大温差小流量空调系统与传统空调

时间:2022-05-06 02:32:20

大温差小流量空调系统与传统空调

摘要:本文主要通过大温差小流量空调系统与传统空调的综合对比分析,探索空调系统的节能改造措施及节能选择方案。

关键词:传统空调;能耗分析;大温差小流量;节能改造

Abstract: This paper mainly through the comprehensive comparison of the large temperature difference small flow of air conditioning system and conventional air conditioning, energy-saving measures and energy saving options of air conditioning system.

Keywords: traditional air-conditioning; energy analysis; large temperature difference small flow; energy saving

中图分类号:TU831文献标识码:A文章编号:

近年来大温差小流量空调系统方案受到广泛关注,本文主要通过大温差小流量空调系统与传统空调的综合对比分析,探索空调系统的节能改造措施及节能选择方案。

一、传统空调系统运行效率及能耗分析

1、传统空调系统运行主要问题

基本的空调系统是由冷源产生冷量,经风机或水泵输送到房间内,再经送风口,风机盘管等末端空调设备将冷量送进房间,从而保证房间内的环境要求。公共建筑的集中空调系统包括冷源,冷却水系统(包括冷却塔),冷冻水系统,空气处理输送系统(风机盘管,空气处理机组,新风机组)。以往审计的经验来看,公共机构空调系统主要存在的问题主要包括:

1)系统设计不合理,冷热源能耗较高。

2)输配管网水力不平衡,水泵选型偏大。

3)冷却塔耗电,耗水量大。

4)中央空调没有充分利用峰谷电价差等优惠政策,能源费用支出较高。

5)运行管理水平低,系统不能在最佳工况点附近运行,造成能源浪费。

2、空调系统运行能耗分析

我们以中央空调为例对传统空调的能耗进行分析。

中央空调系统中能耗最大的设备属冷水机组,冷水机组按照压缩机的类型分为:往复式(也称活塞式)机组、螺杆式机组和离心式机组,其动力能源为电能和热能(溴化锂机型),按照其额定制冷量和制冷效率,一般的额定输入功率从100kw到1000kw[1]。冷水机组的目的是生产低温(7℃)的冷冻水,所以供(出)水温度的高低直接影响机组的负荷。而末端空气处理机启动的多少也会影响冷冻水的回水温度,回水温度高,机组负荷大。

冷冻水循环泵(简称:冷冻泵)主要提供冷冻水循环的动力,其输入功率一般从11kw到132kw,传统的设计冷冻泵为定流量泵,输出功率恒定不变。冷却水循环泵(简称:冷却泵)主要提供冷却水循环的动力,其输入输入功率一般从11kw到132kw,传统的设计冷却泵为定流量泵,输出功率恒定不变。冷却塔风机主要为冷却水降温提供风力,其输入输入功率一般从3kw到15kw,传统的设计冷却塔风机为恒速风机,输出功率恒定不变。

空气处理机(风机盘管、水冷风柜)是进行室内空气温度调节的末端设备,其中风机提供了室内空气循环所需要的动力,通常采用恒速定风量风机,额定功率从0.5kw到15kw ,但数量较多。新风机、回风机、排风机提供了新风供应、回风和排风的动力,额定功率一般从2kw到55kw。

中央空调的设计往往是按照当地的气象资料(最高/低气温)和建筑物的特点而设计的,并考虑到最大能量(冷/热量)需求,还要预留10%至20%的设计余量,所以主机、水泵、风机都有很大的余量。由于季节的轮转和时间的变化,中央空调全年以最大功率运行的时间很短,一般不足1%,所以大量恒速电机存在很大的节能潜力[2]。没有安装中央集中监控系统的中央空调,因使用管理问题,往往会造成更大的能源浪费。用户的维护意识淡薄也是造成中央空调效率降低的原因之一。

3、传统空调系统主要节能改造措施

目前技术上比较成熟的中央空调节能方案有:

1)水泵、风机等动力设备变频运行以适应系统负荷变化;

2)在满足工业要求或舒适性的前提下,采用变冷冻水温调节方式以适应系统负荷变化;

3)机组启停时间顺序优化控制;

4)智能化管理计算机以提高机组运行管理水平,避免不必要的能量浪费;

5)采用环保节能新风处理系统,减少能量损耗;

6)溶入了中央空调系统运行特性物理数学模型、人工智能和实际运行经验修正等思想;

7)由计算机工作站后台程序实时运行物理数学模型自动寻优,以获取不同负荷、不同室外环境等条件下空调系统最优运行工况;

8)根据现场调试结果和实际运行经验对计算结果进行修订以提高控制准确性,人工智能在对空调区域的负荷预测以及控制系统寻优求解中起到关键性作用。

三、大温差小流量空调系统技术原理分析

大温差小流量空调系统是一个减少空调系统投资,降低能耗的先进观念。大温差可以在冷水侧或冷却水侧实现,也可以在空气侧实现。大温差系统意在水泵、冷却塔的能耗得以降低,从而达到系统运行节能的目的。但同时,也让冷水机组承受相对严苛的工况,才能实现。因此,并非所有冷水机组都可实现大温差。

