建筑冷熱源系統(tǒng)變工況運(yùn)行調(diào)節(jié)的虛擬仿真教學(xué)方法研究

　　摘要在現(xiàn)有教學(xué)培養(yǎng)環(huán)節(jié)，一般只講解建筑冷熱源系統(tǒng)在設(shè)計工況下的相關(guān)知識，部分負(fù)荷下的運(yùn)行調(diào)節(jié)作為難點內(nèi)容很難講解清楚，而培養(yǎng)高質(zhì)量的運(yùn)行管理人員是冷熱源機(jī)房高效節(jié)能運(yùn)行的關(guān)鍵。在冷熱源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與運(yùn)行調(diào)節(jié)虛擬仿真實驗中開發(fā)了變工況運(yùn)行調(diào)節(jié)模塊，介紹了建筑冷熱源系統(tǒng)虛擬仿真實驗?zāi)�塊、冷熱源系統(tǒng)變工況運(yùn)行調(diào)節(jié)方法、冷熱源系統(tǒng)變工況虛擬運(yùn)行調(diào)節(jié)及主要設(shè)備運(yùn)行功率計算與顯示�；�于水泵工作點確定方法這一核心知識點，針對啟動工況、設(shè)計工況、部分負(fù)荷工況，可將冷熱源系統(tǒng)的實際調(diào)節(jié)操作與理論工作點的變化通過人機(jī)交互操作直觀深刻地展示出來，使學(xué)生能掌握部分負(fù)荷工況下冷熱源輸配系統(tǒng)的變流量運(yùn)行原理與操作。

　　關(guān)鍵詞冷熱源變工況運(yùn)行部分負(fù)荷水泵工作點流量調(diào)節(jié)運(yùn)行功率虛擬仿真實驗教學(xué)

　　0引言

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長及人們對室內(nèi)舒適度的需求逐漸提高，我國建筑供暖空調(diào)系統(tǒng)的能耗日益增加，已占到社會總能耗的20%以上，逐步逼近發(fā)達(dá)國家30%的水平[1]。我國的能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，大量化石能源的燃燒對環(huán)境造成了極大破壞，霧霾現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，對人們的健康造成危害。近年來國家在節(jié)能減排方面出臺了一系列政策，促進(jìn)了多樣化建筑冷熱源系統(tǒng)的應(yīng)用，對設(shè)計、施工、運(yùn)行及管理都提出了新的挑戰(zhàn)。建筑冷熱源系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，由冷熱源主機(jī)、室外側(cè)排熱設(shè)備、用戶側(cè)用冷設(shè)備、水泵及管路系統(tǒng)組成。

　　建筑供暖論文： 既有大型性公共建筑供暖制冷節(jié)能改造方案實例優(yōu)化分析

　　在教學(xué)培養(yǎng)環(huán)節(jié)，一般只講解設(shè)計工況下的相關(guān)知識，部分負(fù)荷下的運(yùn)行調(diào)節(jié)作為難點內(nèi)容很難講解清楚。雖然參觀與實習(xí)可以給學(xué)生提供一個現(xiàn)場學(xué)習(xí)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的真實場景，但很難去實際操作及現(xiàn)場調(diào)試系統(tǒng)運(yùn)行工況。而在工程實踐中建筑冷熱源系統(tǒng)的設(shè)計、運(yùn)行與評價也都存在著嚴(yán)重脫節(jié)現(xiàn)象，由于學(xué)校運(yùn)行調(diào)節(jié)方面專業(yè)教育的缺乏，設(shè)計人員設(shè)計時，很少考慮運(yùn)行環(huán)節(jié)的效果和節(jié)能問題，對設(shè)計完的項目也很難去跟蹤實測運(yùn)行效果或?qū)υO(shè)計項目進(jìn)行評價。

　　我國還有很多項目的冷熱源水系統(tǒng)仍然按照定流量運(yùn)行，水泵運(yùn)行節(jié)能無從談起[2]。培養(yǎng)高質(zhì)量的運(yùn)行管理人員是冷熱源機(jī)房節(jié)能運(yùn)行的關(guān)鍵，例如香港太古制冷站主要靠人工運(yùn)行調(diào)節(jié)而成為高效節(jié)能的制冷站[3]。為了更好地完成冷熱源變工況運(yùn)行調(diào)節(jié)的教學(xué)，本研究在冷熱源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與運(yùn)行調(diào)節(jié)虛擬仿真實驗中開發(fā)了變工況運(yùn)行調(diào)節(jié)模塊，本文將詳細(xì)講解這個模塊的有關(guān)內(nèi)容。

　　1建筑冷熱源系統(tǒng)虛擬仿真實驗?zāi)�塊介紹

　　本研究開發(fā)的建筑冷熱源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與運(yùn)行調(diào)節(jié)虛擬仿真實驗由4個模塊組成，分別為負(fù)荷計算模塊、設(shè)備選型及方案優(yōu)化分析模塊、系統(tǒng)搭建模塊、系統(tǒng)變工況運(yùn)行調(diào)節(jié)模塊。前3個模塊完成后，會在三維虛擬場景中搭建好冷熱源機(jī)房。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行冷熱源系統(tǒng)啟動工況、設(shè)計負(fù)荷工況、部分負(fù)荷工況的運(yùn)行調(diào)節(jié)。4個模塊的內(nèi)容簡介見文獻(xiàn)[4]，本文將針對模塊4的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明。

