變頻多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)在建筑應(yīng)用中的能耗仿真

1、 PAGE 186變頻多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)在建筑應(yīng)用中的能耗仿真周宴平 ，吳靜怡，王如竹上海交通大學(xué) 制冷與低溫工程研究所摘 要：為了了評價變頻多多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)在建筑應(yīng)用用中的能耗特特性，本文采采用通用軟件件EnerggyPluss，在室內(nèi)設(shè)設(shè)定溫度分別別為22、24、26、28的情況下對變頻多聯(lián)空空調(diào)系統(tǒng)的性性能系數(shù)和部部分負(fù)荷比，以以及室外溫度度和機(jī)組能耗耗的關(guān)系進(jìn)行行了計(jì)算分析析，并與文獻(xiàn)中的的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作作了對比驗(yàn)證證。結(jié)果表明明，變頻多聯(lián)聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)在在部分負(fù)荷工工作條件下具具有非常好的的節(jié)能特性。關(guān)鍵詞：能耗仿仿真 變頻多多聯(lián)空調(diào) EEnergyyPlusEnergy Simullationn

2、 of MMulti-evapooratorr Inveerter Air Condittionerr in tthe Archittecturral AppliccationnAbstracct: Baased oon thee dynaamic bbuildiing ennergy simullationn softtware, EnerrgyPluus, enerrgy ussage oof thee multi-evapooratorr inverrter aair-coonditiioningg(MIAC) systeem is studiied. TThis ppaper inve

3、sstigattes thhe MIACC systtem ss coeffficieent off perfformance (COP) and ppart lload rratio(PLR), withh the indooor temmperatture sset pointt at 222,24,26,28, resppectivvely, and aaddressses tthe reelatioonshipp betwween tthe ouutdoorr tempperatuure annd eneergy cconsummptionn of tthe MIAC ssystemm

4、. Cohherencce bettween the ssimulatioon ressults and tthe exxperimmentall curvves shhows thatt the MIAC ssystemm is addmirabbly ennergy-efficcient uunder the ppart-lload ccondittion. .Keywordds: Ennergy simullationn; Mullti-evvaporaator IInvertter aiir connditiooner; EnerggyPluss引言近年來，變頻多多聯(lián)空調(diào)（為為簡便計(jì)，

5、以以下部分地方方簡稱為MIIAC）裝置由于其其出色的容量量控制能力、優(yōu)優(yōu)良的性能價價格比、節(jié)能能、以及應(yīng)用用靈活、一機(jī)機(jī)多用, 并并能有效地減減少設(shè)備的空空間安裝要求求等諸多優(yōu)勢勢，在中小型型空調(diào)工程及及改擴(kuò)建工程程中得到了廣廣泛的應(yīng)用。目目前國際上在該領(lǐng)領(lǐng)域的研究多多著眼于壓縮縮機(jī)速度控制制、制冷劑分分布和電子膨膨脹閥（EEEV）等部件件的動態(tài)性能能 13。作為新一代的建建筑全能耗分分析軟件, EnerggyPluss繼承了經(jīng)典典建筑能耗分分析軟件DOOE-2和BBLAST的的優(yōu)勢，同時時發(fā)展了許多多新的功能, 它采用集集成化的負(fù)荷荷-設(shè)備-系系統(tǒng)同步計(jì)算算模擬方法、易易于維護(hù)的FFortr

6、aan90模塊塊化開發(fā)式結(jié)結(jié)構(gòu)、并可以以在某些功能能上與其他軟軟件如SPAARK 和 TRNSSYS實(shí)現(xiàn)連連接。 EnergyyPlus可可以實(shí)現(xiàn)常見見的HVACC系統(tǒng)的模擬擬，包括冷熱熱源側(cè)設(shè)備如如吸收式制冷冷機(jī)、電制冷冷機(jī)、燃?xì)廨嗇啓C(jī)制冷機(jī)、鍋鍋爐、冷卻塔塔等，以及末末端側(cè)設(shè)備風(fēng)風(fēng)機(jī)盤管、VVAV送風(fēng)箱箱、誘導(dǎo)式送送風(fēng)機(jī)等。這這些設(shè)備分別別用冷水、熱熱水和冷卻水水回路連接起起來。設(shè)備模模擬采用性能能曲線擬合法法，有利于用用戶根據(jù)自身身需求添加其其他類型的模模塊4。但目目前變頻多聯(lián)聯(lián)空調(diào)在EnnergyPPlus中的的性能模擬尚尚未實(shí)現(xiàn)。盡盡管國內(nèi)學(xué)者者也開始在做做一些變頻多多聯(lián)空調(diào)的仿仿真

