夏热冬冷地区住宅建筑生活热水系统不同热源能效、(火用)及碳排放分析

国家“双碳”战略目标对建筑运行能耗和碳排放提出了更高的要求,住宅建筑的生活热水系统的能源消耗和碳排放不可小视。夏热冬冷地区住宅建筑的生活热水系统的常规热源以燃气、电为主,随着技术发展,空气源热泵热水系统也逐渐进入到应用阶段。不同热源会对生活热水系统的运行产生影响,因此需要对不同热源的生活热水系统的能效、火用及碳排放进行定量分析。基于统一的生活热水用量标准,对夏热冬冷地区住宅建筑常用的燃气热水器、电热水器以及空气源热泵热水器进行能效分析与火用分析并计算其碳排放情况。结果表明,空气源热泵的能效率和火用效率均明显高于燃气热水器及电热水器,电热水器的火用效率则略高于燃气热水器。以三口之家生活热水为例,空气源热泵、电热水器和燃气热水器的年碳排放量分别为343 kg、1087 kg及395 kg。空气源热泵热水器较燃气热水器与电热水器在能源利用和碳排放两个方面,都存在明显的优势。

我国不同区域住宅小区全可再生能源系统可行性分析

全可再生能源系统完全依靠可再生能源满足用户用能需求,近年来成为国内外研究热点。然而,不同区域气候及地质环境差异较大,全可再生能源系统结构与性能也具有区域特征。提出一种全可再生能源系统优化配置方法,并以住宅小区为研究对象,考察全可再生能源系统在我国不同区域的运行特征与可行性。考虑生物质能、风能、光能分布差异,选取我国30个典型城市,构建住宅小区全可再生能源系统;搭建全可再生能源系统模型,并以年总费用为目标,通过遗传算法获得我国不同区域全可再生能源系统优化设计方案;分析不同区域系统的运行特征与可行性。结果表明,在我国当前能源市场条件下,我国多数地区全可再生能源系统以太阳能和生物质供能为主,太阳能供电占比超过60%,在太阳能资源丰富区可达90%左右,而风能利用有限。全可再生能源系统在大多数区域经济性良好,相比传统系统回收期低于6年。

基于欧氏距离最小化的非常规工况空调水系统运行关联准则研究

对某地铁空调系统进行了模拟,获得大量运行数据,利用关联准则数据挖掘方法对运行数据进行挖掘,得到了能够指导空调系统高效运行的关联准则。对于未能挖掘得到关联准则的部分工况(非常规工况),提出了一种基于欧氏距离最小化的方法,对中央空调水系统运行的非常规工况进行了关联准则补充,并以两种非常规工况为例进行对比分析。两应用实例中采用从近到远的三个欧氏距离补充的关联准则对系统进行模拟运行。两实例的系统能效分别为5.72、5.63、5.46与5.71、5.53、5.04。与相对应的既有模式能效相比,最高能效分别提升了1.4与1.7。结果表明采用最小欧氏距离补充的空调水系统运行关联准则能够很好地保证空调系统高效运行。

基于灰色理论的建筑需求冷量预测研究

建筑需求冷量预测能够帮助建筑运行人员提前了解建筑的需求冷量,制定最优的空调系统运行策略,以实现系统安全节能运行。针对某综合大楼的间歇制冷空调系统,基于其历史运行数据,应用灰色预测对该系统早晨的需求冷量进行了研究。建立了多个等维度新陈代谢灰色模型,预测了不同工作日的早晨需求冷量。对比分析了仅以历史冷量建模的GM(1,1)模型和考虑室外气温对冷量影响的GM(1,2)模型的预测准确性。结果表明,GM(1,2)模型较GM(1,1)模型预测精度更高,即考虑到室外气温对冷量的影响时,能够更准确地预测建筑需求冷量。灰色预测模型简单、计算量小,易于集成到建筑设备管理系统中,预测得到的需求冷量可以为空调系统运行优化提供参考。

大型舰船环状冷媒水系统运行模拟分析与试验

搭建了某舰船环状冷媒水系统的模拟仿真平台与试验平台,对该系统不同负荷需求下的运行模式进行模拟分析与试验研究,分析了舰船冷媒水系统在不同运行模式下用户的流量分配特性。结果表明,对于舰船夏季夜间与过渡季运行工况,系统双泵、三泵分别向全船所有用户供水时,用户流量分别约为设计流量的50%与70%,区间流量不平衡率小于15%,满足舰船用户不同负荷(50%或70%左右)下的流量需求;对于舰船冬季运行工况,系统单泵、双泵供全船全年支路冬季运行时,用户流量约为设计流量的70%与95%,其区间不平衡率均小于15%,满足舰船冬季满负荷(100%)部分负荷(70%)条件下用户的水量需求。通过模拟与试验结果对比,进一步分析实际舰船环状冷媒水系统的水力平衡特性。

