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安装在办公楼的吸收太阳能空调系统的数值模拟和性能评估 摘要为了最大限度地减少空调所产生的二氧化碳对环境的影响， 评估一种清洁能源的前景是合理的。通过集热器，太阳能可以提供的供暖需求的一部分。此外，它可以驱动吸收式制冷机，以满足建筑物的冷却需求。这项工作的目标是要准确评估带有太阳能驱动式吸收式制冷机的空调系统的能量消耗。完整的仿真环境包括吸收式制冷机，冷却塔，太阳能集热器，场，热水器，存储设备，泵，加热冷却装置，排放系统和建筑物。当使用使用太阳能空调系统来代替传统的加热和冷却装置时，用于加热和冷却主要能源消耗下降了22。每个子系统的模拟都是十分详尽的。TRNSY软件模块化方法为模拟和仿真这个完整的系统提供了可能。关键字TRNSY 太阳能冷却吸收 1.引言太阳能空调是一个很好的方式，它使用可再生能源来代替化石燃料以满足建筑物加热和冷却的需求。这意味着在减少了能源的消耗和二氧化碳的排放。在2010年， 全球所确定的使用这种操作系统的有600个左右，而大约500个位于欧洲（雅各布2011年）。这些技术仍然没有受到足够的重视。太阳能空调（SAC）技术的发展与它的经济盈利能力有着密切的联系。为了检测太阳能空调的真实效益是什么，计算它的能源节约以及它们的基本参数是很有必要的（卡萨尔斯2006年）。之前关于加热和冷却消耗的研究（2008年 - 巴博萨和门德斯）建议考虑使用一种整体的方法来评估能源的节约。而且，太阳能空调系统的性能很大程度上取决于外部环境和冷负荷动态（毕节多等2008年）。因此，考虑到整个系统是非常重要的（Mugnier2002年，Eicker和Pietruschka2009年）。这项研究涉及一个普通的太阳能空调系统。一个太阳能集热场提供热水给存储罐，然后可用热水来加热建筑物或补给吸收机。最后的设备是用来产生冷水（埃罗尔德等1996）。由于没有足够的太阳能用于全年的加热和冷却整个建筑，这就用到备份系统。升温，传统使用燃气锅炉。对于冷却，两个选择可以考虑：加热水补给吸收式制冷机或使用传统的蒸气压缩式制冷机（电力驱动）。从能源的角度来看，之前的研究（托马斯和安德烈2009年）指出第二个方法是最好的选择，这项研究中将会采用。这里提到的上述两个选择可以粗略总结如下。燃气锅炉，即“热备份”通常每千瓦时的能量产生0.63千瓦时的冷量（锅炉产量的0.9乘以吸收式制冷机热系数0.7），而蒸汽压缩式制冷机即“冷备份”大概每千瓦时的能量产生1.12 千瓦时的冷量（主电力的1/2.5乘以蒸汽压缩式制冷机的电力系数2.8）。这一页中将会使用TRNSYS（2006）来展示一个完整的仿真环境。一般来说，分析集中于建筑物基本的加热和冷却负荷。在这里，模拟并连接了许多其他的设备和效果：符号表ABS 吸收式制冷机 VCC 蒸汽压缩式制冷机COP 热性能系数 材料的导热系数(W/(m·K)COPelec 电性能系数 密度(kg/m3) 热容量(J/(kg·K) 简写ETC 真空采集管 cold cold water (to cool the building)FCU 风机盘单元 hot hot water (from hot water storage)fnc 标称容量的吸收式制冷机分数 prim primary energyfdei 设计容量的吸收式制冷机分数 nom nominalSF 太阳能分数 rated rated conditionsQ 热量流功率(kW)U 壁的导热系数(W/ ·K)l 建筑物内部收益，调光，可移动的太阳能保护，潜在负载l 冷热分布和排放风机盘管机组，水泵，管道l 热水和冷水的生产和储存l 燃气锅炉，太阳能循环，热水储存，吸收式制冷机，冷却塔，蒸汽压缩式制冷机（仅用于备份）。l 气候 这四个子系统构成了模拟环境如图1。 图1.