大温差机组的冷冻水侧应该是向低温的方向进行,因为在流量降低以后,末端的换热系数会相应减小,如果水温保持不变的,那末端的换热量将降低,若要满足室内设计参数的要求,则需要加大末端的换热面积[3]。如果在流量降低的情况下降低冷冻水的供水温度,一拉大末端换热温差来弥补流量降低引起的换热系数减小,则可以做到末端产品可参照常规方案设计。通过理论结合实际选型分析,冷冻水出水温度选择5°C最为恰当。

大温差机组的冷却水侧应该是向高温的方向进行。因为冷却水的低温侧由冷却塔决定,若要大量降低冷却塔的出水温度,则必须加大冷却塔的换热面积,引起初投资的增加,且现行的标准冷却塔温度已经是在湿球温度条件下比较合理的温度,若要进一步降低,可能带来的初投资将急剧增加,且冷却水温度的降低受湿球温度的限制非常明显。所以在冷却水侧应尽量提高冷水机组的冷却水出水温度,并且在冷却塔侧会有25%左右的初投资和运行费用的节约。

四、大温差小流量空调系统节能应用实例分析

当今(2000's)的系统能耗比例一般为:冷水机组约占机房年能耗58%,冷水泵和冷却水泵约占26%,冷却塔约占16%。 若能通过特别的系统设计,减少水泵和冷却塔的耗能,将大大节省运行费用。我们选择一个1800冷吨(6329kW)的酒店空调系统来分析大温差设计的节能效果。

该空调属于上海某一酒店设施,全年空调运行时间为5月至11月。分析软件我们采用System Analyzer 进行系统全年运行模拟分析,计算全年主机水泵和冷却塔的运行能耗。我们可以得出常规和大温差的总体能耗比较。

•常规温差:冷水侧7-12°C冷却水侧32-37°C

•大温差:冷水侧5-13°C冷却水侧32-40°C

由此可见,采用大温差以后,冷却塔的年能耗降低23.1%;水泵的年能耗降低37.2%;冷水机组的年能耗增加7.8%。

以上三项汇总,年冷水机房总能耗降低6.1%。

由此可见,大温差可以有效地优化系统,达到运行节能的效果,它不是着眼于系统中的某一设备,而是作通盘的考虑,追求系统总效率的提升和初投资的降低。

减少初投资,一是可以选择较小的水泵。大温差低流量可以让设计师选用较小的水泵,从而使得投资与运行费用减少。无论在冷水侧或是在冷却水侧,较小的水泵在部分负荷时的节能会比常规温差更有优势。二是可以选择更小尺寸的管路,节省初投资。大温差设计后,系统流量减小,则所需的钢管直径也会相应变小,这样在同样冷量情况下,可以大大节省钢管材料的费用。我们对不同冷量下5°C温差与8°C温差的冷水管的管径进行了分析,得出1800RT~10RT内不同的冷量下大温差系统可节约管路费用平均为30%。对于不同的项目,不同管径的管道所占的比例各不相同,平均节省的费用约在25-35%之间。三是通过减少冷却塔的数量,节省初投资。大温差设计后,冷却水的流量减小,冷却水和空气的换热温差加大。通过实际项目的冷却塔选型可以得出结论,大温差的冷却水设计平均可以比常规系统节约25%的冷却塔数量。

总结:综上分析可知,与传统空调系统比较,大温差的目的是优化空调系统各设备间的能耗配比,在保证舒适度的前提下减少冷量输配的能耗,或是减少冷却塔和末端空调箱的能耗,同时降低系统初投资。同时在推广大温差小流量空调系统方案时,需考虑以下几方面内容。一是水系统不同,最优化的工况可能不同,具体取决于空调负荷特点、外部环境、设备性能等。二是冷水机组应能够在宽广的蒸发温度与冷凝温度范围内可靠地运行,并保持较高的制冷效率。三是水流量不是越小越好,水泵及冷却塔节省的能耗应大于空调设备传热效率可能下降所增加的能耗。

参考文献:

[1]伊亚夫,张慧勇.浅析大温差小流量的空调水系统[J].黑龙江科技信息,2009,(28):37.DOI:10.3969/j.issn.1673-1328.2009.28.037.

[2]任庚坡.地面采暖混水泵小流量大温差运行特性与节能性分析[J].上海节能,2010,(5):23-27.

[3]朱庭浩,荆国政.区域水源热泵取水大温差经济性分析[J].制冷空调与电力机械,2011,32(6):58-60,57.DOI:10.3969/j.issn.2095-3429.2011.06.014.

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