空调系统节能优化研究

摘要:空调系统能耗占整个建筑能耗的70%左右,直接关系到建筑节能目标的实现。所以对空调系统的节能问题进行研究非常必要而紧迫。文章指出了目前空调系统节能优化中存在的主要问题,同时简要分析了空调系统节能优化的一些措施。

Abstract: The air-conditioning system energy consumption occupies entire construction energy consumption about 70%, direct relation construction energy conservation goal realization. Therefore conducts the research to air-conditioning system's energy conservation question to be essential and urgent. The article had pointed out present air-conditioning system energy conservation optimizes the subject matter which exists, simultaneously the summary analysis air-conditioning system energy conservation optimized some measures.

关键词:空调系统节能优化

key word: Air-conditioning system Energy conservation optimization

作者简介:王伟:新汶矿业集团设计研究院,助理工程师。地址:山东省新泰市新汶矿业集团,邮编271200

刘钢:淄博智达建筑设计有限公司,助理工程师。地址:山东省淄博市张店区,邮编 255000

一、目前存在的问题:

空调能耗指的是建筑物内空调系统中所采用的一切设备日常运转所消耗的能量。对于一般的空调系统而言,空调能耗主要分为两类:一类是为了消除建筑物内热、湿负荷而提供给空气处理设备冷量和热量的冷、热源能耗,如电制冷设备运行所消耗的电能和锅炉所消耗的煤、油、燃气或电等:另一类是流体输送设备运行时所消耗的电能,如风机和水泵为克服流体阻力而消耗的电能等,称动力能耗。它直接受流体的流量和压力损失大小的影响,其影响因素包括系统形式、温差、流速和设备效率,风、水管道长度等。目前,空调系统节能优化中主要存在以下不足:

1.在设计方面,中央空调的设计过程往往赋予空调系统具有名义工况下的工作能力,是按照最大制冷量来考虑主机和水泵的容量的。冷却水泵、冷冻水泵的流量即冷水机组的容量都是按照最大负荷时的工况来选择。可是在实际运行中,中央空调有90%的时间系统都是在部分负荷工况下运转。这就导致在大多数中央空调水系统中出现大流量、小温差的运行状态,必然造成水泵能量的大量损耗。同时水系统温差的变化,会使主机的运行条件变差、效率降低、能耗增大,进而影响主机的寿命。

2.在控制方面,主机和部分末端装置有自动控制装置,但没有形成中央空调系统的集中控制,总的来说是自动控制水平偏低。当外界环境发生变化,特别是在湿度和房间负荷变化较大时,控制系统调节时间长而浪费能源。

3.在系统优化方面,早期暖通空调系统中的控制主要满足负荷需要,这就势必造成能源浪费。

二、关于空调系统节能优化的措施研究:

针对空调系统减低能耗问题,许多学者进行了优化节能研究,提出各种优化运行策略。在冷、热源设备的节能方面,对冷、热源设备进行优选及优化配置。所谓设备的优选和优化配置,是指相对于工程所在地区能源结构、系统负荷特性等具体条件下,最适合机组的选型和配置。设备选型及配置的优化主要依靠冷水机组或热泵机组的性能系数COP。在水系统输送节能方面,降低水系统输送能耗主要依靠:1.优选水泵,提高水泵的运行效率。2.加大供回水温差,无论是对冷水系统,或是对冷却水系统,一般都是取5℃,但如今为了减小系统流量,降低水泵能耗,有逐步加大供、回水温差,由5℃加大到8℃～10℃的趋向。3.降低水泵扬程,水流流速不宜太高,应采用经济流速,以控制系统的阻力,避免静压损失,水系统的设计应优先考虑采用闭式系统。

(1)、对于变水量冷水机组:在整个空调系统的耗能中,冷水机组的耗能量是最大的,约占空调总能耗的60%以上。因此,优化冷水机组的运行具有重要的研究意义和应用价值。在现有的建筑暖通空调系统中,普遍采用的是多台冷水机组并联运行,好处在于提高了系统灵活性,同时可以减少系统启动电流及部分负荷能耗。20世纪80年代末,J.E.Braun就指出,多台冷水机组并联运行,每台运行机组的冷冻水出水温度相同,即相同机组系统中,每台运行机组提供相同的制冷量,这种控制方式是接近最优的。

(2)、对于循环水泵:有研究表明,给整个水循环系统提供动力的循环水泵耗电量占空调系统耗电量的18%左右,而循环水泵耗电量占整个建筑总耗电量的11.7%左右,所以水泵的能耗高低不仅直接影响空调系统的能耗高低,而且直接影响整个建筑的节能状况。目前循环水泵一般在工频运行,无法随负荷变化而调整,造成极大能量浪费。现今变频调速技术已日趋成熟,被广泛应用在各个领域。有学者对变流量空调系统二次泵四种配置方式的年运行费用进行分析后,得出多泵并联变速运行最节能,同时给出四种配置方式的经济性分析,结果显示相对于单泵定速而言,多泵定速相对回收期最短,而多泵变速相对回收期最长。在变压系统中把压差控制点设在最不利环路的管道上能最大限度地降低水泵能耗。在DDC网络控制下,将传统二次泵系统改进为全变速一次/加压泵系统,取消一、二次环路间的旁通管,水泵的节能效果更加明显。针对常规空调变流量一次/――次泵分布式冷水系统存在的小温差和低效率(特别是部分负荷工况下)的问题,在设计方案时最好采用全变速一次/加压泵分布式冷水系统,这样系统的运行最节能。

(3)、全系统优化:

目前,对于空调系统的节能优化研究都集中在各个设备节能的模型研究上,没有考虑系统中各个设备之间的相互影响。然而,空调系统的运行是由各个设备组成的一个系统,某些设备的优化并不一定就会带来整个系统的优化,而只有整个系统优化了,才能保证系统的节能。所以,在空调系统的节能研究中必须坚持系统化的观点,对整个系统进行优化。