仿真层这种实施方法为分析吸收式制冷机和建筑物之间的关系提供了可能。此外，这种做法的模块化合适模型切换。 不同层次的建模与仿真在接下来的章节中描述。为了便于比较能源消耗，定义了“传统空调”作为参考。它包括一个电力驱动的用于产生冷量的蒸汽压缩式制冷机和一个用于加热锅炉，但不包括太阳能电池板以及存储设备。比较的是净能耗和一次能源消耗。这份评估还比较了照明系统、电器及通风系统的耗电量。这样就考虑到了建筑物的所有的能耗。2.建筑物建模分析采用了欧洲现有的大型办公楼的典型代表。Stabat在IEA-ECBCS的附件48中的一个叫热泵及可逆空调一栏中对此做出了定义。它是一个拥有12个相同的楼层，占地15万平方米建筑，大约住有1000人。从建模的角度来看，只建模了一层楼，但所有楼层可以用同样的方法处理。一个三层楼的建筑用来太阳能集热场设计（参见4.4节）。2.1几何描述几何描述见图2。五个区域共1250平方米。图2.典型办公楼层2.2 表面研究大楼是现有建筑物的代表，因此，保温不是很有效。南北表面同样地都基本上上釉，而东部和西部是盲墙。房间高3米，窗户高2米。表1描述了墙的构成和墙的导热系数。2.3 内部获热人办公楼和会议室有着两种不同的日程安排以及不同的占用率。办公楼的尺寸设计是按每个人占12平方米（会议室则是每个人占3.5平方米）。每个人正常的所释放的热量理论上是105w，释放的水分是0.09kg/h。空间轮廓如图3所示。比率是现在的占用率除以施胶度。没有将假期考虑在内。在周末，电器消耗为零。电器如前所述，电器消耗已经定义。图3显示没个尺寸范围内电器消耗率为每平方米15 W。这些电器是必不可少的计算机，并且只在办公楼中有。照明系统办公楼和会议室的照明能量设置为每平方米18w，其中12w用于流通领域，6w用在厕所。根据Alessandrini等的研究，人造灯光的照明取决与工人们能够用的自然光。0到100lx（光照度单位）之间，人造灯光的利用率为90%，100到700lx之间，线性下降到30%，当可利用的的自然光超过2500lx时，利用率下降到0%。可利用的光是TRNSYS考虑穿过窗户照射进来的光计算得到的。这用到了一个基本的法则，并且认为太阳能的辐射范围和可见光一样。只有在利用期间才打开光源，在正常流通区域和厕所通常是从早上6点到晚上7点。2.4 太阳能保护手工的太阳能保护装置已将设计好。他们利用了在一定区域内人们的行为。当太阳能保护装置安全关闭时，能量传递率只有20%。太阳能保护装置的公开使用要通过使用者来实现，根据外部的光度，7%到45%之间太阳能保护器就会关闭，太阳能保护器在没有利用时的状态与有利用时的最后一个小时的状态是相同的。2.5 通风设备和渗透物建筑物在使用时，持续的大量的气流吹进建筑物（如图4），相当于在办公楼中每人每小时需要25m3的新鲜空气，在会议室则是30m3。而且没有利用重获热量装置。在没有使用时，机械的通风系统处于关闭状态，渗透物达到每小时0.373个容积。除了会议室外，所有区域的通风器的功率是330w（仅通风流量），对于会议室，采用了无重获性双流量通风器，这导致风扇功率达到两倍。 表1.墙的构成构成 导热系数 外部墙壁 外层：水泥0.13米(r = 1900 kg/m3,=0.58 W/(m·K), cp =1000 J/(kg·K)绝缘材料0.024米(r =56 kg/m3, =0.029 W/(m·K), cp= 1220 J/(kg·K) 0.8内层：石膏0.012米(r =1860 kg/m3, =0.72 W/(m·K), cp= 840 J/(kg·K) 窗户 双层玻璃的宽度为0.004米，空气空间为0.008米。 