城市地下空間的空調通風控制方法

2023-07-13 03:11:06 4

專利名稱：城市地下空間的空調通風控制方法
技術領域：
本發明涉及一種空調通風的控制方法，尤其是涉及城市地下空間的空調通 風控制方法。
背景技術：
現代城市中的地下鐵道、地下商場、地下街、地下車庫、變電站和人防工 程等，都是地下空間開發和利用的具體形式。這些地下空間的人員密度波動頻
目前絕大多數的地下建築採用地面建築的通風空調系統和設備來處理和 控制熱溼環境，以達到空氣品質要求。但是因為地下空間內汙染物種類眾多， 所以應用現有空調通風系統會導致地下空間的空氣品質差、新風供應不足、 C02濃度、灰塵、細菌總數偏高、氡濃度偏高，室內異味明顯，夏季與梅雨季 溼度大。潮氣促使黴菌、細菌和病毒生長、微生物汙染比地上建築嚴重，病態
建築綜合症(SBS)的發生率高於地上建築。
傳統的通風系統分為定風量系統和變風量系統。但就目前的情況來看，不 管是定風量系統還是變風量系統，都無法同時兼顧室內空氣品質優良和節約能 量。傳統的定風量系統無法檢測室內汙染物的濃度，只是根據設計通風量進行 通風，這樣通風往往造成新風量過大，能量損失嚴重。近年來，對節能的要求 越來越高， 一些建築物中片面地強調節能，新風閥開度過小，造成新風不足， 室內空氣品質惡劣，嚴重影響了人們身體健康。在地下空間中，新風不足給人 帶來的危害更為嚴重。
傳統的變風量系統，它實現了對總風量的控制，相對於定風量系統大大節 省了能耗，但是它還是沒有解決新風量的問題。傳統的變風量系統主要是通過 兩種方法實現對新風量的調節l)保持恆定的新風比；2)保持恆定的新風量 ( 一般為設計新風量)。這兩種情況分別造成室內空氣品質下降和能源浪費。
一般空調系統設計按人均新風量取值，這在人員密度波動頻繁的建築空間 中，空調系統常用新風方式存在以下的問題
(1) 能源浪費較為嚴重。目前，空調系統的新風能源浪費很嚴重，比如地 下商場的空調系統，由於新風管道的設計和新風機組的選型均是按各區域的額 定客人數計算的，所以當客流量不高或淡旺季不平衡時，新風量就會過大。這 樣不但使寶貴的能源白白浪費，而且蒙受經濟損失。
(2) 新風能耗可觀。現在一般規定要求空調系統的新風量不應小於總送風 量的10%，同時必須滿足每人20m3/h 50m3/h的新鮮空氣量。按房間通風換 氣次數算，大約在0.5次/h 3次/h。處理這些新風要付出一定的新風能耗， 大約佔空調總能耗的30% 40%，數量相當可觀。在地下空間中，由於很難利 用自然通風，建築壁面的恆溫恆溼以及人員密度增大等原因使得新風能耗相對 更大， 一般約佔空調總能耗的一半以上。

發明內容
本發明的目的是解決傳統的空調通風系統無法同時兼顧室內空氣品質優 良和節約能量的問題，提供一種城市地下空間的空調通風控制方法。
本發明的空調的五種運行工況包括
工況I 、夏季最小新風空調工況，打開迴風閥，新風與迴風混合成總風經 空調機組處理後進入地下空間；
工況II、全新風空調工況，關閉迴風閥，新風經空調機組處理後進入地下 空間；
工況in、過渡季全新風工況，關閉迴風閥，新風直接進入地下空間； 工況IV、 一次迴風通風工況，打開迴風閥，新風與迴風混合成總風進入地 下空間；
工況V、冬季空調工況，打開迴風閥，新風與迴風混合成總風經空調機組 處理後進入地下空間；
每相鄰兩個工況之間切換，切換的控制方法為
工況I與工況II之間切換當室內焓值小於室外焓值時，工作於工況I，
當室內焓值大於室外焓值時，工作於工況n;
工況n與工況m之間切換工況ni時總風量達到設定的總風量上限，而室
內溫度還大於室溫閾值時，轉換到工況II;如果設定的總風量上限值的80。/。
的新風提供的冷量超過工況m時新風提供的冷量時，轉換到工況m;
