（系统工程专业论文）公共建筑空调系统节能诊断方法研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 随着经济社会的发展，公共建筑数量逐渐增加，空调系统是公共建筑中用能 量较大的一部分，针对公共建筑空调系统进行节能诊断，可以尽量减少其中存在 的能量浪费问题，提高用能效率，对节能降耗具有重要的意义。 结合国内外公共建筑空调系统节能现状，本文构建了一套空调系统节能诊断 方法体系。从系统工程的角度出发，通过分析空调系统的运行模式，依据“需求 侧与供应侧分离、设备级与系统级分离 的原则，本文构建的空调系统节能诊断 方法体系被划分为三个顺序实施的诊断部分：基于负荷仿真的空调房间节能诊断、 空调系统组成设备的检测分析和基于设定值微调的空调整体节能诊断。 减少空调房间负荷，是降低空调系统用能量的基础，这就需要分析空调房间 的运行情况，确定影响房间负荷的各种因素。为发现这些因素，本文根据e n e r g y p l u s 软件的仿真原理，对空调房间建模过程进行了简化，设计了基于负荷仿真的空调 房间节能诊断方法。根据影响房间负荷的因素特征，空调房间的节能诊断被划分 为建模数据收集分析阶段的节能诊断和模型校正分析阶段的节能诊断。 空调系统节能运行的必要条件是空调系统组成设备的正常运行和调控，通过 空调系统组成设备的检测分析，可以发现空调系统中存在的能量浪费、设备运行 效率不高、控制调节不合理等问题。开展空调系统设备检测分析，一方面可以避 免分析空调系统整体运行状况时需要建立复杂的理论模型，另一方面可以降低开 展空调系统节能工作的技能要求。空调设备检测分析成败的关键是分析流程问题， 本文在分析普通空调制冷系统运行方式的基础上，给出普通空调制冷系统设备检 测分析的顺序和具体内容。该普通空调制冷系统具有较强的代表性，对其他空调 系统设备检测分析的实施有较好的借鉴价值。 空调系统由多个设备集合而成，空调系统的总用能量是空调系统节能运行的 最终目标。在空调房间节能运行、空调系统组成设备正常运行的基础上，本文把 空调系统整体的节能问题归结为空调系统各子系统的恰当配合问题，并把这种配 合问题进一步归结为系统设定值的选取问题。基于空调系统固定响应模式的假设， 本文提出基于设定值微调的空调系统整体节能诊断方法。该方法的核心是空调供 应相同冷热量时空调用能量的比较，本文给出两种比较方法：公式计算法和图示 观察法。为验证该诊断方法的可行性，本文采用仿真实验针对某普通空调制冷系 山东大学硕十学位论文 统中三个设定点的设定值进行验证分析，表明该方法在实验系统上可行。该方法 适应现场实施要求，具有应用价值。 本文最后就提出的空调系统节能诊断方法体系进行了回顾，给出了需要完善 的地方和进一步研究的内容。 关键词：公共建筑；空调系统；节能诊断；e n e r g y p l u s ：设定值微调 i i l 【东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t he c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n ds o c i a l p r o g r e s s ，p u b l i cb u i l d i n g s i n c r e a s e g r a d u a l l yi ns i z ea n dn u m b e r a i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m su s eag r e a tp o r t i o no fe n e r g y u s e di np u b l i cb u i l d i n g s ，d i a g n o s i n go p e r a t i o no fa na i rc o n d i t i o n i n gs y s t e mi nap u b l i c b u i l d i n gw i l lf i n dw a s t e so fe n e r g ya n di n c r e a s ee f f i c i e n c yo fe n e r g yu s e ，t h i sw i l lb e h e l p f u lt ob u i l d i n ge n e r g yc o n s e r v a t i o n c o n s i d e r i n gc u r r e n tr e s e a r c ho fe n e r g yc o n s e r v a t i o ni na i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m sa t h o m ea n da b o a r d ，t h i sw o r kw i l lg i v ea ni n t e g r a t e dm e t h o df o rd i a g n o s i n go p e r a t i o no f a na i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m