一種辦公建筑室內(nèi)空調(diào)溫度優(yōu)化設(shè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種辦公建筑室內(nèi)空調(diào)溫度優(yōu)化設(shè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在大型辦公建筑中，空調(diào)能耗約占建筑總能耗的40%，并且隨著大型辦公建筑的 增多以及人們對舒適度的要求日益提高，空調(diào)能耗迅速上升，如何采取有效的措施在保證 人體舒適度的基礎(chǔ)上降低空調(diào)能耗對于建筑節(jié)能意義重大。
[0003] 空調(diào)溫度設(shè)定分為固定溫度設(shè)定和動(dòng)態(tài)溫度設(shè)定兩種，固定溫度設(shè)定即空調(diào)的設(shè) 定值在一段時(shí)間內(nèi)是恒定值，動(dòng)態(tài)溫度設(shè)定即空調(diào)的溫度設(shè)定值隨著室外溫度等環(huán)境變化 而逐時(shí)變化。傳統(tǒng)的空調(diào)溫度設(shè)定多采用固定溫度設(shè)定的方法，因此，目前對空調(diào)節(jié)能的研 宄主要是建立在固定溫度設(shè)定的基礎(chǔ)上，其中三個(gè)主要的方向是：空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造、辦 公建筑結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)和管理節(jié)能?？照{(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造主要是利用新技術(shù)新材料對空調(diào)系 統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，提高空調(diào)系統(tǒng)中用能設(shè)備的利用效率。但是因?yàn)橥顿Y巨大或受建筑空間 的限制，該節(jié)能方法的使用受到較大限制。辦公建筑結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)主要是通過改善圍護(hù)結(jié) 構(gòu)的設(shè)計(jì)以及提高門窗的氣密性等措施間接減小空調(diào)能耗。這種方式只能應(yīng)用在建筑的設(shè) 計(jì)與施工階段。管理節(jié)能主要是通過完善空調(diào)的節(jié)能運(yùn)行制度、規(guī)程、人員培訓(xùn)等避免運(yùn)行 人員不合理的操作和空調(diào)用戶不節(jié)能的使用習(xí)慣而造成的能耗浪費(fèi)。這種方法受到相關(guān)人 員的主觀能動(dòng)性限制。動(dòng)態(tài)空調(diào)溫度設(shè)定方法在同時(shí)滿足人體舒適度和節(jié)約空調(diào)能耗方面 具有獨(dú)特的優(yōu)勢。預(yù)測室外空氣溫度和太陽輻射的等效溫度變化軌跡、以及確立衡量人體 熱舒適度的指標(biāo)是研宄動(dòng)態(tài)空調(diào)溫度設(shè)定方法的基礎(chǔ)。通過室內(nèi)外環(huán)境因素的變化和室內(nèi) 人員熱舒適感覺，實(shí)時(shí)調(diào)整空調(diào)溫度設(shè)定值是動(dòng)態(tài)空調(diào)溫度設(shè)定方法的關(guān)鍵，在這方面已 有的技術(shù)不是很成熟，尚需進(jìn)一步的改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種辦公建筑室內(nèi)空調(diào) 溫度優(yōu)化設(shè)定方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種辦公建筑室內(nèi)空調(diào)溫度 優(yōu)化設(shè)定方法，包括以下步驟：
