“設計氣象年”的深化研究和應用分析.pdf

1、在建筑節(jié)能的大背景下，暖通空調系統(tǒng)的節(jié)能十分必要。負荷計算作為暖通設計的源頭很大程度上影響著整個系統(tǒng)是否節(jié)能高效。因此，當務之急是找到合理的負荷計算方法。負荷計算方法主要包括靜態(tài)負荷計算法和動態(tài)逐時負荷計算法，前者包括工程常用的冷負荷系數(shù)法、穩(wěn)態(tài)計算法、冷熱指標法等，后者主要是使用軟件去實現(xiàn)動態(tài)負荷模擬。但當前的靜態(tài)負荷計算法存在諸多問題，包括：對圍護結構熱特性考慮不夠、沒有考慮室外各設計參數(shù)“同時發(fā)生”的影響以及固定的不保證時（日）數(shù)

2、不能滿足的氣候變化下的設計要求，并且靜態(tài)的負荷計算無法提供空調供暖季的負荷分布，無法指導機組根據部分負荷運行調節(jié)。而動態(tài)負荷模擬必須有合理的逐時氣象參數(shù)，目前常用的“典型氣象年”是基于平均意義下的氣象數(shù)據，用該數(shù)據模擬出的逐時負荷來指導機組選型會使空調系統(tǒng)長時間不能滿足室內熱濕環(huán)境要求。因此，需要開發(fā)出一種氣象年數(shù)據，用該數(shù)據模擬的逐時負荷指導設備選型匹配和運行調節(jié)?！霸O計氣象年”數(shù)據構成的目的就是為了解決上述問題，但該數(shù)據同樣存在諸

3、多問題，其先取逐時極端值再替換不保證時刻的做法與暖通規(guī)范要求的實質不相符，導致用該數(shù)據模擬出的極端冷熱負荷偏低（偏高）。并且“原設計氣象年”數(shù)據在替換不保證時刻時以單一的干球溫度為依據，并且沒有在歷年全年8760小時內替換極端冷熱時刻，因此造成替換的不保證時刻不可靠。
　　本研究在改進“原設計氣象年”的基礎上，使用MATLAB編程生成了不同城市的“新設計氣象年”數(shù)據，并與“原設計氣象年”及“典型氣象年”進行數(shù)據比較。發(fā)現(xiàn)“新設計氣

4、象年”和“原設計氣象年”各城市逐月日平均溫度和時總輻射月均值一般都較“典型氣象年”高，個別反常現(xiàn)象是因為“新設計氣象年”和“原設計氣象年”在構成時，極端冷熱時刻由多個氣象參數(shù)共同決定。運用DeST進行各城市典型辦公建筑的負荷模擬，分別將三種氣象數(shù)據模擬得到的逐時負荷進行比較。發(fā)現(xiàn)大部分城市月份中用“新設計氣象年”和“原設計氣象年”模擬出的逐月極端冷熱負荷都較“典型氣象年”大，這是因為用“設計年”模擬的結果反映的是一定不保證率下極端負荷的

5、情況。進一步比較“新設計氣象年”和“典型氣象年”模擬結果，發(fā)現(xiàn)在各城市絕大部分月份中，“新設計氣象年”的逐月冷、熱負荷極值較“典型氣象年”大，但也出現(xiàn)反常現(xiàn)象，如重慶的7、8月和北京的8月，“典型氣象年”的冷負荷極值大于“新設計氣象年”的冷負荷極值，其原因主要是“典型氣象年”以月為構成單位時會削弱逐時負荷的極端性，同時“典型氣象年”逐時極端負荷時刻的含濕量偏高，導致“典型氣象年”部分時刻負荷偏高。根據“典型氣象年”構成方法存在的上述嚴重

6、問題，筆者提出了“典型氣象年”的改進方向，包括：及時更新、優(yōu)化構成單位為周、日、時及結合實際情況確定各氣象參數(shù)權重比；另外“原設計氣象年”由于構成方法和數(shù)據處理存在問題，模擬出的極端負荷超出了合理范圍，模擬的負荷結果不可靠。比較各氣象數(shù)據下不同城市的全年逐時負荷情況，發(fā)現(xiàn)“新設計氣象年”模擬的逐時負荷分布在高負荷區(qū)間小時數(shù)較多，分布在低負荷區(qū)間小時數(shù)較少。而“典型氣象年”則相反，這是因為“典型氣象年”用于負荷模擬分析時是反映該地區(qū)平均氣

7、候下的負荷分布，而“新設計氣象年”用于負荷模擬分析時反映的是一定不保證率下逐時極端負荷的情況。比較各城市用“新設計氣象年”模擬得出的選型負荷（極端冷熱負荷）和鴻業(yè)算出的冷熱負荷的大小，發(fā)現(xiàn)在各城市都存在夏季鴻業(yè)算出的冷負荷較小，而冬季“新設計氣象年”模擬得出的選型熱負荷較小。原因是規(guī)范中室外計算參數(shù)的基礎數(shù)據過于陳舊，隨著近年來氣候變暖，室外設計溫濕度等相對偏低等，且室外設計參數(shù)獨立確定，沒有考慮各氣象參數(shù)在同一時刻對極端負荷產生影響。

8、提出了基于逐時負荷的逐時最小耗電量控制函數(shù)，利用MATLAB中的fmincon編程計算，得出了在重慶“新設計氣象年”模擬的空調季逐時負荷下（最大冷負荷為446kW，冷負荷指標114W/m2），根據函數(shù)優(yōu)化結果選擇大機組制冷容量320kW，小機組制冷容量126kW。在大小機組已經選定的前提下，已知空調期間逐時負荷，根據fmincon函數(shù)控制逐時耗電量最小，得出逐時各機組承擔負荷的情況。由此得出機組在空調季的最優(yōu)控制方式，并與傳統(tǒng)的逐臺啟動