b a s e do na n a l y s i so fo p e r a t i o nm o d eo fa i rc o n d i t i o n s y s t e m s ，f r o ms y s t e me n g i n e e r i n g sp o i n to fv i e w , a c c o r d i n gt ot h ef u n d a m e n t a lo f “s u p p l y a n dd e m a n da r es e p a r a t e d ，p a r t sa n ds y s t e ma r es e p a r a t e d ”，t h ei n t e g r a t e d m e t h o da r ed i v i d e di n t ot h r e es e q u e n t i a lp a r t s ：d i a g n o s i n ge n e r g yu s ei nc o n d i t i o n e d r o o m sb a s e do ns i m u l a t i o n ，a n a l y z i n gd a t ai nf i e l d ，a n dd i a g n o s i n ge n e r g yu s eo ft h e e n t i r ea i rc o n d i t i o n i n gs y s t e mb a s e do ns e tp o i n t sa d j u s t m e n t r e d u c i n ge n e r g yu s ei nc o n d i t i o n e dr o o m si st h eb a s i so fl o w e r i n ge n e r g yu s ei na n a i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m ，s ou n d e r s t a n d i n gh o war o o mo p e r a t e sa n dw h a ti n f l u e n c e e n e r g yu s ei n t h er o o mi sv e r y i m p o r t a n t f o rt h ep u r p o s e ，b a s e do nw o r k i n g so f s i m u l a t i o ni ne n e r g y p u s ，am e t h o dt h a td i a g n o s i n ge n e r g yu s ei nc o n d i t i o n e dr o o m s b a s e do ns i m u l a t i o ni sd e s i g n e d a f t e rc l a s s i f y i n gt h ei n f l u e n t i a lf a c t o r s ，t h ed i a g n o s i n g m e t h o dw a sf u r t h e rd i v i d e di n t ot w op a r t s ：d i a g n o s i sw h e nc o n s t r u c t i n gm o d e la n d d i a g n o s i st h r o u g hm o d e lc o r r e c t i o n t h er e q u i r e m e n to fl o w e r i n ge n e r g yu s ei na na i rc o n d i t i o n i n gs y s t e mi st h a ta l l p a r t so ft h es y s t e ma r ei ng o o dw o r k i n gs t a t e t h r o u g ha n a l y z i n gd a t ai nf i e l d ，w a s t e so f e n e r g ya n dl o w e re f f i c i e n c yp h e n o m e n o no fe n e r g yu s ec a nb ed i s c o v e r e d a n a l y z i n g d a t ai nf i e l dh a ss o m ea d v a n t a g e s ，f i r s t ，c o m p l e xt h e o r e t i c a lm o d e lf o rt o t a ls y s t e m e n e r g yc o n s e r v a t i o nw i l lb en o tr e q u i r e d ，s e c o n d ，t h i sm e t h o dw i l lb ee a s yt oa d m i n i s t e r f o re n g i n e e r s i