中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行策略研究

1、中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行策略研究Centralair-conditionsystemsaveenergyrunsthetacticsaresearch摘要：本文通過對(duì)某大型國際機(jī)場中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行方案的研究，分別對(duì)空調(diào)系統(tǒng)中各種技術(shù)要素對(duì)運(yùn)行方案的影響作出了分析。Abstract:ThistextpassestheresearchtothePudonginternationalairportcentralairconditionsystemsaveenergyprojectofoperation,istotheairconditionsystemvarioustechniquemainfac

2、tortotheinfluenceoftheprojecttomakeanalysis.關(guān)鍵詞：中央空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析節(jié)能運(yùn)行方案Keywords:centralairconditionsystem,economicanalysissaveenergy,projectofoperation1.引言隨著城市化進(jìn)程及城市的大規(guī)模發(fā)展，建筑能耗已占總能耗的25%,達(dá)到夏季電網(wǎng)峰值負(fù)荷30犯上， 能耗的增長也已占終端能耗增長量的37%成為能源消費(fèi)增長的主力。建筑能耗各主要構(gòu)成中，采暖、空調(diào)系統(tǒng)能耗約占建筑總能耗的65%因此，空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行節(jié)能措施始終為物業(yè)管理人員所關(guān)注， 近年來大力宣傳貫徹 二 個(gè)

3、國 家 和 地 方 標(biāo) 準(zhǔn)GB/T17981-2000 空 氣 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 經(jīng) 濟(jì) 運(yùn) 行 和DB31/255-2003集中式空調(diào)(中央空調(diào))系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行與管理技術(shù)要求。上述標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了設(shè)備、系統(tǒng)的技術(shù)性能要求，還提出了優(yōu)化運(yùn)行控制等具體節(jié)能措施和運(yùn)行管理技術(shù)要求。空調(diào)系統(tǒng)的能耗主要由制冷機(jī)組、冷凍水和冷卻水輸送系統(tǒng)、空調(diào)末端設(shè)備三部分組成， 這三者是相互關(guān)聯(lián)的。 其中制冷機(jī)組的能耗在空調(diào)系統(tǒng)中所占的比例最高，如何提高制冷主機(jī)的運(yùn)行效率，使之能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能運(yùn)行受到高度重視。某 大 型 國 際 機(jī) 場 能 源 中 心 配 置 了4臺(tái)14MW(4000RT)OMI組 和2臺(tái)4.2MW(12OO

4、RT)YK離心式水冷式冷水機(jī)組和4臺(tái)5.2MW(15OOR碟化鋰吸收式冷水機(jī)組，我們根據(jù)對(duì)6臺(tái)離心式機(jī)組的驗(yàn)收調(diào)試工作所得到的數(shù)據(jù)計(jì)算分析，掌握了機(jī)組的技術(shù)性能和運(yùn)行管理特點(diǎn)，并且結(jié)合機(jī)場建筑的負(fù)荷特性，設(shè)計(jì)制定了浦東國際機(jī)場空調(diào)系統(tǒng)及冷水機(jī)組的節(jié)能運(yùn)行萬案。2 .冷水機(jī)組滿負(fù)荷及部分負(fù)荷性能從已測(cè)得的數(shù)據(jù)分析，反映出機(jī)組有如下性能特點(diǎn)。機(jī)組的滿負(fù)荷測(cè)試結(jié)果符合原設(shè)計(jì)值，機(jī)組在實(shí)際工況下的性能達(dá)到了產(chǎn)品性能標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)系統(tǒng)的高效、可靠運(yùn)行是有利的，同時(shí)也為系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行提供了計(jì)算依據(jù)。機(jī)組型式COP能耗指標(biāo)W/WOMB組5.390.192YK機(jī)組5.250.205O皿冷水機(jī)組的部分負(fù)荷測(cè)試結(jié)果表明

5、：主機(jī)的COP直不是隨著負(fù)荷的變化呈線性變化的，隨著負(fù)荷的減小，主機(jī)的COP值逐漸增加，在約80%勺部分負(fù)荷狀態(tài)下達(dá)到最大值，然后隨著負(fù)荷的繼續(xù)減小，COP值逐漸減小，這為尋求機(jī)組的最佳運(yùn)行狀態(tài)提供了相應(yīng)的依據(jù)。詳見圖l。負(fù)荷率圖l3 .空調(diào)負(fù)荷的變化由于室外氣溫的變化，空調(diào)負(fù)荷分布是不均勻的，不同的建筑負(fù)荷情況有所不同，但是基本符合以下的分布規(guī)律。表1空調(diào)負(fù)荷的全年分布冷負(fù)荷率75100%5075%2550%25%占總運(yùn)行時(shí)間的比例10%50%30%10%由此可以看出空調(diào)系統(tǒng)的絕大部分時(shí)間是在部分負(fù)荷下運(yùn)行的。如何改善空調(diào)主機(jī)及輸送系統(tǒng)的性能， 運(yùn)行管理人員必須使系統(tǒng)能夠在空調(diào)部分負(fù)荷條件下

