。计算可见，对于嬉水大厅、游泳比赛池区等功能区域，采用显热热回收的方式，可以明显地降低空调系统累计耗热量。而对于新风量比较大的内区功能区域，例如办公建筑、运动建筑等，新风负荷占总负荷的比例很大。根据上面的计算，可以看到显热热回收装置有效减小了这些区域的累计的耗热量，而建筑的累计耗冷量减小不大；这些功能区域的累计耗冷量远远高于耗热量，因此，显热回收的方式并没有使这些功能区域的能耗有特别显著的降低。下面针对办公、运动健身用房分析系统方案。这部分功能区空调方式为风机盘管加新风。办公、运动用房内区全年需要供冷，冬季、过渡季考虑利用新风系统直接供冷，为了给新风加湿和保证送风温度不过低，需要对新风进行预热加湿，预热需要的热量就是办公运动内区的累计耗热量。经模拟计算，采用全热回收方式，运动办公内区的系统能耗可见图11。图11、全热热回收方式办公与运动累计耗热量耗冷量对比图11所示，对于办公建筑、运动建筑内区，利用新风供冷加全热热回收，可以明显地降低空调系统累计冷热量消耗。其中新风预热需要的耗热量可以全部通过排风热回收来解决。4.2利用新风及热回收的效果模拟经上述模拟分析，办公运动用房内区适合采用全热热回收方式，其它功能区域适合采用显热热回收方式。应用上述热回收方式，并考虑冬季过渡季的新风直接供冷和除湿，模拟得到各个系统的累计耗冷量耗热量见图12、图13。图12、采用合适热回收方式并利用新风后的系统累计耗热量图13、采用合适热回收方式并利用新风后的系统累计耗冷量由图12、图13可见，利用新风除湿，大大降低了比赛大厅、戏水大厅等区域的累计耗冷量，为此增加的新风耗热量，通过显热回收方式也得到有效降低。而全年需要供冷的办公运动建筑内区，通过冬季、过渡季的利用新风和全热回收方式，累计耗热量耗冷量显著降低。通过计算，可见上述的空调方案可以有效节省系统能耗。五、结论本文通过对某游泳中心的建筑、空调系统全工况模拟计算，介绍了建筑热环