空调系统避峰运行与送风温度优化控制策略的联合研究正文.doc

空调系统避峰运行与送风温度优化控制策略的联合研究摘要本文在建筑及空调系统仿真平台的基础上针对上海地区某一商务楼及其空调系统进行了仿真试验对避峰运行控制策略送风温度优化控制策略以及整体优化控制策略的仿真结果进行了比较结果表明避峰运行控制策略送风温度优化控制策略以及整体优化控制策略都能够不同程度减少用电峰时段的耗能同时相应的运行费用都有所减少关键词储能电力避峰空调系统优化运行控制引言随着我国经济的迅速增长近年来全国各大省市都出现了不同程度的供电不足危机这已成为制约我国当前经济和社会发展的瓶颈问题要从根本上解决电力不足的问题当然是靠增加对电力的投入但是合理有效地使用有限的电能也应是必须采取的措施目前电力供应紧张的主要表现为电网负荷率低系统峰谷差较大高峰电力严重不足因此实施需求侧管理提高电能终端使用效率和转移高峰负荷是当前必须十分重视的问题随着空调系统在我国城市里越来越广泛的应用建筑能耗增长特别是空调系统的电力需求增长尤其迅速据统计资料显示我国当前的建筑能耗在总能耗中的比例是左右其中空调的能耗约占建筑能耗的空调负荷的不均衡特性极大地加剧了电网负荷的峰谷差因此空调系统的错峰避峰运行已成为缓解当前电力供应不足问题的迫切要求一些国家很早就已采用空调用电错峰措施印度一典型写字楼的空调系统用电进行错峰优化之后其在电力尖峰负荷时段的电力需求与通常相比减少相应的运行费用减少美国曾经对一典型的采用空调用电错峰的大学校园进行调查其在电力尖峰负荷时段的用电减少其总耗电量的是电力低谷时段用电本文正是在此背景下提出和研究分析基于建筑储能的空调系统运行控制策略期望利用建筑本身具备的能量储存能力并通过优化空调系统运行达到降低空调系统峰值电力需求的目的同时将这种方法与送风温度优化控制策略结合进行整体优化空调系统避峰运行控制策略对于绝大多数空调系统其运行控制策略均采用常规的需求控制策略即根据用户侧的要求启动或停止系统的运行在楼宇使用时段启动系统而非使用时段则停止运行这从节能的角度而言是行之有效的但是这种运行策略的结果通常是在电力峰值时段系统正好处于用电高峰这对整个电网来说是不利的特别是在已实行分时电价的地区会使用户增加运行费用对于空调系统错峰用电的方法目前国内外大多采用冰蓄冷技术但冰蓄冷的应用与推广存在着一定的缺陷冰蓄冷系统造价高一般比常规空调系统高对已安装运行的系统则需重新改造代价很大而且现实状况绝大多数是不允许的同时冰蓄冷系统结构和运行复杂稳定性和可靠性相对较差表时间表建筑物开始使用电力峰值开始时间电力峰值结束时间系统提前启动建筑物结束使用时间实际上对于常规的混凝土结构的建筑其本身具有较大的热容再加上室内的装饰及家具因此具备一定的储能能力利用这种能量储备的能力可以在电力需求谷时对楼宇进行强制过冷使建筑的墙体及室内结构充分储存冷量当处于电力需求高峰时段时利用这部分储存的冷量从而可以减少电力峰时的系统运行电力需求图是基于建筑储能的运行控制策略逻辑示意图其中的时间值由表给出在不同的时间段内通过优化控制器改变房间温度设定值图避峰运行控制策略逻辑示意图研究对象本文选用的建筑物是位于上海地区某一栋商务大楼每层的面积为由于每层被划分为南北两个开放式的办公区域每个区域都配备了相同的空调系统因此本文选取朝南区域作为研究对象研究对象的室内总的空调区域面积为根据末端的布置它被划分为个外区和个内区建筑与空调系统如图所示图建筑及其空调系统示意图控制策略的仿真验证及结果分析仿真试验是在已建立的变风量空调系统仿真器上进行的本文将提出的避峰运行控制策略和送风温度优化控制策略程序化后嵌入其中同时为验证和分析对比各种优化策略的实施效果本文还对没有优化策略的常规情况进行了模拟试验条件本文采用的室外气象数据取自上海地区的气象资料试验日的室外温度和含湿量如图所示图试验日室外空气的温度和含湿量研究对象的建筑物为混凝土结构个外区和个内区的围护结构热容如表所示表中区域标示参见图仿真器中的建筑模型是采用阻容网络模型建立的表建筑物热容外区外区外区外区外区外区内区内区内部结构热容外部结构热容试验结果及分析图为整体优化策略与无优化策动时室内的变化曲线从图中可以看出整体优化策略通过控制器改变室内的值利用房间所具有的热容性将电力峰值时段所消耗的一部分电能转移到电力谷值时段在之间变化是可以接受的这样就能够在满足室内热舒适性要求的前提下实现用电上的移峰填谷图值比较在计算运行费用时采用的是上海地区的分时电价即峰时段为平时段为谷时段为表给出了三种优化策略仿真模拟的结果并进行了比较表结果比较峰时耗能平时耗能谷时耗能移峰减少运行费用常规控制送风温度优化控制避峰运行控制整体优化控制送风温度优化控策略制通过提高送风温度将一部分峰时耗能转移到平时电价最低的谷时耗能为系统峰时耗能减少运行费用减少避峰运行控制策略是利用建筑物热容通过对空调系统启动时间和室内的控制将一部分峰时耗能转移到谷时可以明显看出其移峰和减少运行费用的效果都十分明显应用这种控制策略系统峰时耗能减少运行费用减少整体优化控制策略是将送风温度优化控制与避峰运行控制相结合仿真结果表明这种控制方法可以进一步转移峰时耗能但与避峰运行控制策略相比平时耗能大大增加这就导致减少的运行费用有所下降应用这种控制策略系统峰时能耗减少运行费用减少结论本文通过对上海地区某一商用大楼运用了送风温度优化控制策略避峰运行控制策略以及整体优化控制策略进行仿真试验并对仿真结果进行比较得出以下结论通过应用送风温度优化控制策略避峰运行控制策略以及整体优化控制策略在保证和改善室内热舒适性的同时可减少峰时段耗能用户的运行费用也有不同的下降在许多商业建筑中实现系统优化控制的器件都是现成的并不需要任何附加投资参考文献晋欣桥夏凊周兴禧王盛卫多区域变风量空调系统送风温度的优化节能控制上海交通大学学报于航夏凊晋欣桥等以为基础的模糊控制器在空调系统中的应用节能晋欣桥变风量空调系统的仿真及其实时优化控制研究上海上海交通大学机械与动力工程学院晋欣桥夏凊王盛卫用于空调系统控制分析的多区域建筑物模型流体机械