2.95 地板和天花板 水泥0.1米(r = 1900 kg/m3, =0.58 W/(m·K), cp=1000 J/(kg·K) 5.8屋顶 外层：0.13米(r = 1900 kg/m3, =0.58 W/(m·K), cp =1000 J/(kg·K)绝缘材料0.06米(r =56 kg/m3, = 0.029 W/(m·K), cp =1220 J/(kg·K) 0.4内层：石膏0.012米(r = 1860 kg/m3, =0.72 W/(m·K), cp =840 J/(kg·K)内墙 石膏0.02m 36图3.电器和日常占用表图4.通风气流 图5.排放分布应用组合2.6 温度和湿度设置点在所有加热区（办公室和会议室）利用期间，加热设定点是21-40的相对湿度  。所有过去一年，这些区域最低温度 是15。冷却设定点则是24-60相对湿度。据DIN 1946德国规范，26的室内空气 温度是为人们所接受。如果外部温度 大于29，那么一个更高的内部温度比较舒适。其他时段没有上限区域温度 。两个仿真模型都在运行，一个温度设定点是普通的温度（24）和另一个则设定为DIN 1946规范（26）。3.加热和冷却的排放和布置这部分的重点是冷热的排放以及普通办公楼的分布层。它不包括有利于安装太阳能空调的任何设备（比如冷却天花板）。与其它层的连接绘制在图1中，这层的应用则绘制在图5中，TRNSYS类型的数量也被提到，在这座受分析的建筑物中，加热和冷却负荷有时是相同的加热和冷却系统有自己的管道网络。它与建筑物层的联系体现在加热和冷却由每个房间的风机盘管（FCU）和管道的损失所释放的显热和潜热中。每个房间的温度充当风机盘管控制输入。和生产层联系的是每个网络的温度和质量流量。3.1 管道正如书中所述，热或冷网络总结为两个管道（一个用于供给，一个用于返回），每个管道的总长为65米，每米管道上的损失为0.28 W/K。建筑物会恢复散失到环境中的能量损失的80%（全年温度为22）。3.2泵压降，泵效率，质量流量都已经设定（根据风机盘管的数量和他们的特性）。热网的泵的功率为475 W，而冷泵为1485 W。第一泵只有当有供热需求时才运作，而第二个则是永远处于打开状态。此外，整个泵的能量都被转移给流体。3.3 风机盘管加热冷却盘管有效地将热量和冷量传给建筑物。通过阀门调节质量流量以满足室温设定值。为尽可能准确地构建冷热排放模型，决定构建一个新的、性能与制造商的数据尽可能接近的的风机盘管，（我们希望它与现实相近）。要做到这一点，要估算出现实性能的评估多项式（2008年 - 巴博萨和门德斯）。选择的风机盘管（载波2007年）的应有的特点详述在表2中。风机盘管模型的目标是估计由于一些变量造成的盘管所提供的热量或冷量。对于加热盘管，加热和冷却是不一样的：合理的热量取决于水的质量流量和进水温度和室内干球温度之间的差异，对于冷却盘管，合理的冷负荷取决于冷却盘管进口温度和室内温度。在通常情况下，应考虑冷热水供应和返回温度之间的差距，但是这涉及收敛问题。取决于质量流量和供水温度和室温之间的差距的合理的加热功率在图6中显示。当评估制造商提供的所有运行点时，用Matlab计算的多项式近似平均误差为0.9。 其他的盘管模型测试：l 在TRNSYS中，一些现有的加热冷却盘管只符合一个参数：换热器的效率或旁路空气分数（克莱因2007年）。这些模型对风机盘管使用的全范围（753型的平均误差10.2%至670型的平均误差16.5%）是不正确的。l 其他模型采用了一个外部文件中制造商数据（例如，697b型）这是一个很好的方式来具有现实的风机盘管的性能。然而它需要将所有工作点翻译成一个合适的文件格式（这可能是很多错误源）。 表2 风机盘管特性42N60模型（标称高速运行离心风扇）图6.风机盘管电源多项式近似（T=供水温度室温） 风机盘管总数的选择依据为冷却或加热的最大负荷和风机盘管电源标称功率。整个楼层的风机盘管数为25。它们分布在三个区域中：办公楼南部7个，北部11个，会议室7个。同一区域的所有风机盘管的控制类似。每个风机盘管的风机功率为113 W。只有在这个区域中有加热或冷却负荷时，它才被接通。因为缺乏制造商的数据，文章中提出的模型并没有处理潜在负荷。