nt h i sw o r k ，ag e n e r a ia i rc o n d i t i o n i n gs y s t e mf o rc o o l i n gi sc h o s e na sa n i l l u s t r a t i o no ft h em e t h o d ，i th a sar e f e r e n c ev a l u e a na i rc o n d i t i o n i n gs y s t e mi sm a d eu po fm a n ye q u i p m e n t s ，m i n i m i z i n gt o t a l i i i 山东大学硕七学位论文 e n e r g yu s ei na na i rc o n d i t i o n i n gs y s t e mi st h eo b j e c t i v e a f t e ra n a l y z i n gd a t ai nf i e l d ，a m e t h o dd i a g n o s i n ge n e r g yu s eo ft h ee n t i r ea i rc o n d i t i o n i n gs y s t e mb a s e do ns e tp o i n t s a d j u s t m e n ti sg i v e n ，t h em e t h o di sf o c u s e do nw h e t h e rt h ee q u i p m e n t sc o o r d i n a t ew e l l i nt h i s w o r k ，t h r e es e tp o i n t sw e r ee x p e r i m e n t e du s i n gt h i sm e t h o d ，t h er e s u l t s c e r t i f i c a t e dt h em e t h o d t h em e t h o d ss u p p o s ei st h a tr e s p o n s eo fa na i rc o n d i t i o n i n g s y s t e ma r er e g u l a r , s ot h em e t h o dc a nb ee a s i l yu s e di nf i e l d i nt h ee n do ft h ew o r k ，t h ei n t e g r a t e dm e t h o df o rd i a g n o s i n go p e r a t i o no fa l la i r c o n d i t i o n i n gs y s t e mi sr e v i e w e d ，t h i n g st h a t a r ey e tt ob ea m e n d e da n df u r t h e r r e s e a r c h e da r eg i v e n k e yw o r d s ：p u b l i cb u i l d i n g ，a i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m ，d i a g n o s i n ge n e r g y u s e ， e n e r g y p l u s ，s e tp o i n t sa d ju s t m e n t i v 山东大学硕士学位论文 下标： a l r a v e r b y p a s s c h i l l e r c o o l i n g c 0 2 c y c l e d r y b u l b f a n h e a t i n g h e a t m e d i u m h e a t s t o r a g e h i 曲 i n l a t e n t l o w o u t 比热，j ( k g ) 重力加速度，n k g 流速，m 3 s 焓，j k g 高度差，m 质量，k g 百万分率，p p m 压差，p a 热( 冷) 量，j 冷( 热) 量差，j 空气 平均 旁通 制冷机 制冷 二氧化碳 循环 干球( 温度) 风机 加热 热媒体 蓄热物质 高 进入 潜( 热) 低 离开 符号表 0 u t a i r p r i m a r y p u m p r a d i a t o r r a t e d r e t u r n r o o m s e n s i b l e s e t p o i n t s i m u l a t i o n s u p p l y t e m p s e t t e s t t o t a l t r a n s f e r w a t e r w o r k i n g f a c e 面积，m 2 时间，s 温度， 温度差， 功率，w 湿度，k g k g 密度，k g m 3 负载率，无量纲 效率，无量纲 外界新风 一次侧 水泵 散热物质 额定 流回 房间 显( 热) 设定 仿真 供应 温度设定 