質(zhì)調(diào)節(jié)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

質(zhì)調(diào)節(jié)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1調(diào)節(jié)冷源系統(tǒng)的冷量與傳統(tǒng)的中央供暖系統(tǒng)（sd）相比，該系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單的初投資和建筑空間、節(jié)約的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本、改善建筑外觀、改善城市生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、覆蓋巨大，大量能量損失。因此,采用合理的措施使制冷機(jī)、末端空調(diào)設(shè)備和水泵節(jié)能運(yùn)行,對(duì)降低空調(diào)費(fèi)用具有重要的意義。實(shí)踐表明,實(shí)際空調(diào)負(fù)荷多數(shù)時(shí)間只為設(shè)計(jì)負(fù)荷的40%～80%,而且空調(diào)設(shè)備也有很大的富裕量,這就需要冷源系統(tǒng)根據(jù)室外氣象參數(shù)的變化對(duì)供冷量進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前供冷系統(tǒng)的冷量調(diào)節(jié)有兩種調(diào)節(jié)方式:一種是量調(diào)節(jié),即保持冷凍水的溫度恒定,調(diào)節(jié)冷凍水流量;另一種是質(zhì)調(diào)節(jié),即保持冷凍水的流量恒定,調(diào)節(jié)冷凍水溫度。本文擬對(duì)某大學(xué)城區(qū)域集中供冷系統(tǒng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)方式,通過理論分析得到理想的理論調(diào)節(jié)溫度曲線,提出合理的調(diào)節(jié)方式,論證質(zhì)調(diào)節(jié)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。2質(zhì)量控制2.1負(fù)荷率的變化空調(diào)系統(tǒng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)方法供冷應(yīng)嚴(yán)格按質(zhì)調(diào)節(jié)原理確定出不同工況下冷源的供回水溫度,將其繪制成曲線,進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)。其原理是當(dāng)供冷系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行時(shí),如不考慮輸送過程中的能量損失,系統(tǒng)應(yīng)遵循以下原則:系統(tǒng)供冷量=空調(diào)末端設(shè)備的供冷量=用戶的需冷量依據(jù)上述原則,當(dāng)室外氣象參數(shù)發(fā)生變化的時(shí)候,空調(diào)房間的需冷量也隨之發(fā)生變化(室內(nèi)溫度按規(guī)范規(guī)定不變),即區(qū)域供冷的冷源供冷量也必須隨室外溫度的變化而變化。在質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中只是改變供回水溫度,而系統(tǒng)流量不變,所以在不同的冷負(fù)荷下,到底供多少的冷量才能滿足用冷用戶的需求,確切地說,供回水溫度到底為多少時(shí)供熱量恰好與需冷量處于平衡,這就要了解負(fù)荷率的概念。負(fù)荷率為運(yùn)行調(diào)節(jié)時(shí)用戶的冷負(fù)荷與設(shè)計(jì)冷負(fù)荷的比值,即:Q—=QQ0=cG(tw2?tw1)cG(TW20?tw10)=tw2?tw1tw20?tw10(1)Q—=QQ0=cG(tw2-tw1)cG(ΤW20-tw10)=tw2-tw1tw20-tw10(1)式中Q——Q———負(fù)荷率Q——在不同室外溫度下的冷負(fù)荷Q0——在室外設(shè)計(jì)溫度下的冷負(fù)荷c——冷凍水的比熱容G——冷凍水的質(zhì)量流量tw1、tw2——質(zhì)調(diào)節(jié)時(shí)冷凍水的供回水溫度tw10、tw20——設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)冷凍水的供回水溫度2.2總冷負(fù)荷設(shè)計(jì)以某大學(xué)城區(qū)域供冷的教室為例進(jìn)行計(jì)算,教室面積150m2,為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能政策,設(shè)計(jì)室內(nèi)溫度為26℃,相對(duì)濕度為60%,總設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為35kW。