不过，在水的循环考虑到了这点。TRNSYS建筑模型计算出的用于维持设定值的潜在负载被处理为进入返回管前的水流的温度差异。这是处理这个负载的一个非常简单的方法，但这大约只占总冷负荷的10。未来更好的风机盘管模型应该会处理潜在的负荷。4.加热和制冷生产和储藏本节突出的是仿真的加热与冷却的生产层。这一层包含图7中最重要的组成元素。之前的段落涉及的是传统的建设和系统，这部分是真正谈到利用太阳能来加热或冷却空间。由锅炉和太阳能采集场提供热量，而由吸收式制冷机和传统的蒸汽压缩式制冷机提供冷量。这层和分布之间的联系是温度以及冷热水的流速。 图7. 生产和存储层4.1 吸收式制冷机由太阳能集热器提供的热量被储存起来并用于吸收式制冷机来生产冷水。在市场上各种热驱动制冷机中，选择了锂-溴化水吸收式制冷机。这种类型的制冷机在办公楼的太阳能空调系统使用的最为广泛（Sparber和纳波利塔诺 2009年）。根据制造商的105 kW吸收式制冷机（热性能系数为0.695）的曲线（矢崎2008年），一种新的TRNSYS 255型拥有了吸收式制冷机的性能（几乎与现在的TRNSYS 107型是相同的），它能满足模拟地板的供冷需求。 现有的模型（107型）模拟的是能量的平衡，但没有制冷机惯性，也没有其他的动态影响。 吸收式制冷机工作时的三个能量流：高温流量（>70）驱动机器;冷流（7-12）满足建筑物的冷负荷;中间温度的释放流（35-40），将被释放到大气中。图8. 热系数和吸收式制冷机的标称性能的分数 （1） （2） （3）该模型解决了这个能量平衡，冷热流之间的关系是由热性能系数管理的（公式（1）。此外，根据目前的热水和释放水的温度状况定义最大冷流量（图8）。这个模型读取了数据文件中的这两个变量来计算能量平衡。图8显示了从制造商的一次释放温度数据中获得的与冷水设置点之间的不同。107和255型的数据文件需要的标称性能的一部分和设计输入能量的一部分。因此，根据式（2）和（3），我们可以根据这数据文件计算出可用Qcold和Qhot和两个参数：额定热性能系数COP和 额定Qcold。模型分析显示了107型的差异。首先，在这样的冷水机中，额定制冷功率一般不是最高的制冷功率（图8）。然而，107型的标称性能的分数是依据额定功率计算得到的并且不大于一（克莱因2007年）。这是然后在最大容量的条件而不是额定的条件下，需要输入两个参数（COP以及 Qcold）。其次，部分负荷运转（标称性能分数）独立于目前的状况（三种流温度）。这意味着创建数据文件的不便。新的255型一直在发展，它对外部数据文件有第二个呼叫。第一个呼叫用于在现在状况下揭示最大性能容量，第二个呼叫用于部分负荷评估。这样，我们能够再建由生产数据所描述的性能。在吸收式制冷机的建模与仿真中任然缺乏准确性。由于缺乏制造商数据 在整个制冷机组运行时，水的质量流量是设想得出的。COP是依据 3个输入温度和标称质量流量 计算而来的。奥尔蒂斯等人 （2009年）模拟了吸收式制冷机流量变化的效果 （50至120之间的额定值）。没有遇到明显的热COP的变化（COP 在0.65和0.75之间变化）。 此外，尽管冷却的需求低于制冷能 力，但制冷机能产生确切的冷量来达到设定值（这个例子是7），这意味着没有最低制冷功率。最后，为了与现实保持一致，温度水平必须在制造商的数据范围内。评估这些点的范围之外的点可能是有趣的。第七章将会得到在同样类型的吸收式制冷机上测量的到的热性能系数的比较。 冷却生产设备必须有明智的控制策略以满足冷却需求，同时减少能源消耗（托马斯和安德烈 2009年）。首先，当存储器顶部的水低于指定的临界值时，吸收式制冷机关闭，蒸汽压缩式制冷机打开。其次，临界值要根据冷负荷计算得到。基本上，当冷负荷不高时，吸收热水供应温度不必如此高（图8）。实际上，根据冷却网络回水温度，最低吸收式制冷机热水供水温度在70和83之间。