建筑环境设计模拟工具包DeST(3)
作者:佚名; 更新时间:2014-12-04
全年能耗,也可以根据各变风量末端的压差计算出各个时刻下的末端噪声。

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图4 不同静压控制方式下的风机工况点
◇定压点位于风机出口处  □浮动静压控制   △定压点位于风道上距风机出口2/3处

采用逆向的求解思路,避免了采用小步长的反馈控制,逆向的求解过程可以看成一种开环的"理想化"控制方法。用此方法在进行设备(例如表冷盘管)校核计算时,可以计算出已知出口和入口参数时对冷冻水侧的要求。如果校核发现该设备无法达到要求的出口状态,则无论采用何种控制方式,该设备都无法满足运行的要求。从此意义上说,通过逆向的求解算法,DeST着重研究系统的可控制性,即:

①该设备能否通过某种控制方式满足要求?

②如果可以,该设备的最佳运行效果是什么?

通过校核回答以上两个问题后,设计人员可以进一步研究具体的控制方法,并通过与最佳的运行效果进行比较以确定控制方法的优劣。 5 DeST的用户界面

DeST在WINDOWS95/98/NT下运行。所有的模块都集成到CABD中。CABD是一个基于AutoCAD R14开发的用户界面(见图5)。用户在此界面上进行建筑物的描述,通过选单调用其它模拟模块,与建筑物相关的各种数据(材料、几何尺寸、内扰等)通过数据库接口与CABD相连。采用CABD绘制如图5所示的建筑物大约需要1~3h。建筑模拟所需要的逐时气象参数,通过利用Medpha(图6)选取相应的城市即可获得。

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图5 CABD的界面形式

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图6 Medpha(逐时气象数据生成程序)

完成建筑物内外扰的描述之后,BAS负责对建筑物进行详细的模拟计算,并同步在如图7的示的界面中显示逐时的基础室温以及月平均温度。在方案模拟的进程中,空气处理过程可动态地在焓湿图上显示,让用户了解在DeST中各种参数(送风温度、送风量等)是如何确定的。

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图7 BAS(建筑分析及模拟程序)

各种模块以ActiveX、DLLs通讯ARX的形式集成在一起,使得DeST成为一个高度集成化的软件工具,其目的是最大限度地减少用户花费在输入数据的时间,让设计人员将注意力集中在分析模拟结果、比较方案等创造性的工作中。所有的模拟结果以纯文本的格式存储,用户可以很方便地使用其它数据处理工具(如EXCEL)进行整理和分析。通过一定的实践,当用户能够熟练地使用DeST的界面后,准备数据以及运行程序所消耗的时间大概是分析所需要的时候的1/4或者更少。



6 DeST能够解决的问题

下面用两个实例来演示如何采用DeST 设计的不同阶段进行分析。其一是ANNEX30案例1中1个9层的办公楼,该楼位于德国,在模拟时采用了比利时的室外气象参数。设计要求房间温度全年控制在22~26℃,相对湿度必须满足40%~60%的范围。该案例的详细数据参阅文献[10]。图8该建筑的标准层平面图。另案例是位于天津的一个商业建筑。

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图8 ANNEX案例1的建筑平面图

6.1 初步设计阶段

在本阶段,通过DeST计算出不同朝向下各房间逐时的基础室温,对该建筑物的不同朝向进行了比较。图9、10分别是不同朝向下(正面朝南:朝向一;正面朝东:朝向二)两房间全年的基础室温分布。

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图9 休息室1的基础室温分布

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图10 会议室1的基础室温分布

从上述结果可以看出,朝向对于类似会议室1的房间没有太大的影响,而对于类似于休息室1的房间,则有显著的影响。朝东时该类房间要比朝南时温度偏高许多,这说明太阳辐射对于此类房间是一个很重要的影响因素,通过此比较可对建筑的最初设计提供参