工況m與工況iv之間切換如果新風量達到設定的新風量下限值時，室內
溫度仍然小於所能接受的最低值時，轉入工況IV;當新風量大於設定的新風量 下限值的115%時，轉入工況III;
工況IV與工況V之間切換如果室外焓值小於設定閾值//^，並且室內溫 度小於所能接受的最低值時，轉入工況V;如果室外焓值大於設定閾值/f"， 轉入工況IV。
本發明的優點是根據室外氣象參數使系統分為五種工況，並使系統根據 室外氣象參數的改變自動改變工況，始終保證最佳工況，對空調機組進行節能。 對於地下商場，本發明的新系統比定風量系統全年節能22.2%，比常規變風量 系統全年節能17.5%;對於屏蔽門地鐵站臺，本發明的新系統比定風量系統全
年節能30.16%，比常規的變風量系統全年節能8.21%。


圖l一圖5是空調運行的五種工況示意圖，圖6是地下空間空調工況分區 焓溼圖，其中N,為工況I室內狀態點，為工況I室外狀態點，M！為工況 I混合狀態點，S！為工況I送風狀態點，D為工況I機器露點；N5為工況V 室內狀態點，Ws為工況V室外狀態點，W5'為工況V室外空氣預熱後狀態點， Ms為工況V混合狀態點，S5為工況V送風狀態點，L為工況V機器露點，圖 7是本發明的新風量控制系統示意圖，圖8是本發明的總風量控制系統示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結合圖1—圖6說明本實施方式，本實施方式空調 的五種運行工況包括
工況I 、夏季最小新風空調工況，打開迴風閥，新風3與迴風4混合成總 風5經空調機組2處理後進入地下空間1;
工況n、全新風空調工況，關閉迴風閥，新風3經空調機組2處理後進入
地下空間l;
工況ni、過渡季全新風工況，關閉迴風閥，新風3直接進入地下空間1; 工況IV、 一次迴風通風工況，打開迴風閥，新風3與迴風4混合成總風5 進入地下空間1;
工況V、冬季空調工況，打開迴風閥，新風3與迴風4混合成總風5經空
調機組2處理後進入地下空間1;
每相鄰兩個工況之間切換，切換的控制方法為
工況I與工況II之間切換當室內焓值小於室外焓值時，工作於工況I，
當室內焓值大於室外焓值時，工作於工況n;
工況II與工況III之間切換工況III時總風量23達到設定的總風量上限， 而室內溫度21還大於室溫閾值時，轉換到工況II;如果設定的總風量上限值
的80°/。的新風3提供的冷量超過工況m時新風3提供的冷量時，轉換到工況
III;
本實施方式中室溫閾值選取26.5°C。
工況III與工況IV之間切換如果新風量13達到設定的新風量下限值時， 室內溫度21仍然小於所能接受的最低值時，轉入工況IV;當新風量13大於設
定的新風量下限值的115%時，轉入工況III;
本實施方式中室內溫度能接受的最低值選取19.5°C 。
工況IV與工況V之間切換如果室外焓值小於設定閾值H"，並且室內溫 度21小於所能接受的最低值時，轉入工況V ;如果室外焓值大於設定閾值//^ ，
轉入工況IV。
工況V為冬季空調工況，室外新風的焓值太低，所以室外新風一定要預熱， 從W5狀態點處理到圖8所示的W5'狀態點，加熱後達到W5'狀態點的烚值定
為設定閾值。
圖8根據全年的綜合情況分出五個區，代表五種工況，並繪製出了工況I
和工況v的焓溫圖。
具體實施方式
二下面結合圖7、圖8說明本實施方式，本實施方式與實 施方式一的不同之處在於各工況的新風量13的控制方法為室內CCb濃度11
與參考C02濃度12的偏差量輸出給新風量PID調節器1-1調節並輸出定值A， 輸出的定值A經新風量上下限控制模塊1-2調整輸出定值B，並保證定值B 位於設定的新風量13的上下限範圍內，定值B與總風量23的10%量1-3經 新風量取最大值模塊1-4比較輸出最大者作為新風量13的值；
