徐州体育中心大楼暖通空调工程方案设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一、课题的背景及意义

1.1建筑节能的主要背景

建筑能耗在社会总的能耗中占了相当大的比重，在发达国家已占到总能耗的40%以上，2004年我国建筑能耗占社会总能耗的18.8%^[1]。随着经济的发展和城市化的进程，我国的建筑能耗以占到社会总能耗的27.8%。目前我国城乡既有建筑面积超过420亿平方米，年竣工面积超过20亿平方米，其中大部分为高能耗建筑,居住和公共建筑用能增长迅速^[2]。根据发达国家的经验,随着城市发展和产业结构的调整,建筑将超越工业交通等其他行业而最终位居社会能源的首位,达到30%-40%。因此,在保证社会快速发展和人们生活水平不断提高的前提下,研究如何最大限度地降低建筑能耗具有非常重大的现实意义。

1.2课题研究的重要意义

建筑能耗在社会总能耗中占有很大的比重,而空调能耗又是建筑能耗的大户,占到了60%以上^[3],因此研究暖通空调的节能优化具有非常重要的意义。就多数空调系统而言,其选型都是按照最大负荷确定的,从而大部分时间都工作在部分负荷状态下^[4],因此通过对空调设备的设定点进行优化将会大幅度地降低空调能耗。然而,这种节能优化研究都是在电力价格不变的条件下进行的,电力需求响应的提出,为空调的优化研究又提供了一种新的思路,使得诸如负荷削减和负荷转移等措施得到了广泛的研究和应用,如何优化空调系统的设定点以达到全天电力花费最少的目标,也成为近年来研究的热点。因此本课题研究具有很大的实际意义^[5]。

二、暖通空调系统的节能设计

目前，暖通空调系统的节能措施主要可以从一下方面考虑：

2.1降低室内空气参数

由于人们对舒适感的要求有很大差别,因而,对于舒适性空调允许有一个范围较宽的舒适区。显然，在该舒适范围内，夏季供冷时，选取较高的室内干球温度和相对湿度；冬季供热时，选取较低的室内干球温度和相对湿度，可以减少围护结构的传热负荷和新风负荷，从而降低暖通空调系统的能量消耗。日本有人曾对已使用的舒适性空调房间的室内温度设定值作了改动，其节能效果见下表。

由上表可见，夏季室温从24℃改为28℃，冷负荷减少36%左右；冬季室温从22℃改为18℃，热负荷减少55%左右^[6]。

2.2合理控制新风量

由于室内环境中存在着污染物发生源（如人体呼出的 CO₂气体等），因此暖通空调系统摄入室外新风是必要的，为此，必须消耗能量。空调系统所需新风量与室内人数是紧密相关的，显然，室内人少时可减少新风量。随着室内人数的变化,相应地调节新风量,可以大幅度减少新风冷(热)负荷，降低空调系统能耗。为了控制新风量，可以在回风管道上设置CO₂检测仪，根据CO₂气体浓度的变化自动控制新风量^[7]。

2.3采用节能型的围护结构

采用节能型围护结构，需要充分考虑到减低建筑能耗，从而可以减低空调系统的负荷，进而减少空调系统因为建筑本身而浪费的冷热量。我们可以合理地设计窗的构造，并且考虑采用吸热或遮阳措施．这样在室外温度较低的时候可以直接利用自然空气作为其能源^[8]。

2.4设置余热回收装置

目前常用的做法有转轮式余热交换器、板翅式换热器、热管换热器、建筑结构蓄热(冷)、热回收环、热泵系统等热回收装置和系统。其中前四种属于直接接触式热回收装置，热回收环、热泵式两种则为间接式热回收装置。如果热泵与直接接触式热回收设备联合使用，其热回收效率比单一设备要高得多。工程中有转轮式热回收与热泵的联合工作系统，热管热回收与热泵的联合工作装置等。热回收系统目前在国外特别是在日本应用得相当普遍^[9]。

2.5采用置换通风方式通风

近年来,一种新的通风方式置换通风在我国日益受到设计人员和业主的关注。这种通风方式与传统的混合通风方式相比较使室内工作区得到较高的空气品质、较高的热舒适性并具有较高的通风效率。置换通风已经在工业建筑、民用建筑及公共建筑中应用^[10]。

2.6采用先进的自动控制系统

暖通空调系统的自动控制，对于保证空调系统本身的合理运行、减少人力、实现安全操作起到了非常关键的作用,它也对暖通空调系统和技术的发展起到了极大的推动作用；同时，作为暖通空调系统工程的一部分，自动控制系统也随着空调系统的要求和空调技术的发展，不断取得新的突破，真正呈现出了百花齐放，百家争鸣的局面^[11]。