一次泵定流量系统旁通控制模拟与分析

本文分析了空调一次泵定流量系统旁通控制的方法及特点,并根据某空调水系统实际布置与配置,搭建模拟平台,进行水系统管网模拟,比较分析了压差旁通控制和最小流量旁通控制的控制效果。结果表明,在一次泵定流量系统中,采用压差旁通控制能够维持系统流量恒定并满足制冷机蒸发器最低流量的需求,此时制冷机组的流量很大。当系统采用最小流量旁通控制时,可以达到对于系统流量精确控制的目的并满足制冷机蒸发器最低流量要求。在定流量空调水系统中,无论是压差旁通控制还是最小流量控制都存在大量的流量及水泵能耗浪费,应采用变速调节措施提高系统能效。

建筑排风隔热外窗冬季结露机理与防治

本文利用数值传热模型,计算排风隔热窗在不同运行参数和室内外边界条件时的内部温度分布情况,并与排风露点温度进行比较,从而判断是否出现结露,确定出现结露的临界边界条件,提出避免冬季结露的措施。结果表明,使用Low-e玻璃可以有效避免该外窗在冬季结露的产生,在室外极端低温的情况下,则可在不损失热舒适的情况下,适当降低室内空调设定温度,同时配合提高排风速度,从而进一步提升排风隔热窗冬季防结露能力。

毛细管顶板辐射空调系统数值模拟与性能研究

毛细管辐射吊顶板是一种新型辐射空调末端设备。为探究其夏季供冷性能,着眼于辐射空调房间整体热环境,利用有限元法建立辐射顶板热传递模型,结合热平衡原理,建立了房间整体传热模型。利用该模型研究辐射板供水参数、顶板材料、室外气候条件因素对顶板供冷量及室内热环境的影响,得到结论:辐射板供水流速过小或过大都不利于系统运行,综合考虑后宜将流速设置在0.05~0.1m/s范围内;辐射顶板的供冷能力受顶板材料的导热性能及其发射率共同影响,在选择顶板材料时应综合考虑这两个因素;辐射板供冷量随室外气候条件的变化幅度较新风供冷量大,具有更好的自调节能力。

一次泵变流量系统旁通控制模拟分析

分析了一次泵变流量空调系统旁通控制的方法及特点,并根据某项目空调水系统实际布置与配置,搭建模拟平台,进行水系统管网模拟。模拟分析了在变流量系统中水泵采用压差变频控制时,压差旁通控制和最小流量旁通控制的控制效果。结果表明,在采用压差旁通控制时,需要设置水泵变频运行的最低频率,但是实际工程运行工况多变,固定的最低运行频率难以满足多工况情况下制冷机最低限流量需求,控制程序设计也复杂。最小流量旁通控制直接以系统流量作为控制参数进行旁通阀门的开启调节控制,简单、方便。采用水泵压差变频控制+压差旁通控制与水泵压差变频控制+最小流量旁通控制的能耗基本一样。建议在一次泵变流量系统中设置流量传感器直接采用最小流量旁通控制。

空调水系统运行参数关联准则研究

采用关联准则方法对中央空调水系统的运行参数进行了挖掘,得到了在不同室外空气温湿度与建筑冷量需求条件下,能够保证空调系统高效运行的系统运行参数。进一步在该空调系统模拟平台对关联准则的应用效果进行了模拟分析。模拟结果表明,在中等负荷日,采用关联准则中的运行参数(即优化模式)运行与既有模式运行对比,系统的运行效果与能效明显提升。优化后的水系统COP在大部分运行时间内比既有模式高1.5左右,与关联准则的目标值一致。采用关联准则对该系统进行优化运行,系统节能率为8.8%。关联准则可用空调系统进行优化控制,并有明显的节能效果。

地铁隧道通风系统运行策略优化与实测研究

本文对武汉地铁2号线中某站的隧道通风系统及区间,站台隧道内空气质量参数,如空气温度、湿度、颗粒物等,进行了连续监测研究。首先,在既有通风策略下,测试结果均满足现行规范要求。随后,本文对隧道通风系统提出了三种改善性的运行策略,即①晚间通风半小时、早间通风15分钟,②晚间不通风、早间通风半小时,③晚上通风半小时、早间不通风,并开展了验证性测试分析。相比于既有运行策略,三种运行策略下的隧道内空气质量参数并无明显变化。考虑到夜间检修需要,本文推荐策略①、③作为该站的隧道通风系统的节能运行策略,可使风机运行时间分别减少25%、50%,亦可使风机节能率达到相应比例。此外,本文研究的是一座典型的地铁站,因此,所提策略能为类似车站的实际运行控制或新站设计提供一定的参考。

动力分布式通风系统性能模拟及分析

动力分布式通风系统是一种主风机与支管风机共同承担需求风量输送动力的通风系统,该系统便于控制、能效高。本文设计了某地下空间的动力分布式通风系统,建立了该系统基于图论的管网模型,通过模拟获取了系统的各风机的实际运行工作点及各支路管段的风量,进一步比较了系统实际运行参数与设计参数,结果表明了该系统设计的有效性与可靠性。通过分析管网阻抗等对系统模拟结果的影响,进一步表明了该动力分布式通风系统模拟结果的准确性。

