室內(nèi)熱環(huán)境與能耗優(yōu)化分析

室內(nèi)熱環(huán)境與能耗優(yōu)化分析

0運行信息的透明化目前，所有公共車輛都在追求舒適度和節(jié)能，這主要體現(xiàn)在建筑物的獲取、處理和計算上。換句話說，在人們使用建筑物時，“數(shù)據(jù)對稱”的問題上。由于運行模式的多樣化，實際運行參數(shù)與設計、經(jīng)驗預期不符的現(xiàn)象非常普遍，航站樓室溫、新風供給實際表現(xiàn)偏離設計值等情況較為突出。有研究顯示，某航站樓實際新風需求僅為設計值的61%建筑運行還會受到內(nèi)外部多種因素的影響而處在非正常工況，存在多變性與偶然性。機場航站樓的運行是一個高度動態(tài)的過程，旅客與航站樓之間的相互作用過程難以控制和預測，行為有時甚至與預期相反然而傳統(tǒng)航站樓的設計又缺乏完善的旅客、環(huán)境和能耗信息采集手段。使用者行為、需求和反饋未能及時反饋給運營人員，環(huán)境品質(zhì)和舒適度無法得到及時改善，導致雖然以高能耗為代價卻仍難以實現(xiàn)較好的室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量和旅客滿意度。建筑運行信息的透明化成為未來發(fā)展的熱門趨勢之一。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，實時獲取建筑運行參數(shù)，采用大數(shù)據(jù)挖掘方法分析，使得大規(guī)模人員舒適感知及行為信息得到并用于能源決策成為可能。如何將建筑性能大數(shù)據(jù)中提取的信息用來驅動實現(xiàn)能源的供求匹配，是本研究所關注的關鍵點之一，這個領域已有部分研究。Congradac等人采用了BP神經(jīng)網(wǎng)絡和遺傳算法得到冷凍水最優(yōu)供水溫度具體到航站樓這一研究對象上，有學者提出的混合模型預測控制(HMPC)方案，在阿德萊德機場T1航站樓的登機大廳具有相當好的模擬及實測性能本文以航站樓為研究對象，以國內(nèi)某航站樓能源監(jiān)測系統(tǒng)導出的數(shù)據(jù)為基礎，對該航站樓能耗情況和用能效率進行評價。并結合該航站樓航班上座率、基于CO1航站樓空調(diào)系統(tǒng)整體用能現(xiàn)狀分析本文技術路線如圖1所示，采集航站樓能源監(jiān)測系統(tǒng)的自動記錄數(shù)據(jù)，并通過現(xiàn)場調(diào)研完成航站樓使用現(xiàn)狀的調(diào)研。基于以上采集數(shù)據(jù)，對航站樓空調(diào)系統(tǒng)的整體用能情況進行評估，并對人員使用情況進行分析。在此基礎上，分析航站樓空調(diào)系統(tǒng)的供需關系，挖掘其供需關系中不合理的部分，從而為后期通過調(diào)整供需關系實現(xiàn)航站樓節(jié)能的目的提供依據(jù)。1.1能耗監(jiān)測系統(tǒng)測量本研究所針對的航站樓數(shù)據(jù)采集主要通過對能源監(jiān)測系統(tǒng)的自記數(shù)據(jù)進行導出方式完成，由于能源監(jiān)測系統(tǒng)自記較完備，不再另行布置能耗系統(tǒng)測量儀器。人員使用情況調(diào)研主要通過走訪航站樓內(nèi)各個區(qū)域的現(xiàn)場情況進行，需觀察各區(qū)域旅客使用流線、使用時間等情況，從而發(fā)現(xiàn)目前航站樓使用中可能存在的不合理之處。1.2辦公樓系統(tǒng)的能耗分析1.2.1航站樓冷熱源利用現(xiàn)狀評價基于已經(jīng)采集到的能源監(jiān)測系統(tǒng)自記數(shù)據(jù)，進行初步處理后，統(tǒng)計航站樓總能耗、分項能耗等數(shù)據(jù)，進而計算航站樓冷熱源及系統(tǒng)熱效率，從而對航站樓的能源利用現(xiàn)狀進行總體評價。