專利名稱：城市地下空間的空調(diào)通風控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空調(diào)通風的控制方法，尤其是涉及城市地下空間的空調(diào)通 風控制方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)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(fā)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(shù)的地下建筑采用地面建筑的通風空調(diào)系統(tǒng)和設(shè)備來處理和 控制熱濕環(huán)境，以達到空氣品質(zhì)要求。但是因為地下空間內(nèi)污染物種類眾多， 所以應(yīng)用現(xiàn)有空調(diào)通風系統(tǒng)會導致地下空間的空氣品質(zhì)差、新風供應(yīng)不足、 C02濃度、灰塵、細菌總數(shù)偏高、氡濃度偏高，室內(nèi)異味明顯，夏季與梅雨季 濕度大。潮氣促使霉菌、細菌和病毒生長、微生物污染比地上建筑嚴重，病態(tài)
建筑綜合癥(SBS)的發(fā)生率高于地上建筑。
傳統(tǒng)的通風系統(tǒng)分為定風量系統(tǒng)和變風量系統(tǒng)。但就目前的情況來看，不 管是定風量系統(tǒng)還是變風量系統(tǒng)，都無法同時兼顧室內(nèi)空氣品質(zhì)優(yōu)良和節(jié)約能 量。傳統(tǒng)的定風量系統(tǒng)無法檢測室內(nèi)污染物的濃度，只是根據(jù)設(shè)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(jié)能的要求 越來越高， 一些建筑物中片面地強調(diào)節(jié)能，新風閥開度過小，造成新風不足， 室內(nèi)空氣品質(zhì)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(tǒng)的變風量系統(tǒng)，它實現(xiàn)了對總風量的控制，相對于定風量系統(tǒng)大大節(jié) 省了能耗，但是它還是沒有解決新風量的問題。傳統(tǒng)的變風量系統(tǒng)主要是通過 兩種方法實現(xiàn)對新風量的調(diào)節(jié)l)保持恒定的新風比；2)保持恒定的新風量 ( 一般為設(shè)計新風量)。這兩種情況分別造成室內(nèi)空氣品質(zhì)下降和能源浪費。
一般空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計按人均新風量取值，這在人員密度波動頻繁的建筑空間 中，空調(diào)系統(tǒng)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(diào)系統(tǒng)的新風能源浪費很嚴重，比如地 下商場的空調(diào)系統(tǒng)，由于新風管道的設(shè)計和新風機組的選型均是按各區(qū)域的額 定客人數(shù)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(jīng)濟損失。
(2) 新風能耗可觀?，F(xiàn)在一般規(guī)定要求空調(diào)系統(tǒng)的新風量不應(yīng)小于總送風 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(shù)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， 大約占空調(diào)總能耗的30% 40%，數(shù)量相當可觀。在地下空間中，由于很難利 用自然通風，建筑壁面的恒溫恒濕以及人員密度增大等原因使得新風能耗相對 更大， 一般約占空調(diào)總能耗的一半以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)的空調(diào)通風系統(tǒng)無法同時兼顧室內(nèi)空氣品質(zhì)優(yōu) 良和節(jié)約能量的問題，提供一種城市地下空間的空調(diào)通風控制方法。
本發(fā)明的空調(diào)的五種運行工況包括
工況I 、夏季最小新風空調(diào)工況，打開回風閥，新風與回風混合成總風經(jīng) 空調(diào)機組處理后進入地下空間；
工況II、全新風空調(diào)工況，關(guān)閉回風閥，新風經(jīng)空調(diào)機組處理后進入地下 空間；
工況in、過渡季全新風工況，關(guān)閉回風閥，新風直接進入地下空間； 工況IV、 一次回風通風工況，打開回風閥，新風與回風混合成總風進入地 下空間；
工況V、冬季空調(diào)工況，打開回風閥，新風與回風混合成總風經(jīng)空調(diào)機組 處理后進入地下空間；
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(nèi)焓值小于室外焓值時，工作于工況I，