实测 全部 传递 水 工作面 v 7 ， ， s ，丁筮 p f 刁 号 h p q 桐c g g 办脯 肌 p 肚q 蛔 a h u ：a i rh a n d l i n gu n i t c c ： c o o l i n gc o i l c h w ：c h i l l e dw a t e rs y s t e m 山东大学硕士学位论文 c o p ：c o e 仃i c i e n to fp e r f o r m a n c e c t ： c w ： h c ： h w ： c o o l i n gt o w e r 缩略词 空气处理系统 冷却盘管 冷冻水系统 性能系数 冷却塔 c o n d e n s e rw a t e rs y s t e m冷却水系统 h e a t i n gc o i l h o tw a t e rs y s t e m h v a c ：h e a t i n g ，v e n t i l a t i n ga n da i rc o n d i t i o n i n g 加热盘管 热水系统 暖通空调 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：雄日 期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：秘师签名挫日 期： 山东大学硕士学何论文 第一章绪论 1 1 研究背景及研究角度 近年来，我国经济发展迅速，但由于我国基础薄弱，技术、数据、制度都相 对落后，能源消耗水平随着经济规模的扩大不断增长的同时，能源利用效率却提 高缓慢。2 0 0 4 年，全世界能源消费强度( 单位g d p 产出消耗的能源量) 为2 5 吨油 当量万美元g d p ，而我国为8 4 吨油当量万美元g d p ，是世界平均水平的3 3 6 倍，美国的4 倍多，日英德法等国的近8 倍【l 】。不管是从维护国家能源安全，还是 从保持经济可持续发展的角度，提高能源使用效率都成为我国经济社会发展的必 要选择。 根据建设部的统计数据：截至2 0 0 3 年底，建筑能耗已经占到了全国能源消耗 总量的2 7 8 t 2 1 ，建筑行业成为名副其实的用能大户，提高建筑行业用能效率成为 国家能源可持续发展能力的重要组成部分。 1 1 1 公共建筑节能的必要性 通常情况下，建筑依据其使用功能和服务对象的不同分为工业建筑和民用建 筑，民用建筑又分为居住建筑和公共建筑。公共建筑是指除住宅外其他用于各类 公共活动的民用建筑，包括办公建筑( 如写字楼、政府部门办公楼) ，商业建筑( 如 商场、金融建筑) ，旅游建筑( 如旅馆饭店、娱乐场所) ，科教文卫建筑( 如文化、 教育、科研、医疗、卫生、体育建筑) ，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) 3 1 。 按照全面建设小康社会的经济发展战略部署，建设部提出了小康社会的住房 标准：到2 0 2 0 年实现“户均一套房、人均一间房、功能配套、设备齐全”。根据 该标准预测出人均住宅面积约3 5 平方米，到2 0 2 0 年我国人口约1 4 7 亿，城市化 水平将达到5 5 7 8 ，城镇房屋建筑面积将达到2 8 7 亿平方米 4 1 。现在经合发展组 织( o e c d ) 国家的服务业建筑物使用面积和居民家庭居住使用面积之比为：日本 0 3 6 、美国0 4 5 、欧洲o 3 8 t 5 1 。为衡量公共建筑数量的变化，将公共建筑面积等价 为服务业总的建筑使用面积，同时考虑到我国服务业的发展主要集中在城镇，服 务业建筑使用面积与城镇房屋建筑面积的比与该比值较为相似，假设2 0 2 0 年我国 城镇发展到中等发达国家水平，取服务业建筑使用面积与城镇房屋建筑面积的比 为0 3 6 ，则我国的公共建筑面积将达到1 0 0 0 8 亿平方米。 山东大学硕士学位论文 截至2 0 0 4 年底，全国房屋总面积已超过4 0 0 亿平方米，其中城镇房屋建筑面 积为1 4 9 0 6 亿平方米( 其中城镇住宅建筑面积9 6 1 6 亿平方米、公共建筑和工业 建筑面积5 2 9 亿平方米) 1 6 】。目前我国每年竣工建筑面积约为2 0 亿平方米，其中 公共建筑约有4 亿平方米【3 】。根据以上数据同样可以推知，到2 0 2 0 年，我国的公 共建筑面积也将在1 0 0 亿平方米左右。因此，从数量上而言，公共建筑是不断增 加的。 从我国国情出发，根据建筑中公共照明、设备、空调系统的用能特点，公共 建筑又分为普通公共建筑和大型公共建筑，普通公共建筑是指建筑面积在2 万平 方米以下或建筑面积超过2 万平方米但未采用集中空调的各类办公建筑、科研教 学和医疗建筑等，大型公共建筑是指建筑面积超过2 万平方米且采用中央空调的 各类星级酒店、大中型商场、高级写字楼、车站机场及体育场馆等【7 】。 我国普通公共建筑的单位用电量在2 0 6 0 k w l l ( m 2 年) 之间，约占我国全年供 电量的7 ，该类建筑的能耗水平约占发达国家同类建筑的1 2 1 3 ，这主要是由于 建筑运行模式不同造成的。在发达国家，办公建筑绝大部分都采用了中央空调系 统和电梯【8 】，而我国的普通公共建筑中往往并不配备中央空调系统和电梯。 