1.2.2民用建筑人員的使用需求評估1.2.2.旅客待登機時定位取2018年夏秋航季的所有國際航班的滿載旅客量與實際上客量進行分析，得到的上座率如圖2所示。結果顯示，所有航班的平均上座率均超過了70%。據(jù)此推測，對于每個國際航班，相應登機口開放前的候機座位區(qū)都會出現(xiàn)較擁擠的旅客等待情況，即候機過程有一個較明顯的旅客量峰值，以該值為關鍵參數(shù)，可對每個航班建立以時間為變量的旅客量模型。收集A樓所在機場(含A樓所在的航站樓1#及2#)270d共107588個航班的信息，可分析候機廳的空間利用率。1.2.2.有氣場點空間控制理編寫程序代碼識別航站樓全年的CO對于航站樓這類高大空間建筑，在測試時將整個空間分為多個典型區(qū)域，在每個區(qū)域內(nèi)布置測點進行CO將所研究的航站樓室內(nèi)空間視為一個控制體，CO(1)式中：為室內(nèi)CO為單位時間室內(nèi)外換氣量，m為室外CO為單位時間室內(nèi)CO式(1)的積分式如式(2)所示：(2)式中：CR/V為換氣次數(shù)，若室內(nèi)無(3)(4)若室內(nèi)CO(5)1.2.2.人體單位v、ft若建筑門窗等開口較固定或不可調(diào)，可認為室內(nèi)外換氣情況較穩(wěn)定，可視換氣次數(shù)R/V為常量，由式(2)可反推室內(nèi)(6)齊美薇等人給出了人體(7)式中：VM為單位人體表面積新陳代謝率，RQ為呼吸商，是呼吸作用釋放的A從式(7)可見，人體單位時間(8)由換氣次數(shù)(9)1.3．護結構得熱在供冷季，航站樓的系統(tǒng)冷負荷組成為：①室內(nèi)人員得熱(含潛熱);②室內(nèi)外換氣得熱；③照明插座得熱；④空調(diào)箱風機得熱；⑤太陽輻射得熱；⑥圍護結構得熱。在供熱季，熱負荷僅為②室內(nèi)外換氣熱損、⑥圍護結構熱損兩項，其余均為對供熱有利的產(chǎn)熱項。上述①②兩項涉及的換氣次數(shù)、室內(nèi)人員數(shù)分別通過CO基于以上負荷拆分，可將各設備需求的設計值與實際值進行對比，可見二者所存在的差異，從而實現(xiàn)對設備運行情況的綜合判斷。并且，結合前述所做的人員使用需求評估，評價航站樓空調(diào)系統(tǒng)設計值是否與人員需求相一致，綜合如上結果得到航站樓整體供需關系評價。2研究結果2.1數(shù)據(jù)收集和現(xiàn)場研究2.1.1全樓建筑評估本文所研究的航站樓處在我國夏熱冬冷地區(qū)，全樓建筑外觀如圖3所示，總建筑面積13.2萬m本文取A樓的旅客到達層和旅客出發(fā)層作為分析對象，其建筑面積共6.1萬m2.1.2空間間誤操作基于航班運行的間歇性特點，候機廳存在局部無人候機的空閑時段?，F(xiàn)場調(diào)研使用情況如圖4所示，可見，一天中，每個登機口要負責若干航班的旅客接納，兩航班之間的間隔不定，在這段時間內(nèi)，上一航班旅客已登機，下一航班旅客尚未到來，這些“未被識別”的空閑時間段的存在，一定程度上造成了空間使用效率的低下和空調(diào)照明設備能源的浪費。航站樓設計余量過高，實際使用率遠低于設計值。2.2辦公樓系統(tǒng)的能耗分析2.2.1鍋爐供熱能耗航站樓2018年和2019年總電耗如圖5所示，A樓及其能源中心電耗拆分如圖6所示。根據(jù)航站樓的能耗監(jiān)測系統(tǒng)，2018年和2019年A樓內(nèi)總電耗分別為1251萬kW·h和1196萬kW·h,能源中心電耗分別為349萬kW·h和290萬kW·h,供暖燃氣耗分別為40.5萬NmA樓實際供冷量及冷機COP見圖7,實際供熱量與鍋爐效率見圖8。