北京某五星酒店空调设计数值模拟分析

摘要：本文利用e-QUEST软件对某五星酒店建筑进行逐时负荷分析及冷水机组IPLV数值分析，进而得出冷水机组在不同控制方式下的耗电量，对建筑节能设计具有指导意义。

关键词：e-QUESIPLV节能设计

中图分类号： TE08 文献标识码： A

1、项目概述

1.1本项目总用地面积2.27公顷，总建筑面积为166293.200m2，项目定位为饭店及办公的综合设施。热源由区域供热网与自备锅炉组建的供热站房提供；冷源为大厦自建集中冷冻站，不同功能建筑合用冷冻站，各个功能系统上设置热计量表分别计量。

1.2当地气候条件

本项目地处北京，气候类型属于温带季风气候。该地区的空调用室外气象参数如表1所示。

表1 北京市空调用室外气象参数

（数据来源：中国建筑热环境专用气象数据集）

1.3计算软件：模拟分析使用被LEED，ASHRAE及建筑工程行业广泛认可的软件e-QUEST展开建筑动态能耗模拟。

2、模拟参数设置

2.1建筑热工参数：建筑本身的热工性能是空调节能的重要基础。如果建筑自身热工性能不良，即使空调系统设计再好，其节省的能量也是有限的。围护结构热工性能包括外墙、屋顶、地面的传热系数，外窗的传热系数和遮阳系数，窗墙比以及建筑的体型系数。

2.2室内参数设置：本项目室内设计参数在满足节能规范要求的前提下，以甲方提供设计标准为准。

2.3空调区域划分

相邻的若干空调房间，要求保持的温度和相对湿度可能各不相同，功能类似的房间可划分为同一个空调区域，具体分区形式见下表。

表2主楼部分基本模型功能及基本分区

3.模拟分析

3.1模型建立

根据现有建筑设计图纸创建的三维模型，包括详细的建筑外形，朝向、围护结构（外墙、屋顶、外遮阳、窗墙比）和内部布局。图2显示此项目的三维模型。

图1 本项目现有设计三维表现图

3.2模拟方法

通过对建筑材料、人员密度、照明与设备功率、室内环境设计参数、暖通空调系统类型与效率参数、运行时间的详细定义，对建筑进行全年逐时的温度模拟和采暖空调能耗计算，并进行初步的经济性分析。

空调系统形式及分区的设计影响着空调系统是否能满足人员热舒适的要求，简单的计算往往不能满足舒适性和经济性的要求，通过详细定义暖通空调系统，包括冷热源的设置、风机盘管等系统，来对建筑状况进行全年逐时模拟，进而进行建筑整体和各个末端的全年能耗与能源成本的分析。

3.3模拟结果分析

3.3.1逐时负荷分析

空调系统的运行必须以负荷的实时变化为基础才能达到优化的结果、系统的设备容量是根据设计负荷来选定的，但设计负荷在一年中出现的时间非常少，大多数时间系统都处于部分负荷条件下。因此，仅仅计算设计工况下的负荷是不够的，还需要计算此空调系统全年的动态负荷，用于对空调系统的水泵进行控制。

将参数设置好以后，根据模拟出的逐时负荷，统计出空调运行期每天24小时的逐时累计冷热负荷值。最终的建筑逐时冷热负荷曲线如下：

图2逐时热负荷

图3逐时冷负荷

根据逐时负荷模拟结果分析，一年中峰值冷负荷出现在6月22日下午15:00；一年中峰值冷负荷出现在1月19日早上7:00左右。空调系统各部分负荷组成中玻璃得热占总负荷的比例为22%。此部分负荷是由建筑所在纬度，建筑幕墙材料及大面积玻璃幕墙决定的，而且在建筑西面部分房间的负荷远高于设计负荷，所以针对此部分房间加强遮阳，可有效降低能耗。

3.3.2采用机组负荷百分数，作为机组的启停台数控制依据

本项目系统使用冷冻站设计总冷量14420kW（4100Rt），由三台冷量42200 kW（1200Rt）高效离心式制冷机和一台冷量1758 kW（500Rt）高效离心式制冷机提供全部冷冻水。将四台冷水机组编号为1a、1b、1c及2号冷水机组。

3.3.2.1冷水机组COP

e-Quest将负荷对冷机进行自动分配，按高效率运行状态进行模拟，得出各台机组的COP与不同负荷率下的拟合图，如图5至图8所示。

图4冷水机组1a逐时冷负荷

图5冷水机组1b逐时冷负荷

图6冷水机组1c逐时冷负荷

图7冷水机组2逐时冷负荷

3.3.2.2机组的部分负荷综合平均性能系数IPLV

由于用于空调系统的制冷机组，以满负荷的额定工况运行的实际实际，在全年运行总时数中所占比例较小，所以，利用额定工况下的机组运行性能系数，尚不足以反映制冷机组在全年运行中实际的能耗系能。利用机组部分负荷的综合平均性能系数IPLV可以弥补额定工况性能之不足。依据系统的选型参数、系统设置，计算出各机组的IPLV值见下表：

表3各机组IPLV的计算结果

3.3.2.3冷水机组不同负荷率下的运行时间

根据建筑物负荷的变化进行运行机组的合理搭配和控制，可以使设备尽可能高效率运转，以下基于本项目建筑的负荷情况，分析不同负荷率时间频数和合理控制机组的运行状况。

表4部分负荷率下的时间频数和累计时间统计表

由上表可知：

1.全年有97%的时间是在设计负荷的80%以下运行。

2.全年有80%的时间是在设计负荷的50%以下运行。

3.3.2.4冷水机组在不同控制方式下的耗电量

根据冷机配置（1200RT三台，500RT一台），与冷机所承担的逐时冷负荷，优化机组运行控制，得出各机组的运行时间，进而计算出机组的耗电量情况。

表5冷水机组在不同控制方式下的耗电量统计表

4.结论

4.1通过对全年逐时冷、热负荷的模拟分析，直观的了解到设计负荷在一年中出现的时间非常少，大多数时间系统都处于部分负荷条件下。次模拟结果可作为系统运行优化的基础。

4.2通过对每台冷水机组COP的模拟分析，得到每台机组在不同负荷条件下的COP曲线，可以清晰地查出对应的COP值，并且可以了解到在哪个负荷范围内COP值最高。

4.3本文通过模拟分析得出每台机组的IPLV值。

4.4本文通过模拟分析得出冷水机组全年不同负荷运行时间。

4.5本文得出冷水机组在不同控制方式下的耗电量。