最后，为了避免制冷机之间的开/关切换这两种冷水机组，安装了一个带有3盲区的磁滞控制器。4.2 热存储生产储存层的最基本要素是存储箱（TRNSYS 534型），如图7所示，三个电路直接连接到它（存储箱中无热交换器）：太阳能集热器，建筑物供热网和吸收式制冷机热水循环。太阳辐射是给存储箱提供能量的唯一能量源。一层0.2米厚的岩棉保温层用于减少储存损失。存储箱容积为7立方米，这对于应用是足够的。4.3 冷却塔吸收式制冷机需要一个释放电路来评估两个能量流（从采集器和建筑物获得的能量）。热释放控制对保证吸收式制冷机的良好的性能是至关重要的。使用的模型是510型它代表一个封闭的冷却塔。根据作者（Zweifel 1995年），它能够只依靠一个设定值就能准确地计算出释放的能量。对现有的标称排放功率为263kw的机器（AEC2007），这一点已经得到了证实。 是通过修改冷却塔风机速度来实现对出水温度的控制。这里所做的假设是风扇速度从零（当入口温度为27时）连续变化到其额定功率3.7千瓦（入口温度为35）。这样全年就可以得到较低的冷却塔回水温度（30以下）。4.4 太阳能采集场使用真空管集热器系统（ETC）是因为它们可以达到稍高的温度。与常用的平板型集热器比较，这些采集器在吸收式制冷机的工作温度范围（70-95）内能够产生更多的能量。主要因为经济上的原因，一些安装的吸收式太阳能空调系统从不使用平板型集热器。71型已被选来安装包括采集量，入射角改变器和质量流量的变化的制造商数据。必须制定规则来设计采集量的大小。这项研究采用下面的假设：唯一可变的空间是建筑物的平屋顶。一考虑的是一个三层楼而不是在第2节中提到的十二层。这样每层太阳能可吸收面积就为142平方米。而且，优化设计找到了最佳设计采集场：4个15°的斜坡并位于南方。采集场的大小明显影响到太阳能分数。这项工作所选择的假设可以使大约每2.5每平方米集热面积产生1kW的额定负载（50千瓦，见6.3节图14）。这是安装的太阳能空调系统的平均价值。考虑到各组之间的遮挡，因而采用了特殊型号（551型）。最后，太阳能循环通过效率持续为95%的热交换器与存储箱连接起来。每个集热器的质量流量已被设置为30公斤/小时（2009年Eicker和Pietruschka）。4.5辅助燃气锅炉当存储箱最高温度低于加热曲线给定的温度（图9），燃气锅炉作为备份。燃气锅炉的性能如下：产量是89.2时负荷是100%，产量是30时负荷为88.2;0损失时负荷为1.3千瓦。插值这三个点之间进行。根据最大的楼层采暖负荷。这个装置额定功率是150千瓦。如果没有取暖需求，该装置处于关闭状态。4.6蒸汽压缩式制冷机正如在介绍中提到的，冷却的备份系统是一个传统的蒸汽压缩式制冷机。在国际能源署框架中，TRNSYS开始应用可逆的风冷热泵。该模型依靠制造商的性能曲线而组成。在这项工作中，开发这种机器来产生7的冷水。蒸汽压缩式制冷机具有的功率为105 kW，其季节性额外系数为是3.5（包括风机和水泵）。4.7太阳能空调的额外辅助系统取决于太阳能空调系统的辅助器的用电消耗已经得到评估。对于泵，在不同的循环中，没有发现典型的压降值。因为用于释放层分布，并未对泵建模。常见的能量消耗值：l 太阳能系统每千瓦时的热量需要0.02千瓦时的电能l 对于热释放每千瓦时热能需要0.03千瓦时的电能l 吸收式制冷机每千瓦时的热能需要0.01千瓦时的电能这些量包括泵消耗及其他辅助设备如冷却塔，风机。图9 锅炉出水温度设定点 5气候 TRNSYS软件在建筑物和气象之间也建立了联系。选择了Paris Montsouris州来作为仿真。要用到平常的“典型气象年”。包括干球温度，相对湿度，太阳能释放和全部辐射，太阳的位置。Paris的温度是温和温度，图10显示了月度平均温度以及范围内的总太阳辐射能。图10. Paris TMY 2数据（年度区域辐射为1036 kWh/m2）6.结果下面现实的建筑物和HVAC装置是TRNSYS采用十分钟的步仿真而来。