本發明新風量13的控制採用DCV模式(需求控制通風模式)，DCV模式 是一種實時的，基於空間人流密度的通風方式，DCV通風模式的系統相對於
傳統的定風量系統有著巨大節能潛力。它的具體實現形式就是隨著空間人員密
度變化，C02濃度也隨之相關的變化，新風量13的大小能夠相應的作出調節， 使得新風量13時刻與人員密度相適應，這樣就既保證了室內空氣品質，又預 防了過量通風，節約了能耗。
地下空間內汙染物種類眾多，除人員釋放的C02夕卜，還有建築材料散發 的甲醛、VOC等氣態汙染物，由地面進入的顆粒物、微生物以及氡等放射性 汙染物。僅考慮C02的影響因素不能全面反映室內環境的汙染狀況和人員對 空氣品質的需求。因此DCV模式中引入了一個系統的基本新風量g，這個系 統的基本通風量g就用於處理非人體汙染物所必需的新風量，當處理C02所 需的新風量小於處理非人體汙染物所必需的新風量時，保持系統的基本新風量 g通風，這樣就保證了室內空氣品質。
本實施方式中參考C02濃度12選取1250ppm。
新風量13的上下限設定原則為上限為系統新風機額定風量的1.2倍， 下限為系統的基本新風量^。
系統的基本新風量g取能夠稀釋地下空間氡的新風量，具體取值方法如
下:
假定地下空間分成"個分區，每個分區的基本新風量《由如下公式計算
一 M,F "C(a0 —C。
其中《為每個分區的基本新風量，m3/h;
M為單位時間進氡率，Bq/m3-h;
F為地下空間每個分區的體積，m3; CTooj為室內穩定氡濃度，Bq/m3; Co為室外氡濃度，Bq/m3。 系統的基本新風量G由以下公式計算得出 g = qx"x(1.2~1.3)
其中"為地下空間的分區數量； 1.2~1.3為經驗公式設定的調整係數。
各工況的總風量23的控制方法為室內溫度21與參考溫度22的偏差量輸出給總風量PID調節器2-1調節並輸出定值C，輸出的定值C經總風量上 下限控制模塊2-2調整輸出定值D，並保證定值D位於設定的總風量上下限 範圍內，定值D與新風量13經總風量23取最大值模塊2-4比較輸出最大者 作為總風量23的值；
其它控制方法與實施方式一相同。
工況I時參考溫度22選取26.5 °C 。
工況II時參考溫度22選取26.5'C 。
工況III時參考溫度22選取23 °C 。
工況IV時參考溫度22選取21°C。
工況V時參考溫度22選取21°C 。
總風量23=新風量13+迴風量，確定了新風量13和總風量23的大小，回 風量的大小也就確定了。
總風量23的大小等於空調送風機風量，故系統選擇的空調送風機風量的 調節範圍就是總風量23的上下限。
具體實施方式
三:本實施方式與實施方式一的不同之處在於工況I與工況 II之間切換時設置一緩衝區，運行於工況I時，當室外烚值小於緩衝區下限值， 則切換至工況II;運行於工況II時，當室外焓值大於緩衝區上限值，則切換至 工況I，其它控制方法與實施方式一相同。
本實施方式設置緩衝區上下限值分別為62kJ/kg和57kJ/kg，運行在工況 I時，室外焓值相對大，隨著季節的推移，從夏季向秋季過渡時，室外焓值逐 漸變小，當室外焓值小於62kJ/kg時，不切換工況，當室外烚值小於57kJ/kg 時，切換至工況II;
相反，從春季進入夏季時，室外焓值逐漸增大，當室外焓值增大到57kJ/kg 時，不切換工況，當室外焓值大於62kJ/kg時，切換至工況I。
春秋季與夏季交界季節裡因室內外焓值接近，室內烚值大於室外烚值和室 內焓值小於室外焓值的情況會頻繁發生，本發明在工況I與工況II之間切換時 設置一個緩衝區，便不會發生頻繁切換工況，頻繁的開關迴風闊的情況，有利 於延長空調風機的壽命。
權利要求
