中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運行策略研究

1、中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運行策略研究Centralair-conditionsystemsaveenergyrunsthetacticsaresearch摘要：本文通過對某大型國際機場中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運行方案的研究，分別對空調(diào)系統(tǒng)中各種技術(shù)要素對運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)濟性分析節(jié)能運行方案Keywords:centralairconditionsystem,economicanalysissaveenergy,projectofoperation1.引言隨著城市化進程及城市的大規(guī)模發(fā)展，建筑能耗已占總能耗的25%,達到夏季電網(wǎng)峰值負荷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

3、國 家 和 地 方 標 準GB/T17981-2000 空 氣 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 經(jīng) 濟 運 行 和DB31/255-2003集中式空調(diào)(中央空調(diào))系統(tǒng)節(jié)能運行與管理技術(shù)要求。上述標準不僅規(guī)定了設(shè)備、系統(tǒng)的技術(shù)性能要求，還提出了優(yōu)化運行控制等具體節(jié)能措施和運行管理技術(shù)要求。空調(diào)系統(tǒng)的能耗主要由制冷機組、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，如何提高制冷主機的運行效率，使之能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能運行受到高度重視。某 大 型 國 際 機 場 能 源 中 心 配 置 了4臺14MW(4000RT)OMI組 和2臺4.2MW(12OO

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

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

6、高效運行。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OM機組工作，每臺的負荷率為80%主機總耗為：N=2035X3=6105kWb.4臺0喇 組 工 作 ， 每 臺 的 負 荷 率 為60%主 機 總 能 耗 為：N=1923.4X4=7693.6KW3臺0M機組工作，l臺的負荷率為100%,2臺的負荷率為70%主機總能耗為：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。對于O喇組，由于其在部分負荷條件下的COPf對較低，例如在負荷率60%T況下運行，其能耗為N=l923.4KW,而輸出相同冷量

7、的2臺YK機組此時可以滿負荷運行，其能耗為：N=773.6X2=1547.2kW兩者相差約22%可見在不同負荷條件下合理配置運行設(shè)備對降低能耗是至關(guān)重要的。4 .冷凍水系統(tǒng)對制冷機組運行能耗的影響冷凍水溫的升高可以使冷水機組的蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度相應(yīng)升高， 從而提高主機的制冷效率增加制冷量，并且降低單位制冷量的功耗。變冷凍水溫時機組測試結(jié)果見表2。表2變冷凍水出口水溫測試結(jié)果機組型號實測冷凍水溫制冷量KW電機輸入功率KW實測COFW能耗指標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組特性圖2OM型冷水機組變冷凍水溫測試結(jié)果表明，隨著冷水機組的出口冷凍水溫升高，冷水機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)對制冷機組運行能耗

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

10、機組進口冷卻水溫升高， 冷水機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變化時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口溫度和冷凍水出口溫度下的制冷主機的性能參數(shù)。詳見表4表40咖組制冷量變化系數(shù)表機組型號冷凍水溫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.機場的空調(diào)系統(tǒng)能耗分析及節(jié)能運行技術(shù)方案的制定國際機場航班旅客進、出港時間約1820小時，并且為其服務(wù)的綜合工作區(qū)工作時間約10小時，這樣空調(diào)系統(tǒng)日負荷有較大的峰谷差，對于能源中心的冷水機組來說會出現(xiàn)兩個負荷高峰：一是開機時需要負擔建筑的蓄熱負荷，二是需要負擔戶外氣溫和太陽輻射綜合作用后帶來的建筑圍護結(jié)構(gòu)最大空調(diào)冷負荷以及室內(nèi)旅客、各類發(fā)熱設(shè)備的得熱負荷。在制定過渡季節(jié)及高峰負荷時段的運行策略時我們綜合考慮了以下要點：a）通過測試和分析航站樓運

