暖通空調(diào)中的水系統(tǒng)調(diào)節(jié)與主機(jī)節(jié)能的控制

1、暖通空調(diào)中的水系統(tǒng)調(diào)節(jié)與主機(jī)節(jié)能的控制    摘要 以我國當(dāng)前建筑暖通空調(diào)的水系統(tǒng)運(yùn)行狀況來看，經(jīng)常出現(xiàn)水力失調(diào)問題，造成系統(tǒng)流量分配不均勻，而造成區(qū)域流量過?；蛘邊^(qū)域流量不足的兩極分化現(xiàn)象。本文結(jié)合筆者實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對暖通空調(diào)中應(yīng)用變流量水系統(tǒng)調(diào)節(jié)的相關(guān)問題進(jìn)行分析與闡述，以實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)的主機(jī)節(jié)能目標(biāo)。 關(guān)鍵詞 暖通空調(diào)；水系統(tǒng)；變流量；主機(jī)節(jié)能 中圖分類號 TU 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2011)122-0158-01 隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加速以及人們生活水平的提高，空調(diào)用電負(fù)荷量與日俱增，空調(diào)用電高峰負(fù)荷已經(jīng)給我國電力系統(tǒng)

2、造成極大壓力。尤其在高層商業(yè)建筑中，集中暖通空調(diào)水系統(tǒng)多采用傳統(tǒng)的定水量系統(tǒng)，并遵循最大負(fù)荷量進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此，系統(tǒng)大多數(shù)時(shí)間以65%的最大負(fù)荷量開展工作，時(shí)常出現(xiàn)“大流量、小溫差”問題，造成了能源浪費(fèi)，不利于城市供配電的優(yōu)化控制。 在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，主要能耗來自水泵風(fēng)機(jī)與制冷機(jī)，且制冷機(jī)能耗約占總能耗的60%。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，制冷機(jī)能效比的提高速度越來越快，已由原本4 w/w提高到7 w/w，但是水泵的效率變化不大。若想降低輸送系統(tǒng)的能耗量，最簡單最直接的方法就是應(yīng)用變流量水系統(tǒng)。通過使用變流量水系統(tǒng)，水泵供水量會(huì)隨著負(fù)荷的變化而變化，由于水泵功率和水泵流量的三次方成正比。因此，

3、通過實(shí)行變流量空調(diào)水系統(tǒng)，存在較大節(jié)能空間。全面推廣變流量水系統(tǒng)，對實(shí)現(xiàn)主機(jī)節(jié)能、緩解我國電力壓力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 1 變流量對暖通空調(diào)水系統(tǒng)COP的影響 1.1 冷水機(jī)組能量 冷機(jī)是否節(jié)能，主要由部分負(fù)荷的能量調(diào)節(jié)效果來決定，也就是控制制冷量與冷負(fù)荷之間的平衡調(diào)節(jié)能力。由于能量調(diào)節(jié)技術(shù)有所區(qū)別，尤其是熱氣體旁通調(diào)節(jié)，如果壓縮機(jī)的吸氣壓力低于下限值，那么能量調(diào)節(jié)閥將按照比例自動(dòng)打開，排氣口的部分高壓、高溫冷媒氣體就會(huì)旁通至吸氣管，體外循環(huán)不再經(jīng)過蒸發(fā)器與冷凝器，可避免吸氣壓力的下降，保持壓縮機(jī)產(chǎn)冷量。假設(shè)制冷工況不改變的情況下，在部分負(fù)荷狀態(tài)下，制冷機(jī)中指示功耗會(huì)隨著負(fù)荷率的降低而減少，但

4、是摩擦耗能與能量損失不會(huì)隨著降低，因此，可以說壓縮機(jī)的軸功率沒有隨著冷負(fù)荷的減少而出現(xiàn)線性降低。如果制冷量減速率大于功耗的減速率，則COP有所下降，反之上升；在冷卻水溫恒定的狀態(tài)下，機(jī)組COP約為80%左右產(chǎn)生拐點(diǎn)；而在ARI工況下，機(jī)組COP約為50%左右產(chǎn)生拐點(diǎn)，證明在不同的測試條件下，COP變現(xiàn)的特征也有所不同，處于非線性變化。因此，單純降低蒸發(fā)器的制冷量，無法保證冷水機(jī)中COP有所提高，針對冷水機(jī)組不同的能量調(diào)節(jié)技術(shù)，性能表象也存在差異。 1.2 冷水機(jī)組匹配性 所謂冷水機(jī)系統(tǒng)的匹配性主要指蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)、自控、節(jié)流等系統(tǒng)的相互匹配。系統(tǒng)中的冷負(fù)荷變化可能對不同機(jī)型的COP產(chǎn)生