考。

6.2 方案设计:水系统类型比较

图11是位于天津的一个宾馆的示意图。该楼计划 4个朝向都采用风机盘管系统。为满足客户的要求,房间温度必须能够在22~28℃之间任意调整。因此,不同的控制精工要求对于风机盘管制供水需求有很大的影响,尤其在过渡季。控制精度要求越高,同时需要提供冷水和热水的时间越长。

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图11 天津某商业建筑物的标准层示意图

在模拟时,考虑了3种不同的控制精度,表2是3种不同的精度及其对应的设定值范围。

在每一种控制精度下,DeST对该楼进行了全年的模拟,计算出各月份需要冷热源同时提供冷水和热水的小时数,表3是过滤季时结果。

表2 3种不同的温度精度要求

精度

房间的设定值

±1

21±1 23±1 25±1

±2

22±2 24±2 26±2

±3

23±3 24±3 25±3

表3需要同时提供冷热水的运行时间/h

精度

3月

4月

5月

±1℃

744

304

604

450

345

709

±2℃

744

175

579

204

272

525

±3℃

665

13

315

47

9

288

精度

9月

10月

11月

±1℃

256

684

589

544

720

149

±2℃

169

569

571

323

720

75

±3℃

5

366

366

53

668

11

注:“热”,“冷”分别表示需要供热水和冷水。

从结果可以看出,当要求的精度较高时,风机盘管需要设计成四管制以满足各个时刻同时的冷热水要求,否则在过渡季中将有上千h不满足。如果要求的精度不高(如±3℃),则两管制的系统基本可以满足要求,在6个月的过渡季内,共有138h不能满足要求(3月13h,4月47 h,5月9 h以及秋季3个月中的69 h)。相应的冷热水供应时期也可以确定,在4,5月和10,11月只供应热水,在6~9月都供应冷水。

6.3 方案设计阶段:运行方式比较

在ANNEX30案例1中,对每1层的8个房间设计采用变风量系统。由于比利时夏季的室外温度并不高,因此新风的应用策略对空调机组能耗需求影响较大。本例中比较了两种新风策略,一种设定新风比从30%到100%可调,另一种设定新风比全年固定为30%。图12~16是采用DeST进行模拟后得到的结果。

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图12 变新风比下全年要求的新风量

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图13 两种新风策略下各月需要机组提供的冷量

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图14 全年总冷量的需求比较

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图15 风机性能曲线

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图18 不同静压控制方式下风机的运行能耗

图12给出了全年模拟所得到的新风需求量。在冬季,新风量越少越少省能;从5~9月,新风可利用的潜力很大,系统可以通过增大新风量来节省制冷能耗。由于比利时夏季的室外气温相对较低,通过充分利用新风,可以节省大约3/4的冷量。由于计算中采用了逆向的求解过程,避免了迭代,因此在进行此类方案模拟时,节省了计算时间,同时设计者也可通过冷量的需求对两种新风策略进行量化的比较。

6.4 详细设计阶段:风机的选择

在ANNEX案例1中,通过方案分析得到逐时各房间所需求的风量变化,进一步利用风道分析程序计算出全年要求的风机工况点(图4)。选择风机之后,根据不同的控制方式,可以计算出全年风机的运行能耗。图15是厂家提供的风机性能曲线和效率曲线,图16是模拟分析的结果,即3种不同的静压控制方式下风机的全年能耗。

本例中,比较了3种静压控制方式:定压点位于风机出口处、定压点位于风道上距风机2/3长度处以及浮动静压控制方式。从模拟结果看,浮动静压的控制方式比定压点于风机出口处的控制方式能减少大约2/3的能耗,这是因为在浮动静压控制方式下,同样的流量需要风机提供的压头要小,而其工况点大多数分布在风机的高效率区间。此类分析既可用于设计中比较不同风机静压控制方式,并根据全年的工况点来选择风机,使其能够大多数时间工作在高效率区间,也可以用于系统改造中,对改造效果进行量化比较。

此外,DeST也可以用于对空气处理室各部件进行各工况的样验,确定最佳的空气处理过程,分析冷冻机最优的运行模式等等。为实现详细的

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