相关统计和分析表明，我国大型公共建筑单位面积的采暖能耗一般情况下仅 为住宅或普通公共建筑的5 0 8 0 ，而除采暖外的其他能耗，折合成等效电耗后， 单位建筑面积能耗在7 0 3 0 0 k w h ( m 2 年) 之间，为住宅的5 1 5 倍，是建筑能源消 耗的高密度领域i 引。分布在北京、上海、广州、深圳等主要大城市的大型公共建筑 总量约为5 亿平方米，但消耗民用建筑总用电量在3 0 以上【9 】。尽管该类建筑目前 的用电水平与欧美发达国家相当，但调查结果表明，不同性质的建筑物能耗水平 相差较大，同一性质建筑物的能耗也存在较大差异，单位建筑面积全年耗电量的 最高值是最低值的3 - 4 倍，具有巨大的节能潜力【l0 1 。开展对公共建筑特别是大型 公共建筑的节能研究对于推动我国的节能事业发展具有重要意义。 1 1 2 公共建筑空调系统节能的必要性 普通公共建筑和大型公共建筑最主要的区别在于是否有集中空调系统，而正 是这一点区别使得二者的能耗水平具有明显差别。随着我国经济社会的发展，一 方面，大量新建公共建筑中大型公共建筑的比例不断提高，另一方面既有公共建 筑相继改造，由普通建筑升级为大型公共建筑【1 1 】。同时相关调查显示，综合各项 2 山东大学硕十学位论文 节能措施，现有大型公共建筑空调系统节能潜力在3 0 5 0 0 0 1 7 , 1 2 】。针对公共建筑中 的空调系统开展节能工作对于公共建筑的节能工作推动力较大、节能效果较好。 1 1 3 选择课题的原因 公共建筑中空调系统能耗高的原因主要有： ( 1 ) 不合理的建筑设计与通风方式。在能耗较高的一些办公建筑和综合商厦 等建筑中，由开窗通风、机械排风等造成的室内外通风换气形成的冷负荷会占到 总冷负荷的5 0 以上【引。 ( 2 ) 不合理的系统和设备选型及运行方式。由于设计不合理、缺少有效的空 调系统调节手段，往往造成冷机、水泵、风机长期在偏离高效点的状态下运行， 导致能源利用率偏低。由于运行管理不善，导致系统的开关状态切换不及时，匹 配不合理，增加了不必要的空调用能。 因此，公共建筑空调系统的节能工作应该通过现场分析，发现一些无谓的能 量消耗问题和能效不高的问题，然后及时修正。但是这种方法的实施却往往限于 经验丰富的空调系统技术人员，限制了空调系统节能工作的开展。 公共建筑在建筑型体、使用方式、空调系统形式等方面的共性为空调系统节 能工作的体系化提供了较好的前提条件，也就是说可以建立一套用于空调系统节 能的方法体系来推动空调系统的节能工作。 开展空调系统节能时，节能诊断是一个不可或缺的内容，可以将其理解为“为 了节约能量而进行的诊断分析判断”。就“空调系统的节能诊断”而言，可以 理解为：在空调系统能够运行、没有出现起停故障的前提下，通过分析系统运行 状态，确定妨碍空调系统节能运行的原因。空调系统节能诊断的目的是保证空调 系统的节能运行，空调系统节能的方法体系就很大程度地归结为空调系统节能诊 断的方法体系，因此课题就围绕着节能诊断展开。 1 2 公共建筑空调系统节能诊断综述 已有的公共建筑空调系统节能诊断有各种形式，如建筑能耗评价指标、建筑 能耗评价软件、建筑改造指导规范，国内和国外都有相关的研究、进展。 1 2 1 国外节能诊断综述 美国环境保护局( u s e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na g e n c y ( e p a ) ) 和美国能源部 ( u s d e p a r t m e n to f e n e r g y ( d o e ) ) 共同参与支持的能源之星对标工具( e n e r g y 山东大学硕士学位论文 s t a rb e n c h m a r k i n gt 0 0 1 ) t 1 3 】，基于美国能源部和能源信息管理局( e i a ) 1 9 9 9 年 的商用建筑用能调查数据、美国电力研究协会( e p ) 的医院用能数据、服务业 研究组织( h o s p i t a l i t yr e s e a r c hg r o u p ) 的宾馆业用能数据，通过建筑分类分析， 建立建筑的年用能量回归预测模型。节能分析时根据输入的建筑参数，该对标工 具将给出一个参考分数( 范围0 1 0 0 ) ，用以衡量建筑用能状况。 加州建筑用能参照工具( c a l i f o m i ab u i l d i n ge n e r g yr e f e r e n c et o o l ( c a l a r c h ) ) 【l4 1 ，是通过分析加州地区商业建筑终端用能数据建立的网络化的建筑用能对 标工具。该工具的特点是主要针对加州的建筑进行分析，更贴近当地实际情况， 因而使得该工具更为简便。同时该用能参照工具给出的结果是一些相似建筑的用 能量分布情况，节能人员通过建筑用能状况的比较来确定问题所在。 日本在建筑节能上有能源管理o 、管理的概念，指出判断能源的使用合 理性对于建筑能源管理具有重要作用【1 5 】。日本的能源管理是通过输入能量消费数 据、能量需求数据、设备管理数据获得建筑能量消费状态、能量使用状态和降低 能耗的方法。