當室內(nèi)焓值大于室外焓值時，工作于工況n;
工況n與工況m之間切換工況ni時總風量達到設(shè)定的總風量上限，而室
內(nèi)溫度還大于室溫閾值時，轉(zhuǎn)換到工況II;如果設(shè)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(zhuǎn)換到工況m;
工況m與工況iv之間切換如果新風量達到設(shè)定的新風量下限值時，室內(nèi)
溫度仍然小于所能接受的最低值時，轉(zhuǎn)入工況IV;當新風量大于設(shè)定的新風量 下限值的115%時，轉(zhuǎn)入工況III;
工況IV與工況V之間切換如果室外焓值小于設(shè)定閾值//^，并且室內(nèi)溫 度小于所能接受的最低值時，轉(zhuǎn)入工況V;如果室外焓值大于設(shè)定閾值/f"， 轉(zhuǎn)入工況IV。
本發(fā)明的優(yōu)點是根據(jù)室外氣象參數(shù)使系統(tǒng)分為五種工況，并使系統(tǒng)根據(jù) 室外氣象參數(shù)的改變自動改變工況，始終保證最佳工況，對空調(diào)機組進行節(jié)能。 對于地下商場，本發(fā)明的新系統(tǒng)比定風量系統(tǒng)全年節(jié)能22.2%，比常規(guī)變風量 系統(tǒng)全年節(jié)能17.5%;對于屏蔽門地鐵站臺，本發(fā)明的新系統(tǒng)比定風量系統(tǒng)全
年節(jié)能30.16%，比常規(guī)的變風量系統(tǒng)全年節(jié)能8.21%。


圖l一圖5是空調(diào)運行的五種工況示意圖，圖6是地下空間空調(diào)工況分區(qū) 焓濕圖，其中N,為工況I室內(nèi)狀態(tài)點，為工況I室外狀態(tài)點，M！為工況 I混合狀態(tài)點，S！為工況I送風狀態(tài)點，D為工況I機器露點；N5為工況V 室內(nèi)狀態(tài)點，Ws為工況V室外狀態(tài)點，W5'為工況V室外空氣預熱后狀態(tài)點， Ms為工況V混合狀態(tài)點，S5為工況V送風狀態(tài)點，L為工況V機器露點，圖 7是本發(fā)明的新風量控制系統(tǒng)示意圖，圖8是本發(fā)明的總風量控制系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結(jié)合圖1—圖6說明本實施方式，本實施方式空調(diào) 的五種運行工況包括
工況I 、夏季最小新風空調(diào)工況，打開回風閥，新風3與回風4混合成總 風5經(jīng)空調(diào)機組2處理后進入地下空間1;
工況n、全新風空調(diào)工況，關(guān)閉回風閥，新風3經(jīng)空調(diào)機組2處理后進入
地下空間l;
工況ni、過渡季全新風工況，關(guān)閉回風閥，新風3直接進入地下空間1; 工況IV、 一次回風通風工況，打開回風閥，新風3與回風4混合成總風5 進入地下空間1;
工況V、冬季空調(diào)工況，打開回風閥，新風3與回風4混合成總風5經(jīng)空
調(diào)機組2處理后進入地下空間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(nèi)焓值小于室外焓值時，工作于工況I，
當室內(nèi)焓值大于室外焓值時，工作于工況n;
工況II與工況III之間切換工況III時總風量23達到設(shè)定的總風量上限， 而室內(nèi)溫度21還大于室溫閾值時，轉(zhuǎn)換到工況II;如果設(shè)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(zhuǎn)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(shè)定的新風量下限值時， 室內(nèi)溫度21仍然小于所能接受的最低值時，轉(zhuǎn)入工況IV;當新風量13大于設(shè)
定的新風量下限值的115%時，轉(zhuǎn)入工況III;
本實施方式中室內(nèi)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于設(shè)定閾值H"，并且室內(nèi)溫 度21小于所能接受的最低值時，轉(zhuǎn)入工況V ;如果室外焓值大于設(shè)定閾值//^ ，
轉(zhuǎn)入工況IV。
工況V為冬季空調(diào)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(tài)點處理到圖8所示的W5'狀態(tài)點，加熱后達到W5'狀態(tài)點的烚值定
為設(shè)定閾值。
圖8根據(jù)全年的綜合情況分出五個區(qū)，代表五種工況，并繪制出了工況I
和工況v的焓溫圖。
具體實施方式
二下面結(jié)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于各工況的新風量13的控制方法為室內(nèi)CCb濃度11