三、暖通空调系统中的优化控制

在空调系统的运行管理方面存在有一定的问题，如有自控系统的空调系统在实际操作中很多都没有使用，大多都采用手动操作，这样会使控制的参数产生滞后，造成浪费；尽管很多公共建筑与空调设备公司签订了定期清洗空调设备的合同，但在空调系统实际运行过程中并未能严格执行，使得系统运行时的阻力增大，空调系统运行能耗增加，要知道，水侧污垢、腐蚀及青苔对空调系统影响极大，也是空调能耗高的重要原因^[12]。

由于暖通空调所存在的强非线性、时变性、大惯性、大滞后、强干扰等特性,要对其准确控制,获得好的控制效果,从而达到调节舒适房间温度,节省能量的目的是很困难的任务。结合暖通空调模型的复杂、诸多外界干扰及工况环境的不断变化等特点,把智能控制应用于暖通空调的控制系统中成为了人们研究的热点。由于模糊控制对被控对象模型要求不高,而神经网络的强学习性则能适应外界的强干扰及工况环境的不断变化,所以未来的暖通空调控制必将向着智能控制的方向发展^[13]。

目前在暖通空调系统的设计主要从以下方面考虑：

（1）广义预测控制系统：基于RBF模糊神经网络空调广义预测控制系统。要实现预测,必须准确预测出空调的输出,并在此基础上形成暖通空调的优化策略,同时建立有效的反馈校正。结合梯度下降计算方法,修正RBF模糊神经网,并掌握最优的空调控制规律。

（2）控制器的在线滚动优化：主要指利用模型分辨某一组成方面提供的预测输出信息,根据相关的方法实行滚动优化,再找出科学的暖通空调控制规律;充分考虑优化计算量,最终实现对空调系统的滚动优化控制。

（3）广义预测反馈校正：由于影响系统运行的因素较多,辨识模型会失配,这种预测方式与实际空气处理单元很难达到完全一致。因此,预测模型需要适当采用其他的预测手段来弥补预测模型中存在的缺陷,或者直接在线校正基础模型的相关数据或标准^[14]。

四、结束语

在未来，暖通空调的设计应尽量靠近自然，即人工自然与天然自然的和谐绿色空调产品和绿色空调系统的设计，绿色设计要求在产品的整个生命周期中优先考虑环境属性:在产品的设计、制造、使用以及以后废弃处理过程中的各种环节。绿色空调系统的设计,不但要系统合理、功能完善、造价低廉、节能低耗,满足人的舒适要求或工艺的要求,而且要求考虑到制冷剂在使用过程中的泄漏对大气臭氧层的破坏、冷却塔飘水及军团菌、设备的噪音、系统保温材料选用、空调系统中设备和管道在废弃以后的处理等^[15]。

五、参考文献

[1] 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报.2007[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

[2] 涂逢祥.建筑节能[Ml.北京:中国建筑工业出版社,2008.

[3] 计建惠,王可崇.基于Elman网络的空调预冷时间的预测[J].微计算机信息,2008,24(5):261-26.

[4] 杨通清,程大章.基于冷水机组优化控制的节能控制策略[J].建筑节能,2008(2):27-4.

[5] 聂清珍.暖通空调系统节能与节支优化策略研究[D].山东：山东大学，2010.

[6] 郑洁，彭鹏.暖通空调系统的节能措施[J].智能建筑与城市信息，2001（10）：94-97.

[7] 朱淑婧.空气调节设计中的节能[J].制冷学报，1981（3）：78-82.

[8] 赵艳军.暖通空调节能设计探究[J].城市建筑，2004，60：21-25.

[9] 朱德斌.建筑空调余热回收热水系统的研究[D].湖南：中南大学能源科学与工程学院，2013.

[10] 周敏.置换通风的技术经济性和设计方法研究[D].西安：西安建筑科技大学，2005.

[11] 叶大法，杨国荣. 我国暖通空调自动控制系统的现状与发展[J].暖通空调，2012，42（11）：1-8.

[12] 吴晓艳.公共建筑空调系统的节能设计与优化管理[D].湖南：湖南大学土木工程学院，2006.

[13] 杨晓平.暖通空调优化控制技术研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2005.

[14] 杨珊珊.浅谈暖通空调优化控制技术分析[J].科技资讯，2014，15：87-88.

[15] 卜增文.21世纪暖通空调发展前景的哲学思考[D].21世纪展望：18-22.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1.设计要求与数据：

应用本专业所学的基础及专业知识、理论和技能，结合各项实践环节，在教师指导下，独立地完成本工程的设计任务。通过毕业设计，进一步巩固所学知识，锻炼和提高综合运用所学知识解决实际问题的能力，初步熟悉和掌握一般工程设计所需的步骤和技能以及绘制施工图的要求，为毕业后的工作奠定坚实基础。

1． 所需建筑参数请根据工艺确定，并对建筑进行功能分区；