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)，作為制定運行策略的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。b）結(jié)合機場航班的情況確定合適的開機時間。根據(jù)機場目前的營運情況，凌晨開機早些，此時戶外的空氣干、濕球溫度較低，太陽輻射得熱的影響也小，這樣的環(huán)境工況對冷卻塔的工作有利，從測試結(jié)果可以看出較低冷卻水溫能提高主機的COP（直，制冷主機的運行效率較高。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方面有利于制冷機組的經(jīng)濟運行，一方面在啟動制冷機組前約1小時啟動冷凍水循環(huán)系統(tǒng)，與空調(diào)末端設(shè)備進行熱交換，帶走部分建筑的蓄熱負荷。與此同時提高了冷凍水回水溫度

13、，從而也相應(yīng)提高了機組的蒸發(fā)溫度，使機組在較高的效率區(qū)間運行。另一方面生產(chǎn)這部分冷量的時間一般在晚間22:00次日凌晨1:00時間段內(nèi)。這個時間段的電價為谷時電價，有利于降低運行成本。d）從制冷機組的全性能曲線可以看出，在約80%-85%勺部分負荷時，冷水機組的效率最高，可見使冷水機組處在約80%-85%勺部分負荷狀態(tài)是主機節(jié)能的有效途徑。運行管理人員必須根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備的效率合理配置機組及輔機，盡量使整個系統(tǒng)能夠處于最優(yōu)的部分負荷運行狀態(tài)。e）在一定范圍內(nèi)降低冷卻水溫有利于提高制冷機組的運行效率，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)能耗與主機的

14、能耗之間尋求新的平衡點。從測試結(jié)果可以看出，在30c以下，制冷機組的冷卻水進口水溫對機組能耗影響不大；當水溫為30.2C時，其能耗指標比31.6C時減少8.4%,比32.7C減少12.4%?？梢妼⒗鋮s水溫控制在30c左右，對提高冷水機組的運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。降低水溫對于空調(diào)箱中表冷器的換熱是有利的，對表冷器傳熱系數(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)，但是降低水溫會使冷水機組的制冷量降低，能耗指標增力口，這是不利的。從測試的結(jié)果可以

15、看出，在滿負荷的情況下，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，也可以使冷水機組的運行較為經(jīng)濟，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）及冷卻塔的運行情況進行調(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）溫差對降低系統(tǒng)的運行能耗和設(shè)備的初投資都有影響，通常冷凍水供、回水溫差設(shè)計為5C,供冷量與供、回水溫差及冷凍水流量有關(guān)，計算公式如下：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。特別是在部分負荷（或管網(wǎng)輸送功耗相對較大系統(tǒng)）條件下，控制較大的冷凍水（冷卻水）溫差對系統(tǒng)有明顯的節(jié)能效果。011111020406080100制冷量但是在運用大溫差/小流量系統(tǒng)運行方案時，需注意以下幾點：a）根據(jù)不同水系統(tǒng)， 設(shè)計相應(yīng)的運行方案， 水系統(tǒng)相對輸送能耗越大,其效果越明顯，具體取決于空調(diào)負荷特點、設(shè)備性能、系統(tǒng)阻力等。b）機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、可靠運行特性。c）水流量不能過小，須根據(jù)設(shè)備的特性進行校核計算后，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， 選取機場一臺42000n3/h風量的空氣處理機組 （表冷器4/10/FL）為例， 設(shè)定進口空氣干球溫度26C,濕球溫度21.2C,迎面風速2.5m/s,水流速1.4m/s,冷凍水進口溫度7c（標準工況） 供冷量Q274kw（額定工況）供冷量隨進口水溫變化情況如下表：供冷量 kw328.8301.4274246.6219.2191.8164.4137.0進口水溫 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僅與空氣與水的對數(shù)平均溫差LMT*關(guān)TD2-TD1TD2LnTD1式中TD1、TD2分別為表冷器的進水端和出水端的空氣與水的溫差。在設(shè)計工況條件下：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)備表冷器運用大溫差/小流量運行，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)全年絕大部分時間是在部分負荷條件下運行，運行管理部門可根據(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