7、研究，但但其研究目的的主要是通過過建立系統(tǒng)的的熱動力學(xué)模模型，來分析析多聯(lián)系統(tǒng)的的特性和檢驗(yàn)驗(yàn)控制算法的的性能。對于于結(jié)合建筑能能耗的變頻多多聯(lián)空調(diào)仿真真研究尚未見見諸于文獻(xiàn) 針對于此此，本文根據(jù)據(jù)所收集到的的有關(guān)廠家的的變頻多聯(lián)空空調(diào)樣本和有有限的公開數(shù)數(shù)據(jù)，利用現(xiàn)現(xiàn)有的通用能能耗仿真軟件件EnerggyPluss對變頻多聯(lián)聯(lián)空調(diào)機(jī)的能能量及負(fù)荷性性能進(jìn)行評價價。在該仿真真軟件的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，開發(fā)了了相應(yīng)的計(jì)算算模塊。然后后在一典型算算例的基礎(chǔ)上上，分析了變變頻多聯(lián)系統(tǒng)統(tǒng)的部分負(fù)荷荷性能特性，并并且用文獻(xiàn)5 中的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果作了驗(yàn)驗(yàn)證。本工作作目的在于，在在實(shí)踐中整合合利用EneergyPllus

8、軟件的的建筑和HVVAC系統(tǒng)一一體化的能量量模擬功能，來來評估比較變變頻多聯(lián)空調(diào)調(diào)系統(tǒng)和其他他暖通設(shè)備配配置方案的能能量損耗水平平。 變頻多聯(lián)空調(diào)能能耗仿真模塊塊的建立EnergyPPlus中用用于描述空調(diào)調(diào)制冷工況的的性能曲線共共有五條：制制冷量與溫度度變化關(guān)系曲曲線、制冷量量與空氣流量量變化關(guān)系曲曲線；能量輸輸入比（EIIR）與溫度度變化關(guān)系曲曲線、能量輸輸入比（EIIR）與空氣氣流量變化關(guān)關(guān)系曲線；以以及部分負(fù)荷荷系數(shù)曲線。由由于變頻多聯(lián)聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)的的送風(fēng)空氣流流量可以視為為常數(shù)，所以以流量曲線可可以略去，實(shí)實(shí)際使用的性性能曲線為三三條。首先，需要在數(shù)數(shù)據(jù)讀入管理理程序中添加加變頻多聯(lián)空

9、空調(diào)設(shè)備參數(shù)數(shù)輸入表單，以以便EnerrgyPluus能夠獲得得變頻多聯(lián)空空調(diào)的性能參參數(shù)；然后利利用軟件功能能強(qiáng)大的仿真真管理主程序序進(jìn)行負(fù)荷及及設(shè)備的一體體化模擬運(yùn)算算，最后通過過程序自帶的的數(shù)據(jù)輸出管管理程序輸出出變頻多聯(lián)空空調(diào)能耗計(jì)算算值。經(jīng)過這樣的改造造過程，便可可在EnerrgyPluus軟件環(huán)境境下，利用其其建筑和設(shè)備備仿真的強(qiáng)大大功能，來對對變頻多聯(lián)空空調(diào)機(jī)組的能能耗情況進(jìn)行行模擬計(jì)算。圖1描述了變頻頻多聯(lián)系統(tǒng)在在EnerggyPluss程序中的建建模過程。圖1 變頻多多聯(lián)空調(diào)能耗耗仿真程序在在EnerggyPluss中的建立過過程基于上述框圖，在在EnerggyPluss中進(jìn)