[0006] 1)預(yù)測室外空氣溫度、太陽輻射熱作用的等效溫度以及室外綜合溫度
[0007] 2)對辦公建筑房間進(jìn)行熱力學(xué)分析，建立熱平衡方程，通過熱平衡方程得到空 調(diào)負(fù)荷與室外溫度、空調(diào)溫度設(shè)定值和熱物質(zhì)溫度等的動(dòng)態(tài)關(guān)系，設(shè)定優(yōu)化模型的目標(biāo)函 數(shù)；
[0008] 3)用基于熱平衡數(shù)HB的計(jì)算方法計(jì)算熱舒適度指標(biāo)PMV，將PMV值設(shè)定在規(guī)定的 范圍內(nèi)作為空調(diào)溫度設(shè)定的約束條件；
[0009] 4)在上述各步驟的基礎(chǔ)上，建立空調(diào)溫度設(shè)定優(yōu)化模型，用線性規(guī)劃法求能耗最 小值的方法，對優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化求解，得到各個(gè)時(shí)刻的最優(yōu)空調(diào)溫度設(shè)定值。
[0010] 所述步驟1)中，室外綜合溫度T。的表達(dá)式為：
[0014]I；表示室外綜合溫度，室外綜合溫度等于所述等效溫度與室外空氣溫度之和，Tw 表示室外空氣溫度，Tq表示太陽輻射的等效溫度，Tw.p表示當(dāng)天室外空氣溫度的平均值，Tw. max表示當(dāng)天室外空氣溫度的最大值，《是室外空氣溫度變化的頻率，取值為31/1211't表 示時(shí)刻，h表示室外空氣溫度變化的相角，ATw是室外空氣最高溫度和室外空氣平均溫度 的差值，h、kpk2、k3、1^4是常數(shù)，kd、kpk2、k3、值是用最小二乘法對T^進(jìn)行曲線擬合得 來的。
[0015] 所述步驟2)中，熱平衡方程為：
[0016]白天：
[0021] +=0
[0022] 其中：M表示房間外墻的質(zhì)量，（；表示外墻的比熱容，L表示外墻內(nèi)表面溫度，a。 表示外墻外表面的換熱系數(shù)，a,表示外墻內(nèi)表面的換熱系數(shù)，S。表示外墻的表面積，1\表 示空調(diào)溫度設(shè)定值，E表示室內(nèi)熱增益，Qd表示空調(diào)負(fù)荷，1\表示夜間室內(nèi)溫度，P表示空 氣密度，Cp表示空氣比熱容，qv表示夜間通風(fēng)率。
[0023] 空調(diào)負(fù)荷與室外溫度、空調(diào)溫度設(shè)定值、熱物質(zhì)溫度的動(dòng)態(tài)關(guān)系如下：
[0024]
[0025] 其中=MCm/pCpqv表示基于夜間通風(fēng)率qv的時(shí)間常數(shù)，y。=a義/pCpqv 表示無量綱的外部對流熱傳遞數(shù)，Yi=aiS/pCj^表示無量綱的內(nèi)部對流熱傳遞數(shù)， 奶=UmK7(w,)]表示外墻內(nèi)表面溫度相對于室外溫度的相移，Q是一個(gè)常數(shù)，由邊 界條件求得。
[0026] 熱舒適度指標(biāo)PMV的計(jì)算公式為：
[0027] PMV= 2. 43-3. 76HB；
[0028] 其中，
tTsk表示人體皮膚平均溫度，T"t是環(huán) 境的平均輻射溫度，M。表示人體新陳代謝率，I^表示服裝的基本熱阻，Ia表示空氣層熱阻， 表示服裝面積系數(shù)，Ia/fel= 0.lm2°C/W。
[0029] 將PMV值設(shè)定為：_0? 9彡P(guān)MV彡0? 9〇
[0030] 空調(diào)溫度設(shè)定優(yōu)化模型為：
[0031]
[0032] 其中，&為空調(diào)開啟時(shí)刻，t2為空調(diào)關(guān)閉時(shí)刻，tt2之間為白天空調(diào)開啟時(shí)間 段；仍=tan +;?/,.)]表示外墻內(nèi)表面溫度相對于室外溫度的相移；Di、D2表示加權(quán)系 數(shù)