6、高效運(yùn)行。例如系統(tǒng)需要的供冷量為33600KW可以采用幾種組合方式：3臺(tái)OM機(jī)組工作，每臺(tái)的負(fù)荷率為80%主機(jī)總耗為：N=2035X3=6105kWb.4臺(tái)0喇 組 工 作 ， 每 臺(tái) 的 負(fù) 荷 率 為60%主 機(jī) 總 能 耗 為：N=1923.4X4=7693.6KW3臺(tái)0M機(jī)組工作，l臺(tái)的負(fù)荷率為100%,2臺(tái)的負(fù)荷率為70%主機(jī)總能耗為：N=2602+1882.4X2=6367KW比較三種方案可見a為最佳，并且與耗能最大的方案b可以相差23%這種比較是有必要的。對(duì)于O喇組，由于其在部分負(fù)荷條件下的COPf對(duì)較低，例如在負(fù)荷率60%T況下運(yùn)行，其能耗為N=l923.4KW,而輸出相同冷量

7、的2臺(tái)YK機(jī)組此時(shí)可以滿負(fù)荷運(yùn)行，其能耗為：N=773.6X2=1547.2kW兩者相差約22%可見在不同負(fù)荷條件下合理配置運(yùn)行設(shè)備對(duì)降低能耗是至關(guān)重要的。4 .冷凍水系統(tǒng)對(duì)制冷機(jī)組運(yùn)行能耗的影響冷凍水溫的升高可以使冷水機(jī)組的蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度相應(yīng)升高， 從而提高主機(jī)的制冷效率增加制冷量，并且降低單位制冷量的功耗。變冷凍水溫時(shí)機(jī)組測(cè)試結(jié)果見表2。表2變冷凍水出口水溫測(cè)試結(jié)果機(jī)組型號(hào)實(shí)測(cè)冷凍水溫制冷量KW電機(jī)輸入功率KW實(shí)測(cè)COFW能耗指標(biāo)W/WOM9.5C14868.92599.75.720.1758.7C14868.92606.965.700.1757.6C14226.12539.745.6

8、00.1786.8C13923.426266.965.300.1895.6C13923.42567.365.420.1844.4C11423.32174.865.250.190變冷凍水溫的冷水機(jī)組特性圖2OM型冷水機(jī)組變冷凍水溫測(cè)試結(jié)果表明，隨著冷水機(jī)組的出口冷凍水溫升高，冷水機(jī)組的制冷量逐漸增加，COP直上升，從4.4到9.5C,冷凍水溫升高了5.1C,冷水機(jī)組的冷量增加了30.2%,COP直上升了79%但是，必須注意冷凍水溫的升高將降低空氣處理設(shè)備的除濕能力，使供冷品質(zhì)降低，影響室內(nèi)空氣品質(zhì)。不僅增大單位冷凍水輸送功耗，而且受空調(diào)處理設(shè)備的換熱面積的制約。5 .冷卻水系統(tǒng)對(duì)制冷機(jī)組運(yùn)行能耗

9、的影響冷卻水溫的升高將使冷水機(jī)組的冷凝壓力和冷凝溫度升高，從而降低主機(jī)的制冷性能，制冷量降低，并且COP直降低。變冷卻水溫時(shí)機(jī)組性能測(cè)試結(jié)果見表3。表3變冷卻水溫冷水機(jī)組性能測(cè)試結(jié)果機(jī)組型號(hào)冷卻水溫 C制冷量 kw輸入電功率 kwCOP能耗指標(biāo)W/W4#OM27.814868.92599.705.720.17528.514868.92606.965.700.17530.214226.12539.745.600.17831.613117.02569.705.100.19332.712608.52638.004.780.200變冷卻水溫的冷水機(jī)組特性圖3OM型冷水機(jī)組冷卻水溫測(cè)試結(jié)果表明：隨著冷水

10、機(jī)組進(jìn)口冷卻水溫升高， 冷水機(jī)組的制冷量逐漸下降，其COP值逐漸降低，從27.8C到32.7C,冷卻水溫升高了4.9C,冷水機(jī)組的冷量減小了15.2%,COP0降低了14.3%。6.冷凍水溫和冷卻水溫同時(shí)變化時(shí)的綜合分析通過以上的工作，根據(jù)相似原則，我們可以推導(dǎo)出在不同的冷卻水進(jìn)口溫度和冷凍水出口溫度下的制冷主機(jī)的性能參數(shù)。詳見表4表40咖組制冷量變化系數(shù)表機(jī)組型號(hào)冷凍水溫C冷卻水溫C33323029280M9.50.9420.9791.0621.1111.1119.00.9420.9791.0621.1111.1117.50.9010.9371.0161.0621.0627.00.8820.