10、行編程程，添加用于于計(jì)算變頻多多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)功耗的語句句行。流程圖如圖2所所示。圖2 變頻多多聯(lián)空調(diào)能耗耗模擬主程序序流程框圖變頻多聯(lián)空調(diào)系系統(tǒng)的能耗仿仿真結(jié)果分析析以圖3 所示的的多區(qū)域建筑筑為例，利用用新開發(fā)的帶帶有變頻多聯(lián)聯(lián)空調(diào)計(jì)算模模塊的EneergyPllus仿真程程序，計(jì)算變變頻多聯(lián)系統(tǒng)統(tǒng)在單冷工況況下的電力能能耗。為驗(yàn)證證多臺室外機(jī)機(jī)組制冷的情情況，將室內(nèi)內(nèi)機(jī)分為兩組組，分屬于兩兩臺室外機(jī)。兩兩組區(qū)域各使使用一臺一拖拖三變頻多聯(lián)聯(lián)機(jī)組，其中中，區(qū)域1-3對應(yīng)室外外機(jī)MIACC-1；區(qū)域域4-6為另另一組，對應(yīng)應(yīng)室外機(jī)MIIAC-2。假定該建筑物層層數(shù)為一層，層層高為4米，從區(qū)域域

11、1到區(qū)域44的建筑面積積相等，均為為66.677米2；區(qū)域5和和區(qū)域6的建建筑面積相等等，為1000米2。各區(qū)域照照明冷負(fù)荷設(shè)設(shè)定均為14400W（非非工作時間保保留5%的值值班照明），人人員為每區(qū)域域4人，電子子設(shè)備冷負(fù)荷荷區(qū)域1到44 設(shè)定為22160W，區(qū)區(qū)域5和區(qū)域域6為32440W。選定定10HP的的變頻多聯(lián)空空調(diào)室外機(jī)組組，100%組合比下額額定制冷量為為28.0 KW；室內(nèi)內(nèi)機(jī)組型號統(tǒng)統(tǒng)一為天花板板嵌入式FXXFQ1000KML，額額定制冷容量量為11.22kW，此時每每臺室外機(jī)的的實(shí)際組合比比（室內(nèi)機(jī)的的總?cè)萘恐笖?shù)數(shù)和室外機(jī)容容量指數(shù)之比比）為1200%。圖3 變頻多多聯(lián)空調(diào)系

12、統(tǒng)統(tǒng)能耗算例中中的6區(qū)域建建筑為了驗(yàn)證變頻多多聯(lián)空調(diào)計(jì)算算模塊的仿真真能力，本文文選定TMYY2氣象文件件，以夏季設(shè)設(shè)計(jì)日（7月月21日）制制冷工況進(jìn)行行全天模擬運(yùn)運(yùn)行。設(shè)備作作息表為8:00-177:00運(yùn)行行，其余時間間關(guān)閉。仿真真結(jié)果分析如如下文所述。變頻多聯(lián)空調(diào)系系統(tǒng)的部分負(fù)負(fù)荷性能仿真真 對于變變頻多聯(lián)空調(diào)調(diào)系統(tǒng)，其部部分負(fù)荷下的的功率消耗與與室內(nèi)空氣溫溫度的設(shè)定和和室外空氣溫溫度有關(guān)。現(xiàn)現(xiàn)以MIACC-1系統(tǒng)為為例進(jìn)行分析析，依次繪出出在不同室內(nèi)內(nèi)設(shè)定溫度值值下，變頻多多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)的功率損耗耗曲線。圖44為三臺室內(nèi)內(nèi)機(jī)全開工況況下，變頻空空調(diào)系統(tǒng)功率率的變化情況況。由圖可見見，在