1、城市地下空間的空調通風控制方法，其特徵在於空調的五種運行工況包括工況I、夏季最小新風空調工況，打開迴風閥，新風(3)與迴風(4)混合成總風(5)經空調機組(2)處理後進入地下空間(1)；工況II、全新風空調工況，關閉迴風閥，新風(3)經空調機組(2)處理後進入地下空間(1)；工況III、過渡季全新風工況，關閉迴風閥，新風(3)直接進入地下空間(1)；工況IV、一次迴風通風工況，打開迴風閥，新風(3)與迴風(4)混合成總風(5)進入地下空間(1)；工況V、冬季空調工況，打開迴風閥，新風(3)與迴風(4)混合成總風(5)經空調機組(2)處理後進入地下空間(1)；每相鄰兩個工況之間切換，切換的控制方法為工況I與工況II之間切換當室內焓值小於室外焓值時，工作於工況I，當室內焓值大於室外焓值時，工作於工況II；工況II與工況III之間切換工況III時總風量(23)達到設定的總風量上限，而室內溫度(21)還大於室溫閾值時，轉換到工況II；如果設定的總風量上限值的80％的新風(3)提供的冷量超過工況III時新風(3)提供的冷量時，轉換到工況III；工況III與工況IV之間切換如果新風量(13)達到設定的新風量下限值時，室內溫度(21)仍然小於所能接受的最低值時，轉入工況IV；當新風量(13)大於設定的新風量下限值的115％時，轉入工況III；工況IV與工況V之間切換如果室外焓值小於設定閾值H′W5，並且室內溫度(21)小於所能接受的最低值時，轉入工況V；如果室外焓值大於設定閾值H′W5，轉入工況IV。
2、 根據權利要求1所述的城市地下空間的空調通風控制方法，其特徵在於各工況的新風量(13)控制方法為室內C02濃度(ll)與參考032濃度(12)的偏差量輸出給新風量PID調節器(l-l)調節並輸出定值A，輸出的定值A經新 風量上下限控制模±央(1-2)調整輸出定值B，並保證定值B位於設定的新風量 (13)的上下限範圍內，定值B與總風量(23)的10%量(1-3)經新風量取最大值模塊(1-4)比較輸出最大者作為新風量(13)的值；各工況的總風量(23)控制方法為室內溫度(21)與參考溫度(22)的偏差量輸 出給總風量PID調節器(2-l)調節並輸出定值C，輸出的定值C經總風量上下 限控制模塊(2-2)調整輸出定值D，並保證定值D位於設定的總風量(23)的上下 限範圍內，定值D與新風量(13)經總風量(23)取最大值模塊(2-4)比較輸出最大 者作為總風量(23)的值。
3、使用如權利要求1所述的城市地下空間的空調通風控制方法，其特徵 在於工況I與工況II之間切換時設置一緩衝區，運行於工況I時，當室外烚值 小於緩衝區下限值，則切換至工況II;運行於工況II時，當室外焓值大於緩衝 區上限值，則切換至工況I。
全文摘要
城市地下空間的空調通風控制方法，涉及一種空調通風的控制方法。它為解決傳統的空調通風系統無法同時兼顧室內空氣品質優良和節約能量的問題。本發明空調分五種運行工況，並且每相鄰兩個工況之間按設定的程序自動切換。各工況的新風量控制方法為室內CO2濃度的偏差量經新風量PID調節器調節，再調整其在設定的新風量上下限範圍內，並與總風量的10％量比較取大者作為新風量輸出；各工況的總風量控制方法為室內溫度的偏差量經總風量PID調節器調節，再調整其在設定的總風量上下限範圍內，並與新風量比較取大者作為總風量輸出。本發明既能保證新風量稀釋室內產生的汙染物，而又不過度送風，風機節能效果顯著。
文檔編號F24F11/00GK101344301SQ200810136988
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月22日 優先權日2008年8月22日
發明者京 劉, 楊 姚, 姜益強, 寅 王, 鄧小池 申請人:哈爾濱工業大學