这个仿真能够评估建筑物的能量消耗，结果和分析见下。考虑到了三个不同时间间隔的加热和冷却消耗。分别处理了辅助设备如照明，电器和风机（6.4节）。得到的是与传统的太阳能空调的比较。有时提到一次能源，为了将净能量（提供给功能器的能量）变为总能量，电能的放大系数为2.5，烟气为1。这些传递系数依据不同的国家而不同。德国是电力放大系数为2.6，自然烟气则为1.1，但是欧洲平均电能放大系数为2.5。 6.1 年度结果建筑物加热和冷却能量消耗的年度结果显示如下。每年建筑物内部区域的能量单位以KWh(计图11), 全年中包括了各种能量流:锅炉能量，蒸汽压缩式制冷机。这些最初的结果主要是加热和冷却设置点在21至24之间的净能量网。如前面章节所述，太阳能用来加热和冷却。有了太阳能空调，能量消耗降幅为22%，冷却能量耗损下降40%。最后一部分对于整个建筑物的能量利用的影响很小。SAC意味着额外的电力消耗（太阳能附加电力）。图11中将会看到太阳能系统的加热和冷却的负荷中的这一部分。太阳能空调的加热负荷高于传统空调的负荷。这是因为加热网络中的高温（高损失）以及水温变化导致的不精确的控制。太阳能的40%用于加热，60%用于冷却。 整个建筑物的加热和冷却消耗见图12和表3。它们包括了两个不同冷却设置点的仿真。现在的建筑中24是常见的，而DIN1946标准的大部分时间里则是26。使用了太阳能空调能领消耗大约下降了23%。而且，设置点的变化对于能量使用的影响很小（分别使净能量和总能量下降5%至9%）。对于这个位置，建筑物的加热对能量损耗甚至总能量的影响都比较大。 图11.加热和冷却年度净能量消耗 图12.加热和冷却的年度净能量和总能量 其他的有趣的数据也可以在这里介绍一下。通常，太阳能空调系统的性能由太阳能分数或每个采集器区域节省的能量决定（定义在4.4节），可以找到很多的太阳能分数定义；第一个（公式4）是依据消耗能量的加热和冷却的太阳能分数，第二个定义是加热或冷却太阳能分数，其依据是负荷。SF=采集器能量/（采集器能量+锅炉能耗+蒸汽压缩式制冷机能耗）冷却SF=吸收式制冷机负荷/（吸收式制冷机负荷+蒸汽压缩式制冷机负荷）加热SF=太阳能存储负荷/（太阳能存储负荷+锅炉负荷）太阳能空调的相关性能指标见表4。对于加热和冷却所需的总能量的40%来自于能量采集器。此外吸收式制冷机提供一半的制冷负荷。采集器能量似乎比普通太阳能用器小。这可以解释为控制区内的高温和周末的无能量消耗。如果在周末使用建筑物，那么采集器的能量将会达到每平方米采集器400 kWh。最后年度吸收式制冷机系数接近于标准量。相关系数显示了冷却能量和辅助设备能量消耗之间的比率。这个指标就好比蒸汽压缩式制冷机的相关系数。表3.年度加热和冷却能量消耗 锅炉能量 蒸汽压缩式制冷机 太阳能辅助设备 总和太阳能 空气温度24 47.33 5.68 1.81 54.83太阳能 空气温度26 46.80 3.91 1.51 52.23传统 空气温度24 60.46 10.98 0.00 71.44 传统 空气温度26 60.05 8.01 0.00 68.06表4.太阳能空调性能指标工况 太阳能分数 太阳能分数冷却 采集器能量 单位采集器面积节省能量 年度ABS系数 电力系数单元 kWh/m2 kWh/m2 设置点24 0.43 0.47 350.19 192.12 0.70 9.85设置点26 0.41 0.49 310.80 173.44 0.67 8.86图3.月度结果6.2.月度结果以一个月为基准，需要强调几件重要的事，对于建筑物的加热，全年都有一个负荷，但是太阳能分数加热在四个月内是1.在这个阶段内不需要备份系统。对于制冷方面，除了一月之外都需要冷却能量。但是在冬天，没有足够的太阳能来运行吸收式制冷机。太阳能制冷分数从未超过0.7，其余的十一个月都需要备份系统。 