5、不同影響。以特靈中央空調(diào)的CDHG系列為例，采用了獨(dú)立冷媒雙引路制造技術(shù)、實(shí)行雙機(jī)頭。在加載過程中，如果A機(jī)運(yùn)行的電流量在80%以上，5分鐘后，B機(jī)啟動(dòng)；此時(shí)A機(jī)與B機(jī)均衡分擔(dān)負(fù)荷量，直到滿負(fù)荷為止；在減載狀態(tài)下，雙機(jī)共同卸載，如果單機(jī)的運(yùn)行電流量處于35%以下，則停止B機(jī)運(yùn)行，由A機(jī)承擔(dān)全部負(fù)荷量，直到處于最低負(fù)荷并自動(dòng)保護(hù)停機(jī)。 1.3 水系統(tǒng)的熱傳遞 同定流量小溫差的工況相比，如果提高回水溫度，同時(shí)引發(fā)蒸發(fā)器中的平均溫度提高；在蒸發(fā)溫度保持不變的情況下，平均傳熱溫差會(huì)有所增加，對提高機(jī)組COP發(fā)揮積極作用。但是也應(yīng)認(rèn)識到，蒸發(fā)器的冷水進(jìn)出口溫差提高，就會(huì)帶來流量的降低。而水側(cè)傳熱系數(shù)則與

6、流速成正比，如果減少流量就會(huì)帶來水側(cè)傳熱系數(shù)的降低，造成機(jī)組COP下降。在COP較低的區(qū)域，雖然系統(tǒng)的冷負(fù)荷率比較低，但是冷水機(jī)組的運(yùn)行電流負(fù)荷率與能耗不會(huì)降低，制冷量的降低不會(huì)對節(jié)能產(chǎn)生作用。如果水中含有鹽分或者有機(jī)物，那么當(dāng)水流速度低于1 mPs時(shí)，可能給管壁造成腐蝕；另外，水泵的冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速過低也會(huì)影響水泵電機(jī)的冷卻效果，提高電機(jī)燒毀隱患。 2 變流量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)形式 一直以來，我國暖通空調(diào)的變流量系統(tǒng)主要采取一次泵定流量及二次泵變流量形式。采用這種設(shè)計(jì)方式，一方面緩解了設(shè)備承受壓力，一次泵定流量，承擔(dān)了冷源側(cè)阻力，二次泵變流量，承擔(dān)了負(fù)荷側(cè)阻力；另一方面解決了末端流量的變化不會(huì)產(chǎn)生流量變

7、化，造成制冷機(jī)蒸發(fā)器產(chǎn)生凍結(jié)、機(jī)組COP降低等問題，進(jìn)而對水泵變頻調(diào)節(jié)的能耗實(shí)現(xiàn)了抵消，無法發(fā)揮系統(tǒng)的節(jié)能效果。 隨著城市化進(jìn)程的加快以及人們生活水平的提高，高層建筑與超高層建筑越來越多，如果采取二次泵或者多次泵系統(tǒng)，既可緩解設(shè)備的承壓問題，也可實(shí)現(xiàn)主機(jī)節(jié)能目標(biāo)。但是我國已有的空調(diào)水系統(tǒng)中，近一半采用一次泵系統(tǒng)，如果單純依賴變流量的運(yùn)行方式，而全部改變一次泵定流量為二次泵變流量，將會(huì)增大占地面積與初投資量，增加了控制工作的難度與復(fù)雜性，獲得的節(jié)能水平與支出的成本不平衡，甚至得不償失，能耗系統(tǒng)高于一次泵系統(tǒng)。 由于控制技術(shù)進(jìn)一步改善，逐漸放松了對一次泵定流量和二次泵變流量水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)前提條件，目

8、前一些冷水機(jī)組已經(jīng)具備自動(dòng)控制的調(diào)節(jié)設(shè)備，并可隨著負(fù)荷的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。以下將對幾種常用冷水機(jī)組進(jìn)行分析。 1）溴化鋰吸收式冷水機(jī)組，可以根據(jù)負(fù)荷的實(shí)際變化而對蒸汽供給量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，以變頻方式控制溶液泵，對溶液循環(huán)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。 2）離心式冷水機(jī)組可以對進(jìn)口導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)速進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，改善大量吸入氣體的形式，確保在一定范圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)節(jié)制冷。 3）螺桿式冷水機(jī)組可以在機(jī)體中利用滑閥來改變螺桿長度，減少吸入氣體量，實(shí)現(xiàn)制冷量的有效調(diào)節(jié)。 4）活塞壓縮冷水機(jī)組，可對壓縮機(jī)的汽缸數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，以適應(yīng)負(fù)荷變化情況。 3 結(jié)束語 總之，有關(guān)暖通空調(diào)的水系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式，應(yīng)該根據(jù)工程的投資水平、系統(tǒng)精確度要求等，科學(xué)、合理地選擇水系統(tǒng)平衡設(shè)備，通過安裝水力平衡閥，采取變流量調(diào)節(jié)方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與資源優(yōu)化配置，改善系統(tǒng)的供水特性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)水平衡，既可確保水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，又順利實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性。 參考文獻(xiàn) 1呂明陽,陳慶華.關(guān)于暖通空調(diào)水力平衡的調(diào)節(jié)問題探討J.城市建設(shè)理論研究(電子版),2011,21. 2孔凡中,趙忠麗.談暖通空調(diào)變流量水系統(tǒng)的平衡J.中國科技博覽,2010,27. 3劉新民,穆彤,鄧有智.暖通空調(diào)系統(tǒng)中影響水泵相似定律的因素J.暖通空調(diào), 2008,8. 4李宜浩,梁啟雙