【《小型建筑空调区域模型建立及负荷模拟分析案例》2300字】

小型建筑空调区域模型建立及负荷模拟分析案例模拟软件介绍TRNSYS软件又称瞬时系统模拟软件，美国的威斯康星大学是第一个参与开发此软件的单位，后经过众多国家的科研院所不断优化最终形成的一款以能耗分析和系统控制为特色的仿真软件。TRNSYS软件秉持了模块化的思想，将众多系统部件集成到一个个独立封装的子模块中，用户在建模过程中可以直接选取所需要的模块，并按照实际的物质和能量流动方向将模块连接，最后通过添加合适的控制装置从而完成建模。模块库包括暖通空调、太阳能热水系统、控制器以及热电联产等众多系统部件模型，同时模块具有很强的开放性和包容性，其允许用户通过修改模块源代码或者新建模块的方式来满足自身需求。TRNSYS软件主要由SimulationStudio、TRNBuild以及TRNEdit等众多软件包组成，其中SimulationStudio为用户提供一个搭建系统模型的平台，用户选取相应的模块建立系统仿真模型并在平台运行，结果可以以图形或者生成外部文件的方式输出。TRNBuild为系统中的建筑物负荷模拟组件，它支持使用者按照实际场景构建所需要的仿真模型，包括多区域建筑模型和简单区域建筑模型，在模型中能设置包括墙体类型、开窗面积及方位、室内冷热源、通风和室内温湿度在内的众多条件，从而对室温和室内冷热负荷进行模拟。TRNEdit可以用来修改并调试程序，并最终生成满足用户需求的终端程序文件。本章节主要通过TRNBuild建立起多区域建筑模型，参照青岛实际的建筑物参数设置模型的冷热源、墙体类型以及温湿度等条件，最终生成建筑物全年负荷文件供负荷模块调用并进行相应分析。模型建立及相关参数设置在建立多区域建筑物模型时，以青岛某小型建筑物为原型，其平面图如图3.1所示，该区域包括卫生间、会客厅及书房等功能房间，区域全长13.28m，宽7.6m，层高3.5m，空调区域共140m2，整个区域的冷热负荷由一台空气处理机组承担。青岛地区供暖时间为11月16日至下一年4月5日，制冷系统运行时间为6月1日至9月1日，其他时间为过渡季节。室内设计参数，按照相应的规范以及从能量节约的角度考虑，夏季温度26℃，相对湿度取60%，冬季室内温度设定20℃，相对湿度设定55%。图3.1某小型建筑物平面图第一步先利用SimulationStudio组件搭建多区域建筑物仿真模型，其过程界面如图3.2所示，之后在该建筑模型中进行窗占比、内部冷热源、通风量及空调区域尺寸等参数的设置，在东西面窗墙比为0，北面窗墙比为0.1，南面窗墙比为0.4，图3.3为空调区域尺寸及窗墙比的设置。图3.2新建多区域建筑物模型过程图空调区域尺寸设置(b)空调区域窗墙比设置图3.3空调区域尺寸及窗墙比设置空调区域其他参数需要稍后在TRNBuild中进行设置，具体的参数设置为：空调区域初始条件采用默认值，即温度20℃，相对湿度50%；渗透风量设置为0.4L/h；加热模式下设定控制温度为20℃，制冷模式下设定控制温度为26℃；区域舒适性设定为关闭状态；区域湿度采用简单湿度模型；区域内热源设置中，室内人员工作状态设定为ISO7730下的No.4，即人员处于静息及轻松工作状态，人数设定为常数4人；电脑等办公设备采用140WPCwithmonitor，数量同人数相同共4台；区域灯光强度设置为17W/m2，对流部分占40%。TRNBuild中参数设置界面如图3.4所示。图3.4TRNBuild参数设置界面参数设置完毕，软件即可自动生成如图3.5所示的多区域建筑物负荷模拟模型，将青岛地区气象数据文件链接至气象数据模块后，运行仿真模型即可得到建筑物的负荷数据。图3.5多区域建筑物负荷模拟模型供暖区域模型分析气象参数模拟结果气象参数中，建筑热负荷主要受太阳辐射强度和室外温度的影响，而土壤温度深刻制约着地源机组的高效运行，图3.6、3.7、和3.8分别描述了青岛市全年逐时太阳辐射强度、室外温度和土壤温度的变化过程。由图中数据得知，全年室外温度和土壤温度的变化趋势大体上是相同的，1月份室外气温和土壤温度的平均气温均达到最低。图3.6青岛市全年逐时太阳辐射强度图3.7青岛市全年逐时室外温度图3.8青岛市全年逐时土壤温度图3.9为青岛市供暖季典型日逐时室外温度和太阳辐射强度，典型日选取1月2日，即TRNSYS中对应的24h-48h。从图中可以看出，一天中室外最高气温和最低气温分别出现在中午3点和早上8点前后，太阳辐射强度最大值出现在中午12点。上午随着太阳辐射强度的增大，室外气温也不断升高，从中午12点以后太阳辐射强度不断减小，室外气温不断降低，直到凌晨达到最小值，其中典型日的平均室外气温为2.29℃。图3.9青岛市供暖季典型日逐时室外温度和太阳辐射强度负荷模拟结果在模拟的小型建筑物中，供暖季24h不间断供暖。在TRNSYS中全年共划分为8760h，青岛市供暖时间为7657-8760h和0-2280h两部分，分别对应11月16日至12月31日和1月1日至4月5日，共计3384h。图3.10为青岛市某小型建筑全逐时负荷，其中最大热负荷出现在第295h，即1月13日上午9点左右，最大热负荷值为9.55kW，单位面积最大热负荷指标68.2W/m2，平均热负荷值为4.3kW，单位面积平均热负荷指标为30.7W/m2，供暖季总供热量为14500kW·h，单位面积供热量为103.6kW·h/m2。图3.10青岛市某建筑全年逐时负荷部分负荷率定义为某一时刻的冷热负荷值与供暖或供冷季的最大冷热负荷值比值的绝对值，它代表了某一时刻的冷热程度。其数学形式为： 3-(1)式中，PLR——某时刻部分负荷率，取值0-1之间；Q0Qm——供暖或供冷季的最大冷热负荷值图3.11为青岛市某建筑物供暖季热负荷部分负荷率时长及百分比分布图，从图中可以看出，部分负荷率在80%以下的区间共计3166h，占供暖季总时长的93.56%，部分负荷率在80%-100%的区间仅占6.44%，在后文确定地源热泵机组时，通过选取合适的机组容量，可以确保机组在供暖季绝大多数时间在高效区间运行。图3.11供暖季热负荷部分负荷率时长及百分比分布图图3.12为青岛市某建筑物供暖季典型日的逐时负荷分布图，由图中数据分析可知，一天中热负荷最小值发生在14点左