太阳能分数的其他定义提醒我们其他能量装置消耗的太阳能（锅炉和蒸汽压缩式制冷机）。在六个月内会高于80%。通过降低负荷，半年内可以达到100%。6.3 每日结果采集器之间的冷却能量的分布可以通过每日的结果分析来决定。冷负荷比较低的日子里，吸收式制冷机通常就能满足冷却要求。一些日子有更大的冷负荷。对于气温高的日子，一整天的负荷变化见图14.很明显在冷却系统运行的开始有一个峰值，一直到下午5点之前冷负荷都在上升，然后下降一直到使用结束。从五月到九月都会同样地出现这种曲线。对于气温稍高的日子，冷负荷从早上7点到下午46点间都是由吸收式制冷机控制的。当一天的结尾阳光不是充足时，早上负荷的峰值意味着吸收式制冷机更高的最低温度，这将导致蒸汽压缩式制冷机的运行。对于一个真正热的日子，比如九月九号，所有的制冷机都有可供选择的操作。储水箱的顶部的温度“TfeedABS”随着采集器的分布和吸收式制冷机的采水而变化。一旦水箱的温度高于门槛温度“TminABS+3”吸收式制冷机就会工作，如果温度不高不足以驱动制冷机，制冷机就会停下来。一天里每台制冷机都会有1020次的工作状态的转换。 屋内的温度没有显示但是总是与设置温度相符。 图14.九月九号的制冷功率（非常热）6.4.楼层辅助设备的消耗辅助设备的消耗包括电器（电脑，打印机），照明设备，通风系统的风扇和风机盘组的风扇，制冷和加热的泵的消耗。与楼层相关的年度消耗显示在表5中。辅助设备的能量消耗与加热和制冷设备的消耗几乎差不多。但是从总能量的角度来看，它却有着更重要的影响，至多可以达到两倍。这就意味着辅助设备的能量消耗占据了楼层能量消耗的三分之二，照明系统和电器是最重要的。电器消耗计算的方法来自于Stabat (2007)，详见第二章。 依据工人可用的自然光对人工照明进行了调节（2.3节中有解释）。这明显是一个节约能量的方法。如果不采用这种方法，照明系统的能量消耗将会达到48.44 kWh/m2。这对这制冷和加热负荷的影响是明显的，他们分别从47.3 kWh/m2和5.68 kWh/m2（太阳能空调系统在24时的情况）变化到42.1 kWh/m2和9.39 kWh/m2，因此电力内部收益对能量的利用有着双重的影响：它们自身能量的消耗和所需制冷能量的上升。7.实际系统的电力和热力系数在这项工作中所取得的模拟应对比实际系统所测数据。两个主要的性能指标（电力和热力系数）在这项工作中可以计算出来，并且可以用于实际系统的计算。第一，热力系数取决于机器和满负荷运行的一部分。从模拟吸收式制冷机模型的角度来看，制冷机没有处理质量流量的变化，并且不包含任何动态影响。所以，年度系数就被高估了。其他的研究（马克等人2010年，Rosiek 2009年和Batlles赛义德等）在一个明确的制冷阶段处理了计算所得的热力系数。这些分析处理了动态的影响和其他许多在真实生活运行中所遇到的问题（控制错误，冷却塔降低的通风质量流量等）。对于来自同一个制造商的较低制冷功率的同样的制冷机Rosiek and Batlles在三个月的运行中计算出一个系数为0.53，而Syed等其他人却计算出的是0.33。对于来自不同生产商的吸收式制冷机的监测，Marc等人计算出月度系数在0.3至0.41之间。为了尽可能的能够在标准状态下工作，选择足够大的制冷机尺寸是非常重要的，在实际运行中经常遇到部分负荷运行的情况并且降低了热力性能，最近的其他研究证实了相比较标准制冷机系数的下降了的月度系数（0.53至0.62）。最近的研究通过考虑制冷机本身的热力流量而在模型和测量之间显示了很好的协调。制冷机的能量性能很大程度上取决于水温的流动，然而，使用标准质量流量的稳态模型可能会高估实际运行热能系数，使之提高0.1。 在实际内置系统中，太阳能空调辅助设备的电力消耗也是十分重要的，模拟模型通常会低估它们。这项工作中所计算的电力系数（只包括太阳能空调辅助设备，9左右）在实际运行方法中很少能达到。这个研究中所采用的这些固定值形成了最好的实际安装设备。