能量管理将建筑的能源管理分成4 个大项1 2 个小项，根据合理数据 设定、建筑标准等对空调用能进行监测管理。这种分析诊断方法强调图形化界面 的使用，让没有专门知识的人员也可以进行能源管理。 德克萨斯农工大学能源系统实验室和内布拉斯加大学能源系统实验室形成了 持续运行优化【1 6 ( c o n t i n u e c o m m i s s i o n i n g ) 的空调系统节能方法，该方法强调空调 系统节能工作的持续性，即c o n t i n u e ，因此该方法中不仅强调对空调系统运行中问 题的检测发现，还强调要将建筑管理维护人员纳入节能工作团队，听取管理维护 人员的意见和建议，帮助建筑管理人员更清楚地理解空调系统的运行调节，建立 空调系统运行、控制、维修、优化的文档体系，提高管理人员的系统维护能力。 欧盟的a u d i t a c ( f i e l db e n c h m a r k i n ga n dm a r k e td e v e l o p m e n tf o ra u d i t m e t h o d si na i rc o n d i t i o n i n g ) 项引1 。7 1 ，在评价空调系统的运行效率和空调选型配比 的合适性的基础上给出空调系统的改善建议，确保空调运行良好。同时该工具在 开发之初就强调了空调系统管理者在改善空调系统运行中的重要作用。该项目建 立了被审计建筑的数据库，编写了分析空调系统的对标工具，以及为审计推广开 发了空调系统运行成本计算工具。 就节能诊断的具体技术而言，空调系统的节能诊断主要是针对具体的设备或 4 山东大学硕士学位论文 子系统，例如空气处理系统或变风量箱中存在的问题【1 8 , 1 9 , 2 0 。此外，s e u n gu kl e e 将空调系统用能情况作为一个整体来分析，利用校正后的空调系统模型，从三种 时间维度来分析仿真空调用能与实测空调用能的偏差，对空调系统的节能运行进 行了分析，确定了空调系统节能运行中存在的一些问题拉1 1 。d es a m o l i , ，l 建立了一 个评价建筑用能状况的专家系统，该系统将评价建筑用能状况的专家知识以简洁 和易于理解的方式呈现给使用人员【2 2 1 。s e u n g b o kl e i g h 提出建筑用能管理过程包 括：用能相关数据的收集、用能情况分析、辨识并评价节能潜力、改造实施与维 护四步【2 3 1 。s e e m ，j e 通过统计方法分析建筑日用能力量是否出现特殊值来判断建 筑中是否出现能量使用问题，发现一些影响建筑用能的因素【2 4 1 。 1 2 2 国内节能诊断综述 我国建筑节能方面颁布的标准和规范大致有：j g j2 6 - 9 5 民用建筑节能设计 标准、j g j1 2 9 2 0 0 0 既有采暖居住建筑节能改造技术规程、j g j l 3 2 2 0 0 1 采暖 居住建筑节能检验标准、j g j1 3 4 2 0 0 1 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准、 j g j7 5 2 0 0 3 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准、g b5 0 1 8 9 , 2 0 0 5 公共建筑 节能设计标准、g b t5 0 3 7 8 2 0 0 6 绿色建筑评价标准、d b 3 7 t8 4 9 - - 2 0 0 7 既 有居住建筑节能改造技术规程，d b 3 7 t8 4 8 - - 2 0 0 7 既有公共建筑节能改造技术 规程以及2 0 0 8 年7 月下发的北方采暖地区既有居住建筑供热计量及节能改造 技术导则( 试行) 2 5 】。从标准或规范的颁布时间来看，公共建筑的节能问题逐渐 从建筑节能中分离出来，并且针对新建公共建筑和既有公共建筑改造都进行了规 范，这一趋势是与我国公共建筑的数量增加和用能水平提高相适应的。 公共建筑的标准和规范，对空调系统的运行、检测、维护和改造进行指导和 限制，并给出了一些定量的指标，如集中热水采暖系统热水循环水泵的耗电输热 比( e h r ) 、空气调节冷热水系统的输送能效比( e r ) 、制冷能效比( e e r ) 、综合 部分负荷性能系数( i p l v ) 、机组性能系数( c o p ) 【3 】、管网输送效率、锅炉运行 效率【2 6 】。在绿色建筑节能标准中，针对空调系统运行给出了空气处理合理用能指 标( a h c ) 、能量转换系数( e c c ) 、输配系数( t d c ) 【2 7 1 。 薛志峰出版的公共建筑节能 1 z i 、既有建筑节能改造【2 8 1 详细介绍了用于 建筑节能的o t i 方法。o t i 方法，即观察交流( o b s e r v a t i o n q u e s t i o n ) 一测试计 算( t e s t c a l c u l a t i o n ) 一判断解决( i d e n t i f i c a t i o n r e s o l u t i o n ) ，通过查阅大楼内存档 5 山东大学硕士学位论文 的竣工图和能源消耗量记录表，了解大楼的基本信息和能源状况，并与工程管理 人员交流运行中存在的问题，然后针对存在的问题进行详细的测试和分析计算， 最后给出解决方案和能够达到的节能效果。 