13、空調(diào)機(jī)機(jī)組運(yùn)行時段段內(nèi)，隨著室室外溫度逐漸漸升高，MIIAC-1機(jī)機(jī)組的運(yùn)行電電耗逐漸增大大；在15:00氣溫達(dá)達(dá)到本日最高高，為 322.6度，而而由于建筑物物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的的熱惰性，冷冷負(fù)荷延遲形形成，功率則則在16:000達(dá)到最大大值，滯后一一個小時。 注意到到8:0011:300期間，當(dāng)室室外溫度低于于室內(nèi)設(shè)定溫溫度時仍然存存在一定的冷冷負(fù)荷?？疾觳旄鲄^(qū)域室內(nèi)內(nèi)得熱的設(shè)定定值，發(fā)現(xiàn)設(shè)設(shè)定數(shù)值偏大大，如電子設(shè)設(shè)備得熱水平平為32.440W/m22，是文獻(xiàn)77推薦值116.15WW/m2的一倍多；另外，算例例房屋圍護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)保溫良好好，地面為絕絕熱表面、屋屋頂有25mmm厚、導(dǎo)熱熱系數(shù)為0.04

14、32WW/(K)的絕熱熱材料保溫、墻墻體為1000mm磚墻，導(dǎo)導(dǎo)熱系數(shù)為00.72600.04322W/(K)，以上上因素使得室室內(nèi)較大的得得熱負(fù)荷無法法及時的通過過圍護(hù)結(jié)構(gòu)散散發(fā)到室外環(huán)環(huán)境中，需要要空調(diào)機(jī)組提提供一部分冷冷量，以維持持室內(nèi)溫度設(shè)設(shè)定值。這種種情形類似于于冬季大型建建筑物的內(nèi)區(qū)區(qū)仍需要供冷冷的情況。圖4 三臺室內(nèi)內(nèi)機(jī)全開工況況下，變頻空空調(diào)系統(tǒng)MIIAC-1功功率的變化情情況 為了便便于與文獻(xiàn)5中的試試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行行比較驗(yàn)證，對對室內(nèi)機(jī)開啟啟兩臺和一臺臺時，變頻多多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)功率變化規(guī)規(guī)律作了研究究，仿真結(jié)果果和三臺全部部開啟的情況況相似，反映映了變頻多聯(lián)聯(lián)空調(diào)功率消消耗同樣

15、的演演化規(guī)律，如如圖5和圖66所示，與文文獻(xiàn)5所記載載的試驗(yàn)結(jié)果果分析規(guī)律相相吻合。 對于圖圖6所示（只只開一臺室內(nèi)內(nèi)機(jī)）的144:00以后后功率曲線出出現(xiàn)相交的現(xiàn)現(xiàn)象，考察此此時的冷負(fù)荷荷和室內(nèi)實(shí)際際溫度，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在室內(nèi)設(shè)定定值22、24、26的情況下，空空調(diào)房間實(shí)際際溫度無法維維持在其設(shè)定定值，最高可可超過其設(shè)定定值2.98。由于該算算例中建筑物物均為封閉式式，在僅開一一臺室內(nèi)機(jī)（區(qū)區(qū)域1內(nèi)）時時，14:000以后其鄰鄰近房間（區(qū)區(qū)域2和區(qū)域域3）的室內(nèi)內(nèi)溫度均已超超過40。此時無論論室內(nèi)溫度設(shè)設(shè)定值多少，機(jī)機(jī)組的功率均均已經(jīng)達(dá)到最最大值，故各各條功率曲線線在末端并攏攏，反映出機(jī)機(jī)組出力已經(jīng)

16、經(jīng)不足以滿足足負(fù)荷要求。 圖5 兩臺室內(nèi)內(nèi)機(jī)運(yùn)行工況況下，變頻空空調(diào)系統(tǒng)MIIAC-1功功率的變化情情況圖6 單臺室內(nèi)內(nèi)機(jī)運(yùn)行工況況下，變頻空空調(diào)系統(tǒng)MIIAC-1功功率的變化情情況變頻多聯(lián)空調(diào)系系統(tǒng)部分負(fù)荷荷比PLR和和性能系數(shù)CCOP的關(guān)系系分析圖7給出了MIIAC-1和和MIAC-22兩臺機(jī)組性性能系數(shù)與部部分負(fù)荷比的的關(guān)系，可以以看出，兩組組曲線的變化化規(guī)律是非常常相似的。隨隨著部分負(fù)荷荷率PLR的的增加，機(jī)組組的COP值值逐漸下降。在在PLR處于于0.4-00.6區(qū)間時時，變頻多聯(lián)聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)的的COP值為為當(dāng)日最大，可可達(dá)4.6-4.8；而而當(dāng)PLR處處于0.811-0.877區(qū)間內(nèi)