11、9180.9951.0401.0405.50.8820.9180.9951.0401.0404.50.7240.7530.8160.8530.8537.機(jī)場的空調(diào)系統(tǒng)能耗分析及節(jié)能運(yùn)行技術(shù)方案的制定國際機(jī)場航班旅客進(jìn)、出港時(shí)間約1820小時(shí)，并且為其服務(wù)的綜合工作區(qū)工作時(shí)間約10小時(shí)，這樣空調(diào)系統(tǒng)日負(fù)荷有較大的峰谷差，對(duì)于能源中心的冷水機(jī)組來說會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)負(fù)荷高峰：一是開機(jī)時(shí)需要負(fù)擔(dān)建筑的蓄熱負(fù)荷，二是需要負(fù)擔(dān)戶外氣溫和太陽輻射綜合作用后帶來的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大空調(diào)冷負(fù)荷以及室內(nèi)旅客、各類發(fā)熱設(shè)備的得熱負(fù)荷。在制定過渡季節(jié)及高峰負(fù)荷時(shí)段的運(yùn)行策略時(shí)我們綜合考慮了以下要點(diǎn)：a）通過測(cè)試和分析航站樓運(yùn)

12、行巡檢記錄得到航站樓內(nèi)環(huán)境溫度與外部環(huán)境的溫差以及在各種氣象條件下的供冷量、冷凍水溫度、流量等技術(shù)參數(shù)，作為制定運(yùn)行策略的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。b）結(jié)合機(jī)場航班的情況確定合適的開機(jī)時(shí)間。根據(jù)機(jī)場目前的營運(yùn)情況，凌晨開機(jī)早些，此時(shí)戶外的空氣干、濕球溫度較低，太陽輻射得熱的影響也小，這樣的環(huán)境工況對(duì)冷卻塔的工作有利，從測(cè)試結(jié)果可以看出較低冷卻水溫能提高主機(jī)的COP（直，制冷主機(jī)的運(yùn)行效率較高。c）要充分利用管網(wǎng)中冷凍水所蓄冷量，這部分能量的合理利用從兩個(gè)方面有利于制冷機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，一方面在啟動(dòng)制冷機(jī)組前約1小時(shí)啟動(dòng)冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，與空調(diào)末端設(shè)備進(jìn)行熱交換，帶走部分建筑的蓄熱負(fù)荷。與此同時(shí)提高了冷凍水回水溫度

13、，從而也相應(yīng)提高了機(jī)組的蒸發(fā)溫度，使機(jī)組在較高的效率區(qū)間運(yùn)行。另一方面生產(chǎn)這部分冷量的時(shí)間一般在晚間22:00次日凌晨1:00時(shí)間段內(nèi)。這個(gè)時(shí)間段的電價(jià)為谷時(shí)電價(jià)，有利于降低運(yùn)行成本。d）從制冷機(jī)組的全性能曲線可以看出，在約80%-85%勺部分負(fù)荷時(shí)，冷水機(jī)組的效率最高，可見使冷水機(jī)組處在約80%-85%勺部分負(fù)荷狀態(tài)是主機(jī)節(jié)能的有效途徑。運(yùn)行管理人員必須根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備的效率合理配置機(jī)組及輔機(jī)，盡量使整個(gè)系統(tǒng)能夠處于最優(yōu)的部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。e）在一定范圍內(nèi)降低冷卻水溫有利于提高制冷機(jī)組的運(yùn)行效率，但是受多方面因素的限制，如氣象條件、冷卻塔效率等，從而使冷卻系統(tǒng)能耗上升，必須在冷卻系統(tǒng)能耗與主機(jī)的

14、能耗之間尋求新的平衡點(diǎn)。從測(cè)試結(jié)果可以看出，在30c以下，制冷機(jī)組的冷卻水進(jìn)口水溫對(duì)機(jī)組能耗影響不大；當(dāng)水溫為30.2C時(shí)，其能耗指標(biāo)比31.6C時(shí)減少8.4%,比32.7C減少12.4%?？梢妼⒗鋮s水溫控制在30c左右，對(duì)提高冷水機(jī)組的運(yùn)行效率是較為有利的。f）冷凍水溫的高低直接影響空調(diào)系統(tǒng)的供冷品質(zhì)，尋求合理的冷凍水溫不但要考慮冷水機(jī)組的性能，而且要兼顧空調(diào)末端設(shè)備的換熱性能、去濕能力及輸水能耗。降低水溫對(duì)于空調(diào)箱中表冷器的換熱是有利的，對(duì)表冷器傳熱系數(shù)K值的影響不大，主要是通過增大冷凍水與空氣的溫差來體現(xiàn)，但是降低水溫會(huì)使冷水機(jī)組的制冷量降低，能耗指標(biāo)增力口，這是不利的。從測(cè)試的結(jié)果可以

