试析空调水系统的模拟和节能调节研究

【摘 要】随着工业化进程的加快发展，加重了我国社会资源的压力，节能减排已成为全社会普遍关注的热点问题，空调能耗是建筑能耗的重要组成部分，因此对空调系统进行节能研究具有重要的现实意义和研究价值。水系统和风系统是空调系统的两个主要组成部分。通过计算机模拟对空调水系统各部件的性能模拟，可以预先研发整个空调水系统的节能调节方案，不断大大缩短了产品开发周期，节省了实验费用，还能避免原材料的浪费，践行了可持续发展的原则。

【关键词】空调水系统；计算机模拟；节能

空调系统，尤其是中央空调系统目前已在国内的各式民用住宅和公用住宅建筑中得到广泛应用，以致近年来建筑能耗逐年增长。因此国内外相继制定了节能法规和建筑能量管理系统的标准。随着空调水系统由定流量向变流量的发展，在节能上已有了重大突破，但是在空调水系统的实际运行中，对整体性能的提升和节能优化上还有很大的上升空间。本文将以空调水系统节能的重要性为切入点，着重分析空调水系统模拟对于节能调节的作用和意义。

一、空调水系统的模拟

（一）空调水系统模拟的定义：计算机模拟即用数学形式（由能量、质量和动量等方程组成的方程组）表达空调水系统的运行规律，以计算机的求解，描述空调水系统的实际工作过程[1]。分布参数方法和集中参数方法是空调系统最常用的两种模拟方法。集中参数方法可用于空调系统的整体模拟，为其整体系统的控制和调节提供有效参考和指导；分布参数方法主要用于对空调系统部件实际工作过程、动态特性的模拟和部件的性能的优化分析。

（二）模拟在空调系统中的应用[2]：（1）用于新产品的开发，设计新空调产品的控制装置和设备的性能。（2）用于空调系统的控制。测试新空调的控制装置是否能正常运行，确保空调装置能正常发挥其功效。（3）用于空调系统的整体优化。通过对整个空调装置各部分的性能和运行规律进行模拟，再将其进行系统的耦合，以达到对空调整体性能的优化和分析。

二、空调水系统的模拟和节能调节

空调水系统主要构成设备有制冷机组、冷冻和冷却循环水泵、冷却塔以及风机盘管等末端设备。

（一）制冷机组的模拟和节能调节。（1）制冷机组的组成部件主要有蒸发器、压缩机、节流元件和冷凝器等。通过对这些组成部件构建数学模型，然后进行离散、差分处理并编程，依据空调水系统运行的流程，对其出入口参数进行耦合，构成制冷机组的模拟模型，通过模拟整个制冷机组在正常或非正常状况下的运行规律，对制冷机组的节能性进行改进和调整，使其达到最优状态。

用稳态集中参数法，对离心式制冷机组进行稳态模拟。建立单级离心式制冷机组给定卸载模型，双级离心式制冷机组满负荷运行的稳态模型和控制蒸发器出水温度的部分负荷模型，通过模拟和试验，验证模型的可行性，并对模拟结果和性能进行分析[3]。

（二）风机盘管的模拟和节能调节。表冷器和风机是风机盘管的主要构件，对风机盘管的模拟主要是通过对表冷器的传热性能的模拟，来分析影响风机盘管换热量的因素进行分析；另外风机盘管的控制和调节也是节能调节的重要内容，它对系统的优化节能有着重要的左右。例如IC卡计费的机盘管控制装置的出现，实现了风机盘管变流量的自动控制，它能根据室内熟湿状况和设定值的差别数字化调节风机盘管的三档风速，同时计算风机盘管的耗冷量，并自动在用户账户扣除费用。

基于效能一传热单元数法，建立风机盘管的简化叉流换热器模型，采用最小传热量法进行模拟，通过实验结果比较，验证模型的可行性。且对风机盘管的调节和节能进行研究分析[4]。

（三）冷却塔的模拟和节能调节。冷却塔主要用于冷却制冷机组的循环冷却水，确保制冷机组能正常发挥其功能。关于冷却塔中空气与水的传热传质过程的计算方法，一直是专家和学者们进行冷却塔模拟研究的重点。关于冷却塔的节能调节，国内外的研究主要集中在：（1）优化冷却塔体的结构和内部构件的布置，实现塔内气、水的均匀分布，减小阻力，提高运行效率；（2）对进入冷却塔前的高温水，进行“预处理”后再进入塔内，可增大与空气的接触面积和时间，实现节水、节能；（3）改进冷却塔的运行方式，把变频装置应用到了冷却塔，可以节约风机的能源，减少能耗。

建立逆流机械通风式冷却塔的简化逆流换热器模型，对冷却塔的控制模式进行模拟分析，提出节能途径。

（四）从理论上分析，空调水系统中水泵的变频节能是最具有节能潜力的。水泵的变频节能方法有很多，主要的调节目的就在于降低对制冷机组的影响，即制冷机组流量变化多大范围内水泵变频节约的能量大于由于制冷机组没有在额定工况下工作而多耗的能量是进行水泵模拟调节的重点。总之，水泵变频有很好的节能效果，在技术上具有可行性，但在采用水泵变频技术前，应通过模拟进行水泵的节能分析。

（五）空调水系统的节能调节。质调节和量调节是空调水系统节能调节的关键。因为空调水系统各部件联系密切，通过各部件的节能调节，减少空调水系统总能耗，在理论上是可行的。但是，在实际运行中单一部件的优化和节能，换取的是其它部件能耗增加，因此分析空调水系统的质调节和量调节对各部件的影响以及节能调节情况是很有必要的[5]。

三、结束语

综上所述，空调系统是建筑能耗的大户，通过计算机模拟空调水系统的工作过程，已成为改进空调水系统部件或设备性能及系统整体优化节能的重要手段，它对于新产品的研发和现行产品的运行检测优化有着无可比拟的优势。随着科学技术的日新月异和人们节能意识的普遍增强，相信空调水系统的模拟和节能调节技术可以得到更广泛、更深入的应用，促进社会的可持续发展。

参考文献：

[1]易伟，周恩泽.PID控制器在变流量空调水系统中的应用节能分析[J].制冷与空调（四川），2012，26（5）：453-457.

[2]高志强，何焰，刘金等.威海市国际商品交易中心项目的空调设计[J].暖通空调，2008，38（6）：54-56.

[3]高亚锋，李百战，陈玉远等.一次泵空调冷水系统的水力特性与节能分析[J].土木建筑与环境工程，2010，32（6）：100-104.

[4]秦继恒，安爱明.空调水系统水力平衡调节[J].暖通空调，2012，42（9）：100-104.

[5]刘新民.暖通空调水系统调节与主机节能控制[J].建筑热能通风空调，2009，28（3）：65-67，32.