與參考C02濃度12的偏差量輸出給新風量PID調(diào)節(jié)器1-1調(diào)節(jié)并輸出定值A(chǔ)， 輸出的定值A(chǔ)經(jīng)新風量上下限控制模塊1-2調(diào)整輸出定值B，并保證定值B 位于設(shè)定的新風量13的上下限范圍內(nèi)，定值B與總風量23的10%量1-3經(jīng) 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(fā)明新風量13的控制采用DCV模式(需求控制通風模式)，DCV模式 是一種實時的，基于空間人流密度的通風方式，DCV通風模式的系統(tǒng)相對于
傳統(tǒng)的定風量系統(tǒng)有著巨大節(jié)能潛力。它的具體實現(xiàn)形式就是隨著空間人員密
度變化，C02濃度也隨之相關(guān)的變化，新風量13的大小能夠相應(yīng)的作出調(diào)節(jié)， 使得新風量13時刻與人員密度相適應(yīng)，這樣就既保證了室內(nèi)空氣品質(zhì)，又預 防了過量通風，節(jié)約了能耗。
地下空間內(nèi)污染物種類眾多，除人員釋放的C02夕卜，還有建筑材料散發(fā) 的甲醛、VOC等氣態(tài)污染物，由地面進入的顆粒物、微生物以及氡等放射性 污染物。僅考慮C02的影響因素不能全面反映室內(nèi)環(huán)境的污染狀況和人員對 空氣品質(zhì)的需求。因此DCV模式中引入了一個系統(tǒng)的基本新風量g，這個系 統(tǒng)的基本通風量g就用于處理非人體污染物所必需的新風量，當處理C02所 需的新風量小于處理非人體污染物所必需的新風量時，保持系統(tǒng)的基本新風量 g通風，這樣就保證了室內(nèi)空氣品質(zhì)。
本實施方式中參考C02濃度12選取1250ppm。
新風量13的上下限設(shè)定原則為上限為系統(tǒng)新風機額定風量的1.2倍， 下限為系統(tǒng)的基本新風量^。
系統(tǒng)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(qū)，每個分區(qū)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(qū)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(qū)的體積，m3; CTooj為室內(nèi)穩(wěn)定氡濃度，Bq/m3; Co為室外氡濃度，Bq/m3。 系統(tǒng)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(qū)數(shù)量； 1.2~1.3為經(jīng)驗公式設(shè)定的調(diào)整系數(shù)。
各工況的總風量23的控制方法為室內(nèi)溫度21與參考溫度22的偏差量輸出給總風量PID調(diào)節(jié)器2-1調(diào)節(jié)并輸出定值C，輸出的定值C經(jīng)總風量上 下限控制模塊2-2調(diào)整輸出定值D，并保證定值D位于設(shè)定的總風量上下限 范圍內(nèi)，定值D與新風量13經(jīng)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+回風量，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的大小等于空調(diào)送風機風量，故系統(tǒng)選擇的空調(diào)送風機風量的 調(diào)節(jié)范圍就是總風量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于工況I與工況 II之間切換時設(shè)置一緩沖區(qū)，運行于工況I時，當室外烚值小于緩沖區(qū)下限值， 則切換至工況II;運行于工況II時，當室外焓值大于緩沖區(qū)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(shè)置緩沖區(qū)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(jié)的推移，從夏季向秋季過渡時，室外焓值逐 漸變小，當室外焓值小于62kJ/kg時，不切換工況，當室外烚值小于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，當室外焓值大于62kJ/kg時，切換至工況I。
春秋季與夏季交界季節(jié)里因室內(nèi)外焓值接近，室內(nèi)烚值大于室外烚值和室 內(nèi)焓值小于室外焓值的情況會頻繁發(fā)生，本發(fā)明在工況I與工況II之間切換時 設(shè)置一個緩沖區(qū)，便不會發(fā)生頻繁切換工況，頻繁的開關(guān)回風闊的情況，有利 于延長空調(diào)風機的壽命。
權(quán)利要求