經(jīng)統(tǒng)計，每個供冷季、供熱季冷熱耗量分別為4400～6200MWh、2500～2800MWh。如圖7、8所示，A樓夏季日供冷量、冬季日供熱量分別在60～120MWh、50～70MWh;冷機COP在3～5之間，鍋爐效率在0.8～0.9之間。2.2.2分析公交車空調(diào)系統(tǒng)的需求關系2.2.2.模式分析和制定統(tǒng)一的登機口開發(fā)由于不受停機位影響，遠機位登機口接待航班量可達廊橋登機口的2～3倍。對于廊橋登機口，假設每個航班第1個候機旅客提前80min到達對應登機口等待，登機口開放20min后旅客全部離開等待區(qū)域，剩余時間為空閑時間(不考慮延誤情況),則空調(diào)時間共19h中(5:00-24:00),航站樓1#、2#日航班分別為4個、6個，每個登機口無人候機時長為12h、9h,空閑時間比例分別為65%、45%(如圖9所示),存在很大的精細化管理空間。2.2.2.冬季交通中心滲風情況以國際候機區(qū)為例，對所有符合條件的時段篩選后，全年換氣次數(shù)的計算結果如圖10所示?？梢姄Q氣次數(shù)隨季節(jié)變化稍有不同。過渡季由于通過AHU供給新風進行免費供冷，平均換氣次數(shù)達到了0.55h一般來說，滲風在冬季比其他季節(jié)更嚴重。統(tǒng)計各區(qū)域在冬季的計算結果，匯總如表1所示。可見大門常開(行李提取、國際到達)并與交通中心相連(迎客)的到達層有更大的換氣量。全樓公共區(qū)域總體積約20.8萬m2.2.2.旅客密度分析與大部分的航站樓相似，航站樓A樓的公共區(qū)分為到達與出發(fā)兩個區(qū)域。1層作為到達層使用，2層作為出發(fā)層使用，1～2層平面分布及旅客流線分別如圖11、12所示。通過式(8)計算出的旅客密度值，取各典型周旅客密度最大值如圖13所示，可見實際密度僅為設計密度的23%～66%。除了遠機位候機區(qū)外，航站樓所有區(qū)域的實際旅客密度遠低于設計值(如表2所示),這與各區(qū)CO2.3負荷需求拆分DesignBuilder中所建立的航站樓模型如圖14所示。將6項負荷相加得到總負荷，2018年和2019年的供冷供熱季中日負荷的均方根誤差與年負荷的相對誤差分別為2018年冬季：8MWh,-27%;2019年冬季：10MWh,-22%;2018年夏季：9MWh,7%;2019年夏季：11MWh,12%。冬季計算值偏低，夏季計算值偏高。兩者在趨勢上相近，負荷需求拆分結果有參考意義。2018年夏季逐日、逐時冷負荷項拆分如圖15、16所示。對實際負荷拆分之后，可對比各項需求和設計值的差異。以國際候機區(qū)為例，國際候機區(qū)所有AHU額定制冷量為1728kW,實際值區(qū)間在[400,500];風機功率為120kW,實際功率區(qū)間在[52,67];風機額定工作頻率為50Hz,實際頻率約為40Hz;設計總風量為22.0萬m3航站樓空調(diào)系統(tǒng)能效本文對夏熱冬冷地區(qū)某航站樓的能源中心自動監(jiān)測系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)進行了導出，并對航站樓內(nèi)旅客實際使用情況進行了現(xiàn)場調(diào)研。基于導出的能源數(shù)據(jù)對航站樓的整體能源利用效率進行了評價；并根據(jù)航班信息和采集的CO(1)通過現(xiàn)場調(diào)研情況可見，航站樓候機廳內(nèi)空閑座位較多，候機廳使用率遠低于設計值，造成了航站樓能耗的浪費。(2)航站樓能耗組成上，空調(diào)末端能耗高于整個能源中心能耗，通過末端調(diào)節(jié)實現(xiàn)節(jié)能的可行性較高，潛力較大。能源中心的能耗中，冷水機組占比最高，達70%,冷卻系統(tǒng)和輸配系統(tǒng)占比均衡且都