當(dāng)室外氣象參數(shù)變化時(shí)(為簡(jiǎn)化計(jì)算,只考慮室外溫度變化,相對(duì)濕度假定不變),室內(nèi)冷負(fù)荷情況如表1所示。整個(gè)教室安裝4臺(tái)風(fēng)機(jī)盤管,選取風(fēng)機(jī)盤管型號(hào)為YGFC-12S,標(biāo)況下每臺(tái)風(fēng)機(jī)盤管冷凍水進(jìn)/出水溫度為7℃/12℃,全熱冷量和顯熱冷量分別為10.55kW和7.82kW,水流量q0=0.5l/s,風(fēng)量為2000m3/h。2.3冷凍水回水溫度計(jì)算由文獻(xiàn)通過數(shù)據(jù)擬合,得出冷水進(jìn)口溫度tw1與負(fù)荷率Q—Q—的關(guān)系式為:tw1=23.8?17Q—0.6≤Q—≤1(2)tw1=23.8-17Q—0.6≤Q—≤1(2)質(zhì)調(diào)節(jié)計(jì)算公式為:Q=cρq(tw2-tw1)(3)式中ρ——冷凍水的密度,kg/m3q——冷凍水的流量,m3/s每臺(tái)風(fēng)機(jī)盤管水流量取非標(biāo)況下值,為0.3l/s,由式(2)、(3)可計(jì)算出冷凍水供水溫度和回水溫度,并將供回水溫度繪制成曲線,如表1和圖1所示。從圖1可以看出,隨著室外溫度的升高,供水溫度有一個(gè)明顯的下降趨勢(shì),與其相對(duì)應(yīng)的回水溫度也降低,很顯然,回水溫度線的減值變化小于供水溫度線的減值變化,實(shí)質(zhì)上隨室外溫度的提高,供回水溫差是在不斷的增大,這正是質(zhì)調(diào)節(jié)的意義所在,隨著負(fù)荷率的增大避免了“大流量小溫差”的現(xiàn)象出現(xiàn),降低了水泵的能耗。在滿足室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷和室內(nèi)舒適性要求的前提下,圖1表示了空調(diào)部分冷負(fù)荷時(shí)冷水進(jìn)出水溫度與室外溫度的關(guān)系,為分析采用冷水質(zhì)調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性提供了條件。3對(duì)節(jié)能分析及負(fù)影響的分析3.1冷凍水溫度對(duì)cop性能的影響當(dāng)室外溫度較低時(shí),即負(fù)荷率較小,可以通過提高冷凍水溫度來滿足室內(nèi)負(fù)荷要求,并提高了機(jī)組性能。以某公司的TSC-100WD型螺桿式冷水機(jī)組為例計(jì)算。在冷卻水溫度為30℃、出水溫度為35℃時(shí),該機(jī)組在不同冷凍水出水溫度的性能如表2所示。由表2可知,冷凍水溫度越高,COP值越大,即生產(chǎn)單位冷量所耗的電能越少,提高了能耗利用率。當(dāng)室外溫度為30℃,負(fù)荷率為0.63,若采用質(zhì)調(diào)節(jié)方式,冷凍水供水溫度為13.09℃,則COP=5.565,與設(shè)計(jì)工況相比,COP增大15.4%。因此,在保證舒適的前提下,空調(diào)能源管理控制系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)季節(jié)及每天室外溫度的變化情況,自動(dòng)調(diào)節(jié)冷凍水的出水溫度有利于節(jié)能。3.2不同供水溫度對(duì)冷量的影響采用質(zhì)調(diào)節(jié)時(shí),風(fēng)機(jī)盤管處理空氣的性能(制冷和除濕能力)要發(fā)生變化。不同溫度下計(jì)算的性能參數(shù)如表3所示。從表3可以看出,隨著供水溫度的提高將導(dǎo)致冷量下降,但是供水溫度的提高對(duì)全熱、顯熱和潛熱冷量的影響程度是不同的,潛熱冷量變化是最快的,顯熱冷量變化較慢,而全熱冷量的變化介于其間。供水溫度從7℃提高到12℃,全熱和顯熱冷量變化不大,分別為78%、83%,而潛熱冷量只為標(biāo)準(zhǔn)工況下的29%,除濕能力大大降低。3.3冷水機(jī)組對(duì)空調(diào)負(fù)荷率的影響圖2為不同負(fù)荷率下供冷量與冷凍水溫度的關(guān)系,在空調(diào)房間負(fù)荷率分別為100%、65%、30%時(shí),冷凍水溫度從7℃升高到13℃時(shí),供冷量分別減少65.4%、60%、52.2%,如果空調(diào)在高負(fù)荷率下工作質(zhì)調(diào)節(jié)可能導(dǎo)致空調(diào)房間達(dá)不到制冷要求。文獻(xiàn)研究表明,當(dāng)冷水溫度升高時(shí),空調(diào)負(fù)荷率越高,冷水機(jī)組的COP增加的幅度越小。