本文摘要：摘要在现有教学培养环节，一般只讲解建筑冷热源系统在设计工况下的相关知识，部分负荷下的运行调节作为难点内容很难讲解清楚，而培养高质量的运行管理人员是冷热源机房高效节能运行的关键。在冷热源系统优化设计与运行调节虚拟仿真实验中开发了变工况运行调节模块，介
摘要在现有教学培养环节，一般只讲解建筑冷热源系统在设计工况下的相关知识，部分负荷下的运行调节作为难点内容很难讲解清楚，而培养高质量的运行管理人员是冷热源机房高效节能运行的关键。在冷热源系统优化设计与运行调节虚拟仿真实验中开发了变工况运行调节模块，介绍了建筑冷热源系统虚拟仿真实验模块、冷热源系统变工况运行调节方法、冷热源系统变工况虚拟运行调节及主要设备运行功率计算与显示。基于水泵工作点确定方法这一核心知识点，针对启动工况、设计工况、部分负荷工况，可将冷热源系统的实际调节操作与理论工作点的变化通过人机交互操作直观深刻地展示出来，使学生能掌握部分负荷工况下冷热源输配系统的变流量运行原理与操作。
关键词冷热源变工况运行部分负荷水泵工作点流量调节运行功率虚拟仿真实验教学
0引言
随着我国经济的快速增长及人们对室内舒适度的需求逐渐提高，我国建筑供暖空调系统的能耗日益增加，已占到社会总能耗的20%以上，逐步逼近发达国家30%的水平[1]。我国的能源结构以煤炭为主，大量化石能源的燃烧对环境造成了极大破坏，雾霾现象频繁出现，对人们的健康造成危害。近年来国家在节能减排方面出台了一系列政策，促进了多样化建筑冷热源系统的应用，对设计、施工、运行及管理都提出了新的挑战。建筑冷热源系统是一个复杂的系统，由冷热源主机、室外侧排热设备、用户侧用冷设备、水泵及管路系统组成。
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在教学培养环节，一般只讲解设计工况下的相关知识，部分负荷下的运行调节作为难点内容很难讲解清楚。虽然参观与实习可以给学生提供一个现场学习系统运行调节的真实场景，但很难去实际操作及现场调试系统运行工况。而在工程实践中建筑冷热源系统的设计、运行与评价也都存在着严重脱节现象，由于学校运行调节方面专业教育的缺乏，设计人员设计时，很少考虑运行环节的效果和节能问题，对设计完的项目也很难去跟踪实测运行效果或对设计项目进行评价。
我国还有很多项目的冷热源水系统仍然按照定流量运行，水泵运行节能无从谈起[2]。培养高质量的运行管理人员是冷热源机房节能运行的关键，例如香港太古制冷站主要靠人工运行调节而成为高效节能的制冷站[3]。为了更好地完成冷热源变工况运行调节的教学，本研究在冷热源系统优化设计与运行调节虚拟仿真实验中开发了变工况运行调节模块，本文将详细讲解这个模块的有关内容。
1建筑冷热源系统虚拟仿真实验模块介绍
本研究开发的建筑冷热源系统优化设计与运行调节虚拟仿真实验由4个模块组成，分别为负荷计算模块、设备选型及方案优化分析模块、系统搭建模块、系统变工况运行调节模块。前3个模块完成后，会在三维虚拟场景中搭建好冷热源机房。在此基础上进行冷热源系统启动工况、设计负荷工况、部分负荷工况的运行调节。4个模块的内容简介见文献[4]，本文将针对模块4的内容进行详细说明。
2冷热源系统变工况运行调节方法
2.1变工况运行调节内容
变工况运行调节的目的是满足空调系统对冷热量的需求。空调区域内的热量被空气带入空调末端，空气在空调末端的换热器中与冷水进行热量交换，因此这部分热量又由冷水带入冷水机组，然后通过冷水机组的制冷循环排到室外。根据能量守恒定律可知，冷水机组制冷量应等于所服务空调区域的总冷负荷(外加一定的输送损失)。由于空调区域冷负荷随室外气象和室内热源不断变化，冷水机组制冷量也需随之变化;而冷水机组制冷量调节主要由冷水机组出厂时自带的控制系统完成，冷热源机房运行管理人员只需在控制面板上设定出水温度即可，因此冷水机组制冷量调节不作为虚拟仿真实验的主要内容，只分析它在不同工况下运行功率和效率的改变。
近些年来，冷水机组变流量技术和水泵变频技术越来越成熟，应用越来越广泛。但我国大多数空调冷水系统仍然按照定流量方式运行，因此本虚拟仿真实验将以冷水系统一级泵变流量系统作为展示对象，向学生讲授如何调节冷水流量来满足空调系统的冷量需求，并实现变流量节能运行。
2.2管路系统流量调节方法从前文分析可以看出，变工况调节的主要调节内容为管路内的冷水流量。管路实际运行的水流量取决于水泵性能曲线与管路特性曲线的交点。当水泵选型完成后，水泵性能曲线便确定下来了，只有在水泵上安装变频器进行调节，才能改变水泵性能曲线[56];而调节空调末端电动调节阀、旁通管路电动调节阀、管路系统中的手动阀门等手段能改变管路系统的特性曲线。
3冷热源系统变工况虚拟运行调节
3.1启动操作与启动工况设置启动操作环节的主要目的是使学生掌握冷热源机房的设备启动顺序，在左侧设备列表中自上而下依次点击各设备，则在右边页面中会出现此设备及其控制面板，控制面板是正常尺寸的6倍，以方便在三维虚拟空间中进行操作。学生点击控制面板上的开关即可启动此设备。
4主要设备运行功率计算与显示进行冷热源系统变工况运行调节的主要目的是降低运行能耗，冷热源系统的主要耗能设备是主机和水泵，下面仍然以冷水机组系统为例，给出冷水机组和冷水泵运行功率的计算公式，并分析运行调节过程中各参数的变化对设备运行功率的影响，最后给出设备运行功率的界面显示方式。
5结语
本文介绍了在三维虚拟仿真环境中对冷热源系统变工况运行模块的开发。作为建筑冷热源系统优化设计与运行调节虚拟仿真实验的一部分，在系统搭建完成后，训练了学生按顺序启动系统中所有设备的能力。基于水泵工作点确定方法这一核心知识点，通过阀门调节操作，将水泵工作点从启动工况工作点调节到设计工况工作点，伴随着学生对阀门的操作，界面上实时显示出工作点移动过程，通过这种人机交互的操作，使学生掌握冷热源输配系统初调节的原理与操作。
仍然基于水泵工作点确定方法这一核心知识点，用2种方法分别进行了部分负荷工况调节，界面上实时显示通过调节空调末端阀门改变管路特性曲线引起的水泵工作点变化过程，以及通过调节水泵变频器改变水泵性能曲线引起的水泵工作点变化过程。通过这种人机交互的操作，使学生掌握部分负荷工况下冷热源输配系统的变流量运行原理与操作。分析了调节过程对设备功率的影响，并通过直观的图形显示出来。
参考文献：
[1]江亿，彭琛，燕达.中国建筑节能的技术路线图[J].建筑科技，2012(17)：1219
[2]蔡宏武.实际运行调节下的空调水系统特性研究[D].北京：清华大学，2009：1012
[3]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告2014[M].北京：中国建筑工业出版社，2014：349359
[4]曲云霞，谢晓娜，崔萍.虚拟仿真技术辅助的建筑冷热源系统优化设计实践教学研究[J].暖通空调，2021，51(11)：111115，124
作者：谢晓娜☆崔萍曲云霞张林华
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