1、城市地下空間的空調(diào)通風控制方法，其特征在于空調(diào)的五種運行工況包括工況I、夏季最小新風空調(diào)工況，打開回風閥，新風(3)與回風(4)混合成總風(5)經(jīng)空調(diào)機組(2)處理后進入地下空間(1)；工況II、全新風空調(diào)工況，關(guān)閉回風閥，新風(3)經(jīng)空調(diào)機組(2)處理后進入地下空間(1)；工況III、過渡季全新風工況，關(guān)閉回風閥，新風(3)直接進入地下空間(1)；工況IV、一次回風通風工況，打開回風閥，新風(3)與回風(4)混合成總風(5)進入地下空間(1)；工況V、冬季空調(diào)工況，打開回風閥，新風(3)與回風(4)混合成總風(5)經(jīng)空調(diào)機組(2)處理后進入地下空間(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(nèi)焓值小于室外焓值時，工作于工況I，當室內(nèi)焓值大于室外焓值時，工作于工況II；工況II與工況III之間切換工況III時總風量(23)達到設(shè)定的總風量上限，而室內(nèi)溫度(21)還大于室溫閾值時，轉(zhuǎn)換到工況II；如果設(shè)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(zhuǎn)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(shè)定的新風量下限值時，室內(nèi)溫度(21)仍然小于所能接受的最低值時，轉(zhuǎn)入工況IV；當新風量(13)大于設(shè)定的新風量下限值的115％時，轉(zhuǎn)入工況III；工況IV與工況V之間切換如果室外焓值小于設(shè)定閾值H′W5，并且室內(nèi)溫度(21)小于所能接受的最低值時，轉(zhuǎn)入工況V；如果室外焓值大于設(shè)定閾值H′W5，轉(zhuǎn)入工況IV。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市地下空間的空調(diào)通風控制方法，其特征在于各工況的新風量(13)控制方法為室內(nèi)C02濃度(ll)與參考032濃度(12)的偏差量輸出給新風量PID調(diào)節(jié)器(l-l)調(diào)節(jié)并輸出定值A(chǔ)，輸出的定值A(chǔ)經(jīng)新 風量上下限控制模±央(1-2)調(diào)整輸出定值B，并保證定值B位于設(shè)定的新風量 (13)的上下限范圍內(nèi)，定值B與總風量(23)的10%量(1-3)經(jīng)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(nèi)溫度(21)與參考溫度(22)的偏差量輸 出給總風量PID調(diào)節(jié)器(2-l)調(diào)節(jié)并輸出定值C，輸出的定值C經(jīng)總風量上下 限控制模塊(2-2)調(diào)整輸出定值D，并保證定值D位于設(shè)定的總風量(23)的上下 限范圍內(nèi)，定值D與新風量(13)經(jīng)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(quán)利要求1所述的城市地下空間的空調(diào)通風控制方法，其特征 在于工況I與工況II之間切換時設(shè)置一緩沖區(qū)，運行于工況I時，當室外烚值 小于緩沖區(qū)下限值，則切換至工況II;運行于工況II時，當室外焓值大于緩沖 區(qū)上限值，則切換至工況I。
全文摘要
城市地下空間的空調(diào)通風控制方法，涉及一種空調(diào)通風的控制方法。它為解決傳統(tǒng)的空調(diào)通風系統(tǒng)無法同時兼顧室內(nèi)空氣品質(zhì)優(yōu)良和節(jié)約能量的問題。本發(fā)明空調(diào)分五種運行工況，并且每相鄰兩個工況之間按設(shè)定的程序自動切換。各工況的新風量控制方法為室內(nèi)CO₂濃度的偏差量經(jīng)新風量PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，再調(diào)整其在設(shè)定的新風量上下限范圍內(nèi)，并與總風量的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(nèi)溫度的偏差量經(jīng)總風量PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，再調(diào)整其在設(shè)定的總風量上下限范圍內(nèi)，并與新風量比較取大者作為總風量輸出。本發(fā)明既能保證新風量稀釋室內(nèi)產(chǎn)生的污染物，而又不過度送風，風機節(jié)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(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者京 劉, 楊 姚, 姜益強, 寅 王, 鄧小池 申請人:哈爾濱工業(yè)大學