因此,在空調(diào)高負(fù)荷率運(yùn)行時(shí)質(zhì)調(diào)節(jié)效果不明顯。文獻(xiàn)還發(fā)現(xiàn),不同負(fù)荷率下,冷凍水溫度的變化對(duì)室內(nèi)舒適性的影響也不同,高負(fù)荷率下冷凍水溫度不應(yīng)太高,在100%、65%、30%負(fù)荷率下,冷凍水溫度分別設(shè)為8、10、12℃,室內(nèi)溫濕度能滿足人體舒適標(biāo)準(zhǔn)范圍要求。4盤管供熱流量控制空調(diào)系統(tǒng)中水泵的能耗約占整個(gè)系統(tǒng)能耗的15%～20%,通過對(duì)一些高層賓館、辦公樓空調(diào)水系統(tǒng)的調(diào)查表明,普遍存在著不合理的“大流量,小溫差”問題,溫差情況較好為3℃左右,較差情況只有1～1.5℃,循環(huán)水量達(dá)設(shè)計(jì)水量的1.5倍。水泵功率與流量的三次方成正比,造成水泵的能耗增大2.375倍,實(shí)際運(yùn)行中,由于水泵流量發(fā)生變化,工作點(diǎn)也發(fā)生變化,效率比最佳工作點(diǎn)時(shí)要低,水泵能耗可能不止增大2.375倍。由圖1可知,當(dāng)室外溫度較低時(shí),若仍然保持盤管供水流量為0.3l/s回水溫差小于設(shè)計(jì)溫差5℃,這樣造成“大流量、小溫差”現(xiàn)象,水泵能量消耗過大。在實(shí)際操作中,可以根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髿v史記錄情況,將盤管供水流量控制分為兩種情況,在上午11:00以前盤管供水流量設(shè)為0.2l/s,11:00以后設(shè)為0.3l/s。在設(shè)置供水流量時(shí)不要設(shè)置太多工況,因?yàn)榱髁孔兓瘯r(shí)水泵的管路特性發(fā)生變化,泵就偏離最佳工況點(diǎn),水泵效率降低,而且如果是通過閥門調(diào)節(jié)盤管流量時(shí),隨著流量的減少冷凍水通過閥門的壓力損失也將逐漸增大。5回水高差對(duì)去濕能力的影響空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常是按照最大負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì),而實(shí)際運(yùn)行中空調(diào)設(shè)備都是在部分負(fù)荷下工作,通常都有很多的富裕量。由3.2節(jié)可知,當(dāng)空調(diào)在部分負(fù)荷率下工作時(shí),采用質(zhì)調(diào)節(jié)非常適合的。文獻(xiàn)表明,當(dāng)冷凍水供回水溫差為8℃時(shí),所需的水盤管排數(shù)無需增加,而本工程計(jì)算中最大溫差為6.754℃,所以能夠滿足質(zhì)調(diào)節(jié)條件。文獻(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)盤管不同運(yùn)行模式(定流量,定溫差,不同溫差控制)能耗分析表明,不同溫差控制比定溫差時(shí)節(jié)約電耗約15%。但是在工程中不能一味地追求大溫差供冷,還應(yīng)考慮空調(diào)系統(tǒng)的初投資,在冷凍水供/回水溫度為7/17℃時(shí),空調(diào)系統(tǒng)的初投資不降反增,并且節(jié)能效果的改善也不明顯。文獻(xiàn)對(duì)國(guó)內(nèi)8種常用表冷器去濕量的計(jì)算分析結(jié)果表明,當(dāng)冷水溫度從7℃提高到13℃時(shí),其去濕能力大約下降了30%。但適當(dāng)降低室內(nèi)溫度,對(duì)相對(duì)濕度要求不高的舒適性空調(diào)可滿足要求。6空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能影響(1)空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷隨室外溫度變化而變化,采用質(zhì)調(diào)節(jié)能夠提高制冷主機(jī)的性能。當(dāng)室外溫度為30℃時(shí),將冷凍水溫度提高到13.09℃能夠滿足室內(nèi)負(fù)荷要求,與設(shè)計(jì)工況相比,制冷主機(jī)COP提高15.4%。質(zhì)調(diào)節(jié)對(duì)于部分負(fù)荷節(jié)能效果明顯,空調(diào)負(fù)荷率太高,供冷量和室內(nèi)舒適性都要受到一定的影響,當(dāng)負(fù)荷率為100%時(shí),冷凍水溫度從7℃升高到13℃供冷量較少了65.4%,此時(shí),如果供水溫度為8℃室內(nèi)溫濕度能滿足熱舒適性要求。(2)當(dāng)供水溫度從7℃提高到12℃,風(fēng)機(jī)盤管處理空氣的潛熱