国内现有针对公共建筑空调节能的研究大都是伴随着具体的工程实践，在提 出针对具体建筑空调系统某部分节能方案的同时，对空调系统节能方法提出一些 见解。李鹏指出空调冷冻水一次变流量运行应采用变压力的控制方式，压力变化 应沿着管道工作特性曲线变化【2 9 1 。李永奇给出企业供热系统节能改造可以应用的 措施和方法【30 1 。李琳分析了空调系统主要能耗部分，并着重对新风系统的节能进 行了探讨【3 1 1 。敖顺荣系统地探讨常规中央通风空调末端系统的节能控制，涉及室 内温湿度设定、新风机组加风机盘管系统、全空气变风量空调系统等的节能控制 技术【3 2 ，3 3 , 3 4 】。曾向阳就变频水泵代替空调系统调节阀实现空调节能的问题进行了应 用研究【3 5 】。刘涛针对空调水系统大流量小温差问题提出了具体的节能方梨3 6 1 。徐 强结合上海实际提出基于整体解决方案的公共建筑节能策吲3 7 】。程忠平针对既有 建筑的节能提出了方案和措施【3 引。李运华通过对某大型宾馆建筑空调水系统的现 场测试，发现存在的问题，提高空调系统运行能效【3 9 】。方学东对空调过程中的节 能措施及中央空调的管理进行了分析和总结【4 0 1 。刘筱屏以某办公建筑的节能诊断 为基础介绍了办公建筑节能诊断的主要内容和方法【4 。资晓琦对某大楼冷却塔性 能进行测试、分析，提出了改造建议【4 2 1 。徐新华通过实例分析，说明空调系统冷 冻水定流量改为变流量可以提高空调系统能效【4 3 1 。施灵针对冷水机组从选型和运 行两个方面指出冷水机组的节能途径 4 4 1 。赵庆珠从三个方面介绍了降低空调能耗 的方法：减少空调系统基本负荷能耗、提高空调设备能效、降低空调输配系统能 耗【4 5 1 。龚明启分析了空调水系统变流量运行的节能的问题【4 6 】。毕敏娜提出兼顾空 气品质和节能的新风控制策略h 7 1 。黄杰通过实施某建筑空调系统节能改造项目总 结了类似建筑节能改造的技术经验【4 8 1 。张勇杰从建筑围护结构、供暖系统设计、 锅炉运行管理等方面阐述建筑节能改造的方法措施【4 9 1 。徐文华就空调冷冻水系统 多次变流量问题进行了研究【50 。邢秀强指出合理的室内气流组织不仅可以节省输 送系统的能耗还可以节省部分冷量【5 l 】。 1 3 存在的问题和本论文的目标 我国现有空调系统节能工作还不完善，为了能够推动空调系统节能工作的发 6 t li 东大学硕士学位论文 展，以下简要分析空调系统节能工作的不完善之处，并提出本文的研究目标。 1 3 1 存在的问题 结合工程案例开展空调系统节能工作在我国并不鲜见，相关人员也提出了空 调系统节能的一些方法，进来提出的o t i 方法虽然自成体系，但都还限于具体问 题具体分析，没有能够形成一个细节化的空调系统节能诊断方法。在很大程度上， 空调系统节能工作的开展还需要工程技术人员对空调系统相关知识非常熟悉。现 在依然缺乏针对空调系统开展节能工作的体系化方法。 已有的建筑标准、规范和评价指标，起到的作用还仅仅处在指导和规范的层 面，内容大部分是就建筑空调系统节能的某些环节给出指导性的意见和限制，就 帮助挖掘空调系统中的节能潜力而言并不充分。 空调系统节能相关的研究往往是针对影响建筑用能的某一个方面展开，对空 调系统的整体节能问题关注较少，即使有针对空调系统整体用能情况开展的研究， 要么是仅从宏观上进行分析评价；要么是以完备的空调系统配套设备为基础，提 高空调系统的管理运行水平；要么是建立数学模型进行优化设定，这些方法还不 便于广泛地应用在我国公共建筑空调系统的节能工作中。 1 3 2 本论文的目标 我国的公共建筑空调系统节能研究还处于起步阶段，无论是研究水平还是空 调系统的管理控制水平与国外相比都还有相当的差距，就我国国情而言，公共建 筑空调系统的节能形势却十分严峻，必须走一条更符合我国国情的节能途径。制 约我国公共建筑空调系统节能工作开展的关键不在我国与国外的技术差距，而在 于没有一个合理的节能诊断方法体系。 结合国内外的空调系统节能理念和方法，本论文主要着眼构建一个可行易行 的空调系统整体节能诊断方法体系，该节能诊断方法体系应该具有如下的特征： ( 1 ) 该方法体系的构建必须以节省空调系统整体的用能量为最终目标，必须 紧紧围绕这个目标来思考节能诊断方法体系的构建。 ( 2 ) 该方法体系应该对已有的工程经验和理论分析方法有所包容，这样可以 使该方法体系具有一定的实施基础。 ( 3 ) 该方法体系应该让工程人员明确空调系统节能诊断的步骤，应该分析什 么内容、应该怎样分析这些内容、应该查找哪些方面的资料，从而让工程人员有 7 t lf 东大学硕十学位论文 步骤地开展节能诊断工作。 ( 4 ) 该方法体系应该考虑到该方法在智能化管理水平不高的空调系统中如何 能够实施，这需要考虑到：开展空调系统节能能不能避免空调系统数学模型? 能 不能不采用高级的优化方法? 能不能降低对数据采集的要求? 1 4 本论文的结构 本论文的结构如下： 第二章，通过分析空调系统的运行方式，结合空调系统的节能目的，将空调 系统的节能诊断方法体系划分为三个顺序实施的诊断部分：空调房间的节能诊断、 空调设备的检测分析和空调整体的节能诊断。 