　　2冷熱源系統(tǒng)變工況運(yùn)行調(diào)節(jié)方法

　　2.1變工況運(yùn)行調(diào)節(jié)內(nèi)容

　　變工況運(yùn)行調(diào)節(jié)的目的是滿足空調(diào)系統(tǒng)對冷熱量的需求�？照{(diào)區(qū)域內(nèi)的熱量被空氣帶入空調(diào)末端，空氣在空調(diào)末端的換熱器中與冷水進(jìn)行熱量交換，因此這部分熱量又由冷水帶入冷水機(jī)組，然后通過冷水機(jī)組的制冷循環(huán)排到室外。根據(jù)能量守恒定律可知，冷水機(jī)組制冷量應(yīng)等于所服務(wù)空調(diào)區(qū)域的總冷負(fù)荷(外加一定的輸送損失)。由于空調(diào)區(qū)域冷負(fù)荷隨室外氣象和室內(nèi)熱源不斷變化，冷水機(jī)組制冷量也需隨之變化;而冷水機(jī)組制冷量調(diào)節(jié)主要由冷水機(jī)組出廠時自帶的控制系統(tǒng)完成，冷熱源機(jī)房運(yùn)行管理人員只需在控制面板上設(shè)定出水溫度即可，因此冷水機(jī)組制冷量調(diào)節(jié)不作為虛擬仿真實驗的主要內(nèi)容，只分析它在不同工況下運(yùn)行功率和效率的改變。

　　近些年來，冷水機(jī)組變流量技術(shù)和水泵變頻技術(shù)越來越成熟，應(yīng)用越來越廣泛。但我國大多數(shù)空調(diào)冷水系統(tǒng)仍然按照定流量方式運(yùn)行，因此本虛擬仿真實驗將以冷水系統(tǒng)一級泵變流量系統(tǒng)作為展示對象，向?qū)W生講授如何調(diào)節(jié)冷水流量來滿足空調(diào)系統(tǒng)的冷量需求，并實現(xiàn)變流量節(jié)能運(yùn)行。

　　2.2管路系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)方法從前文分析可以看出，變工況調(diào)節(jié)的主要調(diào)節(jié)內(nèi)容為管路內(nèi)的冷水流量。管路實際運(yùn)行的水流量取決于水泵性能曲線與管路特性曲線的交點。當(dāng)水泵選型完成后，水泵性能曲線便確定下來了，只有在水泵上安裝變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，才能改變水泵性能曲線[56];而調(diào)節(jié)空調(diào)末端電動調(diào)節(jié)閥、旁通管路電動調(diào)節(jié)閥、管路系統(tǒng)中的手動閥門等手段能改變管路系統(tǒng)的特性曲線。

　　3冷熱源系統(tǒng)變工況虛擬運(yùn)行調(diào)節(jié)

　　3.1啟動操作與啟動工況設(shè)置啟動操作環(huán)節(jié)的主要目的是使學(xué)生掌握冷熱源機(jī)房的設(shè)備啟動順序，在左側(cè)設(shè)備列表中自上而下依次點擊各設(shè)備，則在右邊頁面中會出現(xiàn)此設(shè)備及其控制面板，控制面板是正常尺寸的6倍，以方便在三維虛擬空間中進(jìn)行操作。學(xué)生點擊控制面板上的開關(guān)即可啟動此設(shè)備。

　　4主要設(shè)備運(yùn)行功率計算與顯示進(jìn)行冷熱源系統(tǒng)變工況運(yùn)行調(diào)節(jié)的主要目的是降低運(yùn)行能耗，冷熱源系統(tǒng)的主要耗能設(shè)備是主機(jī)和水泵，下面仍然以冷水機(jī)組系統(tǒng)為例，給出冷水機(jī)組和冷水泵運(yùn)行功率的計算公式，并分析運(yùn)行調(diào)節(jié)過程中各參數(shù)的變化對設(shè)備運(yùn)行功率的影響，最后給出設(shè)備運(yùn)行功率的界面顯示方式。

　　5結(jié)語

　　本文介紹了在三維虛擬仿真環(huán)境中對冷熱源系統(tǒng)變工況運(yùn)行模塊的開發(fā)。作為建筑冷熱源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與運(yùn)行調(diào)節(jié)虛擬仿真實驗的一部分，在系統(tǒng)搭建完成后，訓(xùn)練了學(xué)生按順序啟動系統(tǒng)中所有設(shè)備的能力�；�于水泵工作點確定方法這一核心知識點，通過閥門調(diào)節(jié)操作，將水泵工作點從啟動工況工作點調(diào)節(jié)到設(shè)計工況工作點，伴隨著學(xué)生對閥門的操作，界面上實時顯示出工作點移動過程，通過這種人機(jī)交互的操作，使學(xué)生掌握冷熱源輸配系統(tǒng)初調(diào)節(jié)的原理與操作。

　　仍然基于水泵工作點確定方法這一核心知識點，用2種方法分別進(jìn)行了部分負(fù)荷工況調(diào)節(jié)，界面上實時顯示通過調(diào)節(jié)空調(diào)末端閥門改變管路特性曲線引起的水泵工作點變化過程，以及通過調(diào)節(jié)水泵變頻器改變水泵性能曲線引起的水泵工作點變化過程。通過這種人機(jī)交互的操作，使學(xué)生掌握部分負(fù)荷工況下冷熱源輸配系統(tǒng)的變流量運(yùn)行原理與操作。分析了調(diào)節(jié)過程對設(shè)備功率的影響，并通過直觀的圖形顯示出來。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[3]清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告2014[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014：349359

　　[4]曲云霞，謝曉娜，崔萍.虛擬仿真技術(shù)輔助的建筑冷熱源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計實踐教學(xué)研究[J].暖通空調(diào)，2021，51(11)：111115，124

　　作者：謝曉娜☆崔萍曲云霞張林華

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