097-传感器故障对空调系统性能和人体热舒适性的影响.pdfVIP

感器故障对空调系统性能和人体 热舒适性的影响 武汉科技大学 何帅 焦良珍 汉商学院 胡云鹏 摘 要：本文利用EnergyPlus 能耗模拟软件，模拟冷冻水出水温度传感器及室内温度传感 器故障的各种工况，分析了空调系统性能变化情况、空调系统能耗变化情况和人体热舒适性 指标PMV 的变化情况.结果表明, 冷冻水出水温度传感器以及室内温度传感器偏差故障均会 不同程度导致冷水机组COP、能耗以及室内舒适度发生变化。前者发生负偏差故障会产生有 益影响，但是易损害机组、水泵等设备；后者对3 种研究对象产生不同的影响，综合考虑， 保持传感器正常工作为最佳。空调系统对两种传感器负偏差故障的反应均比较迟缓，表现不 够明显，不易发现。此外，冷冻水出水温度传感器偏差故障将导致系统处于故障运行工况， 而房间温度传感器偏差故障时机组仍处于正常运行工况。 关键词：EnergyPlus;传感器故障;能耗分析;性能分析;人体热舒适性 0 引言 已有的研究表明，传感器故障的发生，对系统能耗的影响是巨大的。Kao 和Pierce[1]等 研究了办公建筑的空调系统传感器故障，发现其导致的年能耗浪费平均可达 30%~50% ； Wang[2,3]等通过对空气处理机组AHU （Air handing unit, AHU ）的仿真，发现回风流量传感 器故障导致的能耗增幅可达14%；Lee[4, 5]等研究发现变风量系统（Variable air volume, VAV ） 中末端装置叶片开度传感器故障时，能耗增幅可达 36.57%，送风温度传感器故障时，能耗 增幅可达 11.47%，房间温度传感器故障时，能耗增幅可达21.15%；Ma[6-8]等在研究超高层 建筑中央空调冷却水系统故障检测和优化控制的工作中，发现故障条件下系统总能耗差异最 高可达21.84% 。 空调系统的能耗不仅仅与控制策略相关，与相关设备的性能的关系也是密不可分。空调 [9] 系统本身是一个高度非线性耦合系统 ，系统中的变化可谓牵一发而动全身，尽管传感器故 障条件下的能耗研究工作 经取得了一定的成果，但是 有的研究工作大多集中于传感器故 障本身对空调系统能耗的影响，而忽略了传感器故障对机组性能的影响而间接地造成的能耗。 Ahmad[10]等在研究计算机智能技术在 HVAC 系统的应用的过程中指出，优化空调系统的关 键目标是能耗的最小化，其次是热舒适、室内空气质量等。一般舒适性空调的目的归根结底 还是为了提高室内舒适性，因此，传感器故障条件下空调系统的能耗变化、性能变化与室内 舒适性变化及其之间的关系是本次研究的主要目标。 通过中央空调系统进行传感器故障实验验证各类传感器故障对于机组长机期运行的影 响是一种长时间并 成本高昂的过程，同时也会严重影响机组寿命。利用模拟软 ,建立建 筑以及空调系统的仿真模型来代替实际进行相关的研究也成了一种趋势。本文利用美国能源 部发布的能耗模拟软 EnergyPlus[11,12]进行仿真,模拟冷冻水出水温度传感器和室内温度传 感器的偏差故障来展开研究。 1仿真模型 本文通过SketchUp 以及EnergyPlus 能耗模拟软件分别建立建筑模型以及空调系统模型。 该建筑为武汉某高校一个多功能教学楼，楼高20.6 米，建筑模型如图 1 所示；内有教室、 办公室、会议室、实训室等不同用途区域，空调系统为定冷冻水流量，风机盘管+新风 系统，建筑部分参数在表1 中列出。建筑内部热源及通风数据均根据《公共建筑节能设计标 准》进行选取。EnergyPLus 模型模型中中根根据据建筑建筑内内部围护部围护结结构构划分有38 个热工区域。仿真仿真采采用用 的气象数据为EnergyPlus 自带自带的的武武汉汉市市典型典型气气象象年年逐逐时气时气象象数据数据，仿真周期为6 月月 1 日零 时-8 月31 日24 时，模拟模拟结果结果共共计计2208 组数据。室外逐时干球温度趋势如图2 所示所示。 图1建筑模型图 2 室外逐时干球温度 表 11建筑及建筑内部冷热源参数 2 空调区域面积(m) 6683.3 楼