17、時，變頻多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)的COP值為當(dāng)日最低，可達(dá)3.71-3.85。仿真結(jié)果表明，在本算例中，當(dāng)變頻多聯(lián)空調(diào)在部分負(fù)荷比0.4-0.6區(qū)段，COP達(dá)到其全日最高值，這個結(jié)論與文獻(xiàn)5中的試驗(yàn)結(jié)果分析規(guī)律是吻合的。圖7 MIACC-1和MIAAC-2兩臺臺機(jī)組性能系系數(shù)與部分負(fù)負(fù)荷比的關(guān)系系圖8 MIAAC-1系統(tǒng)與分分散式WinndAC系統(tǒng)統(tǒng)COP日變變化幅值的比比較圖8中，選擇變變頻空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)配置方案，以以MIAC-11系統(tǒng)為例，同同時開啟三臺臺室內(nèi)機(jī)，與與選擇分散式式WindAAC系統(tǒng)（窗窗式空調(diào)機(jī)）配配置方案，在在室內(nèi)設(shè)定溫溫度為26工況下，作作了仿真比較較運(yùn)算。 在在此基礎(chǔ)上以以各系統(tǒng)日最

18、最低COP為為基準(zhǔn)，求出出各時刻與該該最低值的差差，并繪出了了變頻空調(diào)系系統(tǒng)與分散式式WindAAC系統(tǒng)性能能系數(shù)COPP日變化幅值值的對比曲線線。對照圖4中室外外氣溫的曲線線，可以看到到，從早上88：00到下下午17：000，室外氣氣溫是一直升升高的，冷負(fù)負(fù)荷變化較大大。兩種系統(tǒng)統(tǒng)形式的COOP都在8:00100:00內(nèi)相相繼達(dá)到本日日最高，而在在13:00015:000內(nèi)達(dá)到本本日最低。在在此過程中，WWindACC的COP性性能曲線比較較平坦，全天天COP值變變化范圍在00.3-0.5之內(nèi)；而而變頻多聯(lián)空空調(diào)機(jī)組的CCOP性能曲曲線變化顯著著，全天最大大變化值可達(dá)達(dá)1.12，顯顯示出變頻

19、空空調(diào)對負(fù)荷變變化的靈活響響應(yīng)能力。同同時，在整個個運(yùn)行階段，變頻多聯(lián)空調(diào)的COP都遠(yuǎn)高于窗機(jī)，體現(xiàn)出了變頻空調(diào)優(yōu)秀的部分負(fù)荷性能。結(jié)語本文闡述了在EEnergyyPlus中中開發(fā)變頻多多聯(lián)空調(diào)能耗耗計(jì)算模塊的的過程。在一一個六區(qū)域建建筑的基礎(chǔ)上上，作了仿真真結(jié)果的評估估，并與他人人的實(shí)驗(yàn)研究究結(jié)果作了對對比驗(yàn)證，得得出了符合實(shí)實(shí)際的結(jié)論。仿仿真結(jié)果表明明，在動態(tài)建建筑能量分析析軟件EneergyPllus中添加加變頻多聯(lián)空空調(diào)系統(tǒng)能量量計(jì)算模塊是是可行的，而而且有利于借借助EnerrgyPluus強(qiáng)大的建建筑和HVAAC系統(tǒng)一體體化的仿真能能力，評價各各種系統(tǒng)配置置方案在未來來建筑中的能能量

20、損耗水平平，從而優(yōu)化化HVAC系系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1 Shiih-Cheeng Huu , Roong-Hwwa Yanng. Deveelopmeent annd tessting of a multii-typee air condiitioneer witthout usingg AC iinvertters. Energgy Connversiion annd Mannagemeent . 20055, 46 (33): 37733832 J.MM. Chooi, Y.C. Kiim. Capaacity modulattion oof an inverrter-ddrivenn multti-airr condiitioneer us