本文是一篇土木工程论文，本文以贵阳市某医院住院楼空调冷冻水系统为研究对象，利用Trnsys仿真软件对该住院楼的空调冷冻水系统研究进行了工作。
1绪论
1.1研究背景和意义
近年来，我国的城市化步伐正在加快，出现了城市人口激增的现象。正是由于城镇化的迅速发展推动了建筑行业。每一年都有大批建筑建成造成我国建筑面积的现有总量逐年升高，到2021年为止我国现有建筑面积累积到了677亿㎡，305亿m2的建筑为城镇住宅所用，226亿m2的建筑为农村住宅所用，147亿m2的建筑为公共建筑。统计表明有78.3%的建筑用于居住，21.7%的建筑为公共建筑，结果显示近20年期间竣工的建筑主要用于办公、商场和学校，在2021年公共建筑建成面积中这三者用途的建筑占比约70%，29%为商场所用，21%为办公所用，20%为学校所用。剩余其他建筑主要用于医院和酒店，其中7%为医院、3%为酒店。每年建成的建筑面积总量的持续升高导致了能耗升高，中国建筑节能2023年度发展研究报告显示，3.86亿吨标准煤用于公共建筑总能耗（不含北方供暖)，占建筑总能耗35%[1]。即便现在生活水平相比于以前得到了很大程度的提高，但是建筑能源的消耗也在不断攀升，建筑节能挑战巨大。
由于集中空调系统的运行会产生大量的能耗，在建筑能耗中已经占到了20%-30%[2,3]。孙洪鹏等人[4]对全国大型公共建筑的空调系统展开了调查，调查结果表明风机盘管系统的使用率占到了总数的47%。而最早的风机盘管系统于1937年在美国被设计，后日本引进该技术[5]，相比之下，我国空调系统的研究与应用相对落后于发达国家，风机盘管机组在我国最早可以追溯到“冷暖风机”时期，然而北京饭店、上海锦江饭店等地方对“风机盘管机组”的投入使用，表明“风机盘管机组”开始走进人们视线[6]。文献[7-10]表明空调系统的设计之初均是按照运行时的最大负荷设计的，但是实际运行过程中大部分时候均是部分负荷运行，空调负荷的全年分布情况如表（1-1）所示[11]。
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1.2国内外风机盘管冷冻水系统研究现状
1.2.1风机盘管的调节方式
我国从上世纪90年代，便针对风机盘管机组提出了水阀的通断控制以及风机高、低两档控制方式。对风机和水阀从开关控制发展到连续控制，调节方式不断完善且自控程度也在不断提高。然而风机盘管在我国的现实使用中其自控水平也参差不齐。王智超[16]等人对安装空调系统的50栋公共建筑进行了调查，结果显示有36栋建筑安装了风机盘管系统，风机盘管系统使用率占72%，由此可见风机盘管系统在我国的使用率十分巨大。即便这是前几年的调查结果，但不难得出，如果原来的这些既有建筑，依然使用原来的空调系统不对其进行一定的改造，还是使用原来的技术不太成熟的风机盘管系统控制调节方式,会使得能源极大程度的浪费。比如一些医院住院楼内病房的风机盘管系统，不但风机为最简单的手动三速调节方式，风机盘管处的冷冻水流量也是不可以调节的。现在对于手动式调节风机已经慢慢的退出人们的视线，究其原因是因为它不具备节能效益。手动调节这一调节方式缺乏主动，完全凭借房间内部人员对温度的主观感知，调节过程中房间内温度波动较大，很多时候对于风机的运行并没有进行控制，房间内的温度控制主要通过开关通断阀。刘赟[17]的实验结果表明，当风机的风速为自动三速调节方式时，调节的档位间温差设定的越小，对房间内的温度控制得越理想，其缺点是风机存在着频繁换挡的现象，在档位频繁切换过程中风量也在频繁变化。由此可得,在对风机进行自动的三速调节过程中具有控制精度得到提高但是调节次数十分频繁的问题，这样高频的调节也会增加电机的能耗。但是由于其调节方式十分简单，十分容易实现，使得一度得到广泛的应用，但正如前面所言，风机的自动三档调节过程仍然有，室内温度控制范围较大、风机换挡比较频繁等等问题。杨朝杰[18]等人将风机盘管的运行调节方式、房间内的温度控制情况以及系统运行过程中的能耗进行了研究，结果表明与风机盘管的无级调节变风量相比风机采用手动三速调节方式来运行时，房间温度波动明显下降其舒适性具有一定的提升。目前，风机的三档风速调节方式的室内温度控制器仍然占据主流，主要原因是，该温度控制器控制调节简单，成本低廉。在空调系统使用过程中，只看某一个风机盘管的能耗确实不大，但数目比较庞大，导致总能耗上升，在空调系统运行的总能耗中占比高达30%。但是风机盘管处的节能往往会被人们忽视掉。
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2仿真平台的建立
2.1建立仿真平台的意义
针对风机盘管冷冻水系统的研究手段虽然多种多样，比如理论研究、实验或现场实测研究、模拟研究等研究方法，众多研究手段中以理论研究的应用最多，但针对风机盘管冷冻水系统，系统正常运行情况下所涉及的因素非常多，如用户端的温度、冷冻水供回水流量和温差、管路压差、运行负荷、冷冻水泵运行频率等都具有连续变化的特性，如果采用理论研究在诸多连续变化的量中寻求对用户端温度的稳定控制以及对水泵的节能控制将会变得十分复杂。虽然实验或现场实测研究能够最为真实的反应不同控制手段下对房间温度、冷冻水流量的供回水温差、水泵运行频率以及能耗等的实时运行情况,但是还要分析一些外界的干扰因素如室内外扰量、地理位置等，如果想要更为全面的研究不同控制策略下的控制效果就必须耗费大量的人力、物力及时间成本。针对本次的研究问题如果采用模拟研究，不但能够实时反应用户端的温度、冷冻水供回水流量和温差、运行负荷、冷冻水泵运行频率等实时变化数据，还能节约研究成本，并且模拟还是根据物理理论基础及系统实际运行特性而进行的。为了能够使风机盘管冷冻水系统的控制研究能高效的进行，一个能反映风机盘管冷冻水系统实时运行状态的模拟平台不可或缺，所以本文将通过搭建风机盘管冷冻水控制系统的仿真模型，来进行模拟计算。