第三章，针对空调房间的节能诊断，指出使用负荷仿真分析的方法较为合适， 并给出了基于负荷仿真的空调房间节能诊断流程。根据空调房间负荷的形成特点， 本章将空调房间的节能诊断分为建模数据收集分析阶段的节能诊断和模型校正分 析阶段的节能诊断。为了辅助具体的诊断工作，本章根据e n e r g y p l u s 仿真原理， 给出了使用该软件进行空调房间负荷实时仿真的方法。为辅助模型校正阶段的节 能诊断，本章将影响空调房间负荷的因素划分为四类，分别确定各类因素对房间 实测负荷与仿真负荷差值的影响。 第四章，空调设备的检测分析，是以工程经验和理论分析为基础，对空调系 统各组成设备的运行状况进行诊断，是空调系统整体节能诊断的基础。由于空调 设备检测分析成败的关键在于分析的顺序和内容，所以本章着重研究了具有一定 代表性的普通空调制冷系统设备检测分析应该遵循的顺序和内容，以期能够对现 实中的空调设备检测分析提供借鉴。 第五章，空调整体的节能诊断，是以空调房间节能运行和空调组成设备正常 运行为前提，主要用于解决空调系统组成设备的协调配合问题，以实现空调系统 整体的节能运行。本章将给出基于设定值微调的空调设备相互配合水平分析方法， 也就是空调整体节能诊断方法。为了验证该方法的可行性，本章以某空调制冷系 统为基础进行了仿真实验。 第六章，对本文构建的空调系统节能诊断方法体系进行总结回顾，给出存在 的一些问题及需要进一步研究的内容。 8 山东大学硕士学位论文 第二章空调系统节能诊断方法研究 2 1 引言 要实现空调系统的节能运行，必须从整体上来分析评价空调系统的运行状况， 但是空调系统本身的复杂性使得这种分析评价实施起来较为困难，有必要形成一 个系统化的分析评价方法。 方法体系的建立必须要从整体上对空调系统的运行过程进行思考与把握，清 楚空调系统的构成、连接、响应过程、调节控制等空调系统运行涉及的各方面， 进而形成建立方法体系的原则、方式、规范、条件等约束，然后以这些约束为基 础确定方法体系的具体形式。 2 2 空调系统运行分析 空调是供热通风与空气调节的简称，是为了满足室内舒适度和生产工艺要求， 对室内的温度、湿度、空气流动、空气品质等进行控制的过程【5 2 】。空调系统是为 实现供热通风与空气调节而集成起来的设备系统。空调系统可以分为三个子系统： 空气处理系统、流体输送系统和冷热源机房，如图2 1 所示。 空气处理系统通过混合、调节和输送不同气体状态的空气来维持空调房间空 气处于特定的状态，满足空调房间使用中对温度、湿度和空气质量的要求。空气 处理系统与空调房间直接相连。 流体输送系统是利用热媒体的循环流动，将冷热源产生的冷热量传递给空气 处理设备的管道输送系统。冷热源机房是空调系统提供冷热量的制备场所，是整 个空调系统的冷热量供应端。 i 外： 部： 囊； l 图2 1 空调系统示意图 9 回 |-； i li 东大学硕士学位论文 对空调过程和空调系统进行抽象，如图2 2 所示，形成需求侧与供应侧。需求 侧是指房间中对冷热量及新风的需求，供应侧是指满足空调房间需求的空调系统。 空调系统又由各子系统组成，如空气处理系统、流体输送系统和冷热源机房。子 系统由多个设备组成，如流体输送系统一般由水泵、管道、阀门、过滤网等组成。 实现空调系统的节能运行，即应该尽量降低需求侧空调房间的冷热量需求， 又应当提高供应侧空调系统的能效，尽量减少空调系统的用能量，且降低供 应侧的用能量必须建立在需求侧冷热需求量尽量少的基础之上。 需求侧供应侧 l 一一一一一一一一一一_ l 图2 2 空调系统抽象图 影响空调房间冷热需求量的情况较为复杂，外界环境、房间使用、空调安装 和调控等因素都对冷热需求量有影响，如果与供应侧放在一起进行分析，必然增 加需要分析的内容，对分析方法有更高的要求，因此在节能诊断中将空调需求侧 与供应侧分离诊断，这样可以简化空调系统节能分析的内容，降低对节能方法的 要求。由于供应侧与需求侧之间的联系仅仅是冷热量的传递，可视为没有冷热量 的浪费，所以这种将需求侧与供应侧分离诊断的方法具有合理性。 供应侧由设备相互连接构成，供应侧的用能情况即决定于单体设备是否高效 运行，更重要的是设备之间的配合是否恰当。工程实践和理论知识为供应侧各设 备的节能运行提供了较好的基础，但是这种分析基础主要关注点在设备级和子系 统级。就整个供应侧节能的目标而言，即需要保证设备、子系统的节能运行，更 需要使供应侧整体处于节能运行状态。设备和子系统的高效运行是供应侧整体节 能运行的必要条件，因此在节能诊断中对设备、子系统开展检测分析可以为空调 系统整体的节能诊断打下基础，同时面对现实中复杂的空调现场，通过设备和子 l o l 【i 东大学硕士学位论文 系统的检测分析可以使空调系统的运行更加明确，有利于挖掘空调系统中的节能 潜力。在设备正常运行的基础上，分析空调设备之间的配合就可以有更大的方法 选择的余地，可以使用一些简便的方法。需要注意的是空调设备之间的配合关系 必须以空调各设备的正常运行为基础，否则就可能增加可用方法的复杂性。通过 设备级与系统级之间的分解，前者可以采用常规的工程经验和理论知识来解决， 后者仅需要处理系统整体的配合问题，这都有助于简化空调系统节能诊断工作。 基于以上分析，本文建立节能诊断方法的原则