\表示房間第j個(gè)表面的表面積，其中S^是外墻的表面積。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：本發(fā)明中的空調(diào)溫度設(shè)定值是隨 著室內(nèi)外環(huán)境因素逐時(shí)變化的，因此能夠保證室內(nèi)的人熱舒適水平在一天中維持在恒定的 水平。在本發(fā)明方法中，室內(nèi)的人熱舒適度水平較好。在本發(fā)明的動(dòng)態(tài)空調(diào)溫度設(shè)定方法 中，早晨和傍晚由于室外的溫度較低，因此，早晨和傍晚空調(diào)溫度設(shè)定值自動(dòng)設(shè)定得較高， 可以有效降低空調(diào)能耗，據(jù)測算，本發(fā)明方法相對于固定溫度設(shè)定值方法可以節(jié)能9%左 右。
【附圖說明】
[0034]圖1是辦公建筑房間在白天的示意圖，白天空調(diào)開放，室內(nèi)空氣溫度凡與空調(diào)溫 度設(shè)定值!；相等。
[0035] 圖2是辦公建筑房間在夜間的示意圖，夜間通風(fēng)，空調(diào)關(guān)閉。
[0036] 附圖中的標(biāo)記為：1-房間外墻，2-房間隔墻，3-房間內(nèi)部的熱源，4-房間的內(nèi)部熱 物質(zhì)。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 辦公建筑房間的示意圖如圖1和圖2所示。在辦公建筑中白天（白天指t2 時(shí)間段內(nèi)，可以取t1= 6、12= 18 ;夜間指0~t:和12~24時(shí)間段）空調(diào)開放，室內(nèi)空氣 溫度與空調(diào)溫度設(shè)定值Ts相等，夜間空調(diào)關(guān)閉，自然通風(fēng)，夜間通風(fēng)率是qv。將室內(nèi)的桌 椅等歸結(jié)為內(nèi)部熱物質(zhì)。房間的墻體分為外墻和隔墻。與室外環(huán)境有直接接觸的一面墻是 外墻，其他墻是隔墻。白天室內(nèi)所有的熱增益歸結(jié)成一個(gè)內(nèi)部熱源，其熱增益為E;夜間室 內(nèi)沒有熱增益，即夜間E= 0。
[0038] 為了量化室外環(huán)境對室內(nèi)熱環(huán)境的影響，必須預(yù)測室外空氣溫度和太陽輻射的等 效溫度。室外空氣溫度和太陽輻射的等效溫度的和是室外綜合溫度，表示室外空氣溫度和 太陽輻射對室內(nèi)熱環(huán)境的綜合影響。
[0039] 室外空氣溫度表示為：
[0040]Tw=Twp+(Tw.腸x_Twp)sin[? (t-t0)]
[0041] (1)
[0042] =Tw.p+ATwsin[ ?(t_t0)]
[0043] 其中：TW表示室外空氣溫度，Tw.p表示當(dāng)天室外空氣溫度的平均值，Tw._表示當(dāng)天 室外空氣溫度的最大值，w取值表示時(shí)刻，h表示室外空氣溫度變化的相角。[0044] 太陽輻射的等效溫度表示為：
[0045]
[0046] 其中：Tq表示太陽輻射的等效溫度，Ps表示圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面對太陽輻射的吸收系 數(shù)；I表示當(dāng)天的太陽輻射照度，ae表示圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面換熱系數(shù)。
[0047] 上式表示的等效溫度不利于后續(xù)過程的計(jì)算，所以用一個(gè)四次多項(xiàng)式對由（2)式 得出的等效溫度進(jìn)行擬合，擬合多項(xiàng)式為
[0048]
[0049] kpkpk2、k3、k4是擬合多項(xiàng)式系數(shù)，在擬合的過程中可以得出。
[0050] 室外綜合溫度T。表示為：
[0051] T0=TW+Tq (4)
[0052] 1；和1\分別由式⑴和式⑶得出。
[0053] 對于房間外墻進(jìn)行分析，房間外墻本身不會產(chǎn)生熱量，也不會消耗熱量，因此，房 間外墻溫度變化過程中所存儲或釋放的熱量的數(shù)值等于房間外墻與室