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2.2工程概况及管网特性
2.2.1工程概况
选取贵阳市某医院住院楼的空调冷冻水系统作为参考对象，该医院住院楼的空调冷冻水系统形式为风机盘管水系统，建筑面积为31113m2，建筑地上高度86.85m,空调机房设置负二层距离地面高度为15.9m,其原理图如图（2-1）所示的医院住院楼风机盘管水系统原理图。在空调的冷冻水系统中常以分集水器为界限，冷冻水泵一侧为供给侧，风机盘管侧称为需求侧。图2-1(a)为供给侧冷冻水系统原理图，图2-1(b)为负荷侧风机盘管水系统原理图。对于医院住院楼的空调水系统来说，所研究的风机盘管水系统每一层均一样。由于住院楼房间的用途，朝向，房间的大小不同，各房间的风机盘管型号不尽相同。
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3 风机盘管水系统末端控制效果 ................................. 27
3.1 末端风机盘管系统控制效果 .................................... 27
3.1.1 通断控制风机盘管系统模型建立 ......................... 27
3.1.2 自适应性调节风机盘管系统模型建立 ..................... 29
4 冷冻水泵节能分析 ................................. 43
4.1 冷冻水泵变频控制方式............................. 43
4.1.1 压差控制 ................................. 43
4.1.2 温差控制 ........................ 44
5 结论与展望......................................... 61
5.1 论文研究成果 ............................... 61
5.2 研究展望 ................................... 61
4冷冻水泵节能分析
4.1冷冻水泵变频控制方式
4.1.1压差控制
冷冻水泵的压差控制是指以供回水压差作为水泵变频控制的信号。压差控制根据压差值是否恒定分为定压差控制及变压差控制。定压差控制指将冷冻水某一管段的压差值作为水泵变频控制器的信号，将这一测量值与压差的设定值进行对比，若大于设定值就降低水泵转速，小于设定值就提升水泵转速。当选定的压差控制管段为干管时，其控制原理如图（4-1），在定干管压差控制中，大多数将压差传感器安装于分集水器间，当负荷变化时，水系统末端的空调机组根据负荷变化调节阀门的开度，改变进入机组的水量。水系统由于阀门开度的变化，自身的阻力系数也发生了改变，压差传感器将测得的压差数据反馈至控制器与设定值进行对比，控制器根据自身的算法输出水泵的工作频率。定最不利环路压差控制与定干管压差的原理类似，不同的是压差传感器安装与最不利环路的供回水管段。
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5结论与展望
5.1论文研究成果
本文针对医院住院楼所采用的末端风机盘管通断控制，冷冻水泵定压差的冷冻水系统进行了分析。建立了典型医院住院楼系统通断控制模型及自适应性调节控制模型，然后在本文研究条件下，得出以下结论:(1）对于常用的通断控制风机盘管系统，房间温度控制效果差房间温度维持在25℃-25.5℃（占比26.5%）和26.5℃-27℃（占比36.3%）舒适度低，供回水温差大多维持在3.5℃-4.5℃，容易造成水力失调。
(2）针对风机盘管水系统存在的动态水力失调等现象，末端采用了定温差控制，定温差控制通过调节风机盘管风量和回水管中的调节阀，来控制调节房间温度和供回水温差。模拟工况显示使用定温差控制后，房间温度维持在设定值在25.5℃-26℃占比45.6%，维持在26℃-26.5℃占比53.7%，有0.7%超出控制范围（控制范围为25.5℃-26.5℃）。末端风机盘管的供回水温差基本维持在设定值5℃，风机盘管处的实际运行流量与设计流量基本吻合，水力稳定性得到了提高。
(3）模拟了水系统在定压差控制下水泵的运行情况。定压差控制运行的状态下，水泵具有大于实际负荷需求的流量，这是由于在满足定压差条件使得流量增加。
(4）给出了适用于高层建筑，定温差控制风机盘管水系统形式的变压差控制设计方法。建立了水泵变压差控制仿真模型，模拟了水泵在变压差控制下的运行过程。分析了空调水系统各支路负荷不一致分布时和负荷部分分布下有效功率和节能率等，变压差控制下浪费在满足最不利环路压差造成的输配能耗得到了缓解。当系统的运行负荷分布部位不一致时；（a）总负荷的80%、60%、40%、20%全在近端（即距离设备机组相对较近），节能率分别为26.25%、40.62%、50.53%、64.95%；（b）40%、20%全在远端（即距离设备机组相对较远），节能率分别为52.76%、63.18%。结果表明当空调负荷处于远端时，负荷越低，自适应性调节的节能效果越好；当系统的运行负荷为总负荷的80%、60%、40%、20%，变压差控制相较于定压差控制节能率分别为30.20%、50.23%、60.35%、73.88%，表明负荷率越低自适应性调节的节能效果越好。
参考文献（略）