15、看出，在滿負(fù)荷的情況下，不宜將空調(diào)的冷凍水溫度設(shè)置過低，一般設(shè)定在約6,57.5C較為合理， 不但可以確保合理的水一空氣傳熱溫差，也可以使冷水機(jī)組的運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)，這與平常要求的空調(diào)冷凍水溫度設(shè)定在7c是較為吻合的。但是在部分負(fù)荷情況下，冷凍水的溫度可以結(jié)合氣候條件（環(huán)境溫度、濕度及空調(diào)空間的去濕要求）及冷卻塔的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整，在相同的干球溫度下，60%RH匕90%RK件可提高約1C冷凍水供水溫度，提高制冷效率約1.5%。g）控制較大的冷凍水（冷卻水）溫差對(duì)降低系統(tǒng)的運(yùn)行能耗和設(shè)備的初投資都有影響，通常冷凍水供、回水溫差設(shè)計(jì)為5C,供冷量與供、回水溫差及冷凍水流量有關(guān)，計(jì)算公式如下：Q=MCP

16、T式中：設(shè)CP為常數(shù)。若所供冷量Q不變，可采用增大流量M而降低溫差A(yù)T的方法（即增加輸送功耗而減少機(jī)組功耗） ， 又可采用增大溫差A(yù)T而降低流量M的方法 （即增加機(jī)組功耗而減少輸送功耗），而這兩種方法的系統(tǒng)總能耗可能并不相等。特別是在部分負(fù)荷（或管網(wǎng)輸送功耗相對(duì)較大系統(tǒng)）條件下，控制較大的冷凍水（冷卻水）溫差對(duì)系統(tǒng)有明顯的節(jié)能效果。011111020406080100制冷量但是在運(yùn)用大溫差/小流量系統(tǒng)運(yùn)行方案時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：a）根據(jù)不同水系統(tǒng)， 設(shè)計(jì)相應(yīng)的運(yùn)行方案， 水系統(tǒng)相對(duì)輸送能耗越大,其效果越明顯，具體取決于空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)、設(shè)備性能、系統(tǒng)阻力等。b）機(jī)組要具有能在較寬的蒸發(fā)溫度、冷凝溫

17、度范圍內(nèi)高效、安全、可靠運(yùn)行特性。c）水流量不能過小，須根據(jù)設(shè)備的特性進(jìn)行校核計(jì)算后，確定合適的流量、溫差和供水溫度。d）末端空調(diào)表冷器在變工況條件下的性能變化， 選取機(jī)場一臺(tái)42000n3/h風(fēng)量的空氣處理機(jī)組 （表冷器4/10/FL）為例， 設(shè)定進(jìn)口空氣干球溫度26C,濕球溫度21.2C,迎面風(fēng)速2.5m/s,水流速1.4m/s,冷凍水進(jìn)口溫度7c（標(biāo)準(zhǔn)工況） 供冷量Q274kw（額定工況）供冷量隨進(jìn)口水溫變化情況如下表：供冷量 kw328.8301.4274246.6219.2191.8164.4137.0進(jìn)口水溫 C r3.8P5.47.08.51011.613.014.6額定值120

18、% 110%100%90%80%70%60%50%e）表冷器工況隨冷凍水溫差變化情況如下:表冷器的熱交換計(jì)算公式如下：Q=KFLMTD設(shè)式中傳熱系數(shù)K不隨溫差的變化而改變，傳熱面積F不改變,則表冷器的熱交換量Q僅與空氣與水的對(duì)數(shù)平均溫差LMT*關(guān)TD2-TD1TD2LnTD1式中TD1、TD2分別為表冷器的進(jìn)水端和出水端的空氣與水的溫差。在設(shè)計(jì)工況條件下：LMTD=空氣-冷凍水溫差一一空氣溫差 5 度溫差 6 度冷凍水5c溫差（12/7C）LMTD=9.44C冷凍水7c溫差（13/6C）LMTD=9.69C可見末端空氣處理設(shè)備表冷器運(yùn)用大溫差/小流量運(yùn)行，是能滿足空氣處理熱交換要求的。8.結(jié)論目前大部分建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)備配置都存在著一定的裕度，而空調(diào)系統(tǒng)全年絕大部分時(shí)間是在部分負(fù)荷條件下運(yùn)行，運(yùn)行管理部門可根據(jù)建筑、設(shè)備的技術(shù)特性，得到樓內(nèi)環(huán)境溫度與外部環(huán)境的溫差以及