对于小的和中等能力的安装设备(<30kw)，在文献中可以找到多种计算所得的月度量：1.031.45（Marc等人，2010年），1.81（Neyer和Streicher2011年），3.6（Agyenim等2010），4.5（Ayadi等2011），5.4（Vukits等2011）。这些值很大程度上取决于液压系统和控制（特别是冷却塔风扇）。而且他们与分析中所包含的（风机盘管，泵的分布等）都有联系，因此从系数的角度来看，比较也是很难建立的，另一方面，Wiemken等人收集了一些拥有吸收式制冷机的实际太阳能驱动空调系统的系数，发现变化区间为：36。 表5.辅助设备的消耗（KWh/m2·year）辅助设备总共消耗 电力消耗 热泵 冷泵 风机盘管 通风系统 电器 照明180.03 72.01 1.09 10.40 8.08 3.72 25.56 20.368.结论和前景前文展示了在办公楼中应用太阳能空调系统，以及提供的总能量消耗的相关数据。传统的欧洲办公楼被设计得与真是生活中运行相近。由于模拟模型充分考虑了能量消耗，所有的参数和模型的性能都描述了，而且，制造商的数据册中有几乎所有的空调设备的参数。 这个仿真包括了许多模型，通过将问题分为三部分，结构变得更加使人明白：建筑物，排放和分布，产出和储存。在TRNSYS环境中也是这样做的，它的模块性使得在未来的工作中最优化或代替部分设备成为可能。 传统空调和太阳能空调的比较的到了两个冷却设定点。第一个通常在建筑物中可以测算到，而第二个则来自于一个标准传统的空调的总共净能量消耗大约是70kWh/(m2·year)，而太阳能空调下降到50 kWh/(m2·year)，降幅达到了22%。根据加热和冷却产出，这个降幅在能量消耗中是非常可观的，但是对总建筑物的能量消耗有些许影响。此外，更高的冷却设定点使得能量消耗下降5%左右。从能量的角度来看，当建筑物适度地降温，太阳能空调是更加合适的。 太阳能采集器的尺寸依据屋顶的尺寸而设定。这是太阳能空调系统中的一个重要的参数。节省的能量直接与此相关。安装一个大的太阳能采集区能够节省更多的能量。如果没有空间和经济上的限制，太阳能辅助设备将会是能量平衡中的一个重要部分。电力系数对于太阳能系统能量性能是一个重要的指标。 普通的建筑物使用也可以计算出辅助设备的消耗。涉及到总能量，一个关键的因素是辅助设备的能量消耗，而且通常高于加热和冷却所需的能量。正如照明所显示的那样，它们的使用增加了电力消耗并且屋内的冷却负荷。通过使用高效能量电力设备来降低建筑物辅助设备消耗似乎是非常可行的。 这项工作也反映了现在仿真环境的一些局限。如下解释，吸收式制冷机的热力模型没有处理改变的质量流量，也没包括任何动力影响。相比于长时间的平均测量值，系数至少被高估了0.1。低系数可以用于没有优化的系统和控制。而且，实际运行要处理系统故障和其他控制故障，这些在仿真环境中都没考虑到。 已经粗略得到了太阳能空调系统辅助设备的电力消耗的计算。相比与实际运行，仿真的电力系数确实高。比如热力系数，一些现实生活中的问题不能在仿真中实现。除此之外，仿真环境应该要采用精确的管道网络，泵和风机模型来获得一个更加准确的电力消耗计算。对于现行的太阳能空调系统，（精准获得）电力系数是主要的挑战。 最后，用非常相似的方法来处理潜在负荷，并且独立于风机盘管的运行。这将会增加到风机盘管系统模型中来包括理论和潜在的负荷。仿真环境是一个宽泛的建筑物和系统模型，它能够通过改变一些参数或者使用新的照明，通风，太阳能保护，加热和冷却等的方法来计算多种设计模型的潜在的节省的能量。参考文献：1.AEC(2007).Heat&CoolFGcoolingtower. Accessed13 Jul. 2011.2. Agyenim F, Knight I, Rhodes M (2010). Design and experimental testing