办公建筑中采用可变制冷剂容量的空调系统，并结合了相变材料天花板的设计控制策略

《Journal of Building Engineering》：Control Strategy for Variable Refrigerant Volume Air Conditioning System in an Office Building integrated with Phase Change Material Ceiling

本研究在广州某办公楼中整合相变材料（PCM）天花板与变容量（VRV）系统，优化控制策略以实现峰谷负荷转移。结果表明，采用25-35℃中温PCM可降低夏季空调能耗6.19%，结合预冷却与峰谷电价策略，使电费减少27.4%，碳排放降低16%，峰谷负荷转移率达59.1%，验证了该系统的节能减排有效性。

　　

李一琳|曹洪鹏|宗世智|林雅琳|张海宗|叶莉|乔·达克瓦

上海科技大学环境与建筑学院，中国上海200093

摘要

为了减少全球建筑能源消耗和碳排放，本研究将相变材料（PCM）天花板与变制冷剂容量（VRV）系统结合应用于中国广州的一栋办公楼中，并探讨了其实现削峰填谷效果的控制策略。开发了该集成系统及建筑物的理论模型，并通过现场测量获取了系统的运行数据。EsdCore平台收集的数据表明，在典型的炎热夏季工作日，空调能耗的峰谷比高达2:1，显示出显著的削峰潜力。使用EnergyPlus 9.5.0软件对不同控制策略下的系统能源性能进行了模拟研究。主要评估指标包括节能率、灵活能源使用指数（FEUI）、高峰负荷转移率、电力消耗和碳排放因子。与其他PCM熔化温度范围相比，中等温度PCM（25–35°C）可实现6.19%的能耗降低，从而有效改善室内环境的热稳定性。建议采用一种优化控制策略（Optimized Condition I），即在23°C下预冷一小时，并结合分时（TOU）电价制度。该策略在保证热舒适度的同时，将整个冷却季节的能耗降低了16%，碳排放减少了16%，电力成本降低了27.4%，并实现了59.1%的高峰负荷转移率。

章节摘录

引言

全球建筑行业正在快速发展，随之而来的是建筑领域能源消耗的持续增加[1]。值得注意的是，70%的生命周期碳排放发生在运行阶段，其中供暖、通风和空调（HVAC）系统占总量的30–60%[2]。在所有建筑类型中，办公楼由于运行时间较长、设备使用频繁以及热量需求较高，面临最为严重的能源消耗问题。

案例建筑与系统描述

如图1(a)所示，选择了中国广州的一栋典型办公楼作为案例研究对象。该办公楼的外部围护结构主要采用玻璃幕墙形式，这种结构在炎热夏季和温暖冬季地区的办公楼中较为常见。广州属于炎热夏季和温暖冬季地区，具有亚热带季风气候特征[33]。最热月份的最高温度约为39°C。

相变材料温度的确定

Cabeza等人[51]根据相变温度范围将建筑用PCM分为三类：（1）低温PCM（<21°C）；（2）中低温PCM（22–28°C）；（3）中高温PCM（29–60°C）。

如图9所示，根据相变温度范围选择了三种具有经过验证的热物理特性的PCM——低温[52]、中低温[53]和中温[54]——并应用于该系统中。

结论

通过PCM天花板的集成应用和VRV系统的优化，本研究为炎热夏季地区的玻璃幕墙办公楼提供了综合节能方案。主要研究结果总结如下：

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通过优化与室内热循环相一致的潜热储存，中温PCM（25-35°C）在广州环境中取得了最佳效果，使冷却季节的能耗降低了6.19%（5,324.91 kWh vs 5,676.13 kWh）。

作者贡献声明

曹洪鹏：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化处理、数据整理。李一琳：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、监督、资源协调、资金获取、概念构思。林雅琳：监督、方法论设计。宗世智：初稿撰写、验证、软件开发、方法论设计。张海宗：撰写 – 审稿与编辑、项目管理工作。叶莉：撰写 – 审稿与编辑、项目管理工作。乔·达克瓦：撰写 –

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号52008245）、教育部生态与节能研究重点实验室（项目编号20230102）以及上海Sailing计划（项目编号20YF1432000）的资助。