基于模型预测的定风量系统串级控制研究

针对定风量系统室内温度的控制,提出了一种基于模型预测的串级控制方法,用以提高室内温度控制的鲁棒性和精确度。该方法根据实时的负荷情况,利用送风温度预测模型预测系统需要的送风温度,并以此作为设定值,通过冷水阀门开度调节进行控制,使得送入空调区域的冷量始终满足负荷需求,进而实现室内温度的鲁棒控制。采用TRNSYS软件建立定风量空调系统模拟平台,对该控制方法的控制特性进行测试。测试结果表明,相比传统的比例积分(PI)算法直接追踪室内温度的方法,提出的串级控制方法能够明显的提高室内温度控制的鲁棒性和精确度。

建筑外墙热特性指标计算分析

采用理论计算方法对多种不同建筑外墙的热特性指标(衰减倍数与延迟时间)进行了计算,并将计算得到的结果与相关手册中推荐的近似公式计算的结果进行对比,分析了手册推荐的简化公式的可靠性。结果表明,两种方法在计算衰减倍数时的偏差较小,而在计算延迟时间时的偏差很大。

周期外扰下排风隔热墙传热特性研究

排风隔热墙是一种新型节能外墙,建立其一维非稳态传热模型。利用该模型计算出周期外扰下墙体各位置的温度波响应,经过与二维非稳态模型计算结果相比较,发现一维非稳态传热模型具有很好的准确性,适合工程计算和分析。对渗流层厚度、渗流速度、外层结构厚度对墙体内表面温度波响应的单因素分析表明:随着渗流层厚度、渗流速度的增大,内表面温度波的幅值减小,但对相角延迟的影响不明显;随着外层结构厚度的增大,内表面温度波的幅值也减小,而且相角延迟增大。

利用频域有限元法分析内嵌管式辐射地板频域热特性

分析内嵌管式辐射地板的频域热特性,便于进一步了解内嵌管式辐射地板的动态热特征,为辐射地板的系统和控制设计提供重要的参考依据。建立了内嵌管式辐射地板的频域有限元模型,同时采用ANSYS软件建立了内嵌管式辐射地板的时域传热模型,通过2个模型的对比说明了频域有限元模型的准确性。采用频域有限元模型计算并分析了内嵌管式辐射地板的频域热特性。结果表明,在低频区域,地板的频域热响应基本不随频率变化,其传热过程接近于稳态,而在高频区域,地板的频域热响应随频率的变化十分剧烈,地板传热呈现明显的动态特征。当房间内存在较多成分的高频热扰时,关于辐射地板的传热计算应采用动态计算方法。

排风隔热窗的热工性能分析

研究一种新型的建筑外窗结构——排风隔热窗,其由3层普通白玻璃、内置的遮阳百叶及玻璃之间的气流空腔构成。排风隔热窗是将室内空调排风通过玻璃间的气流空腔排到室外,利用空调排风低品位的冷量/热量减少外窗在供冷/供热季时形成的空调负荷,达到排风热回收的效果,同时它可以根据供冷/供热季的不同切换其排风通道。通过建立传热数学模型,对该结构和2种常规外窗结构在典型夏热冬冷气候条件下的节能效果进行分析比较。结果表明,排风隔热窗可以有效地降低室内侧玻璃表面与室内空气之间的温差,减少外窗形成的室内负荷,改善室内的热舒适性。

排风隔热墙动态传热特性的研究

在原有工作的基础上建立排风隔热墙动态数值模型,并用该模型对墙体的动态传热特性进行模拟研究。通过计算其在真实室外温度扰动下的衰减系数与延迟时间,来评价该墙体维持内表面温度稳定的能力。对比常规墙体的房间负荷,探讨排风隔热墙的节能优势。结果表明排风热回收墙能获得更稳定内表面温度,在实际运行中该温度也比常规墙体更低。另外也对带内衬结构的墙体进行了模拟与对比,发现内衬结构可以优化传热获得更低的衰减系数,同时,也降低了房间负荷。

舰船岸接供水运行模式的水力平衡试验

针对岸接泵直接供水运行时,舰船各区用户流量分配不均,存在明显的水力失调问题。提出在冷媒水管网系统中增设动态流量平衡阀、增压泵及分流跨接管3种水力平衡措施以改善系统水力失调。试验结果表明,采用增压泵和分流跨接管2种措施的效果更好,能使各区用户的流量分配更均匀。

排风隔热窗一维简化传热模型研究

排风隔热窗作为一种新型外窗结构,可以有效地降低室内侧玻璃表面与室内空气之间的温差,减少外窗形成的室内负荷,改善室内的热舒适性。利用能量守恒原理,建立了排风隔热窗的一维简化传热数学模型,研究了该结构外窗在夏热冬冷气候条件下的传热特性。将排风隔热窗的简化传热数学模型和区域模型的计算结果进行比较,计算结果表明,简化模型可以较好地模拟排风隔热窗的传热特性,适用于研究初期的简化计算和工程计算。