空调冷冻水（共7篇）
空调冷冻水 篇1
1 引言
中央空调系统是现代大型建筑物中必不可少的系统之一,而空调耗能是建筑物耗能中的大户,在能源供应日趋紧张的时候我们迫切要求在保持空调区域一定舒适度的前提下最大限度地降低空调能耗。中央空调系统通常是在最大负荷的基础上增加一定余量作为设计负荷,而实际运行中只有很少的时间是满负荷运行,尽管冷冻主机能自动调节负载,但相应的冷冻泵、冷却泵却几乎长期在满负载下运行,电能消耗非常大。如果采用变频器来控制空调机组及水和空气输送系统的各种风机和水泵,节能效果可达30%。同时如果采用先进的控制技术和控制系统将能进一步降低空调系统的能耗并改善空调系统的性能,提高舒适度。本文采用Lon Works现场总线技术,由各分散的DDC控制节点对空调系统的各种设备进行监测和控制,采用PID控制方法对冷冻水供回水温差进行控制,由变频器控制冷冻水泵的转速改变供水量,实现了冷源侧变流量运行,节能效果明显。
2 变频调速装置与节能原理
变频器是一种常用的变频调速装置,它是利用电力半导体器件的单向导电性将电压、频率固定不变的交流电(工频电源)变换为电压、频率可变的交流电的电能控制装置。其节能原理主要是根据变频节能、功率因数补偿节能、软启动节能三个方面来实现的[2]。
(1)变频节能
根据流体力学的基本知识,水泵的功率P=流量Q×压力H,而流量Q与转速N的一次方成正比,压力H与转速N的平方成正比,所以功率P与转速N的立方成正比,这样如果水泵的效率一定,当要求的调节流量下降时,转速N可成比例的下降,而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。
(2)功率因数补偿节能
无功功率使大量的无功电能消耗在线路当中,造成较大浪费。而变频器内部滤波电容的作用使普通水泵电机的功率因数提高,C O SФ≈1,这样增大了有功功率,降低了无功损耗。
(3)软启动节能
电机直接启动时的电流约为额定电流的数倍,对机电设备和电网造成严重冲击,而且启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大。使用变频节能装置,利用变频器的软启动功能使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,从而减轻了对设备和电网的冲击,延长了设备的使用寿命。
风机、水泵是中央空调系统中的主要设备。传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量,并不能真正降低风机、水泵的耗电电量,本文中中央空调系统采用变频调速装置取代传统方式,由变频器控制风机、水泵的转速,实现风量、水量调节的目的。当风机、水泵转速下降时,消耗的功率也大大地下降。
3 冷冻水系统冷源侧变流量运行的供回水温差控制
图1为中央空调冷冻水系统冷源侧变流量运行控制原理图。按照传统的定流量运行模式,当负荷下降时,只能靠增大旁通流量来满足要求,水泵运行能耗大。变流量运行模式采用温差控制法,保持供水温度为7℃,供回水温差Δt为5℃。当负荷下降时,回水温度下降,供回水温差Δt相应变小。温差控制器TC和变频器SC降低水泵转速,减少冷冻水供水量,保持供回水温差Δt恒定,从而实现变流量运行。这样负荷下降时水泵转速降低,相应的能耗也降低了,相对于定流量运行模式节能效果明显[3,4]。
3.1 供回水温差控制
恒定供回水温差的控制模式采用增量式PID控制算法:
系统采用恒定的采样周期T,使用前后三次测量的偏差值,计算出控制量输出给变频器,由变频器调节水泵转速。
3.2 水泵变频调速过程
如图3所示,冷冻水系统由一台变频器驱动三台水泵并联供应冷冻水,其变速调节过程为:用户负荷很少时,只有接触器K2吸合,A泵由变频器驱动,转速为N。随着用户负荷的增加,冷冻水供回水温差Δt大于设定值,温度控制器根据PID控制算法,调节输出,提高变频器输出频率,增大A泵的转速,从而增加了供水流量。当A泵达到额定转速时,若供水量仍不能满足用户需求,即冷冻水供回水温差Δt仍大于设定值,Lon Works控制器发出控制指令使接触器K2断开,K1吸合,将A泵切换到工频50Hz电源定速运行;同时接触器K4吸合,变频器启动B泵,此时A泵和B泵同时向用户供应冷冻水,如果B泵在某一转速运行时,冷冻水供回水温差Δt不再大于设定值,调节过程基本结束,系统保持当前状态运行。如果用户负荷继续增加,则当B泵达到额定转速时,接触器K4断开,K3吸合,将B泵切换到工频,变频启动C泵,依次类推。相反当用户负荷降低时,冷冻水供回水温差Δt小于设定值,变频器输出频率降低,水泵转速降低,当达到经济转速后,Lon Works控制器按照先投入先退出的原则停止相应的水泵,直到只有一台水泵变频工作为止。
通过几次测试,发现当水泵变频运行时,其供电频率从49.6Hz降低到41.8Hz时,水泵出口压力从2.5×105Pa下降到1.93×105Pa。水泵的节电状况良好。然而,从图4可以看出,变频泵与工频泵并联运行时,随着变频泵频率f的降低,变频泵的扬程逐渐降低,变频泵流量Qf随之减少;工作点C的扬程也随着降低,使总的流量QC减少;因此工频泵的扬程也降低,使工频泵流量QA反而略有增加,容易使变频泵过载。所以说变频泵的频率并不是越低越好,我们将其下限值设为36Hz。
4 Lon Works现场总线技术
Lon Works现场总线技术是美国Echelon公司1991年推出的局部操作网,是专门为实时控制而设计的,具有完整的开发系统平台。在Lon Works网络中大批设备(传感器、执行器等)和控制节点相互配合,使用Lon Talk协议,经过多种传输媒体进行节点之间的通信,灵活组成各种各样的分布式智能控制系统。
Lon Works的核心技术是它的Lon Works节点(即神经元芯片节点)和Lon Talk协议,开放的Lon Talk通信协议提供ISO/OSI参考模型所定义的全部七层服务并以软件形式固化在神经元芯片上,由集成的三个8位CPU分别实现不同的功能。Lon Works技术由于其全开放性、互操作性、支持多种传输介质和拓扑结构等特点,作为底层控制网络在楼宇自动化领域得到了广泛的应用[1]。
中央空调系统中被控设备分散、控制变量相互关联,本文采用Lon Works控制系统作为底层控制网络,实现了分散控制、信号的远距离传输和网络化通信,控制精度高,系统稳定性好。图5为系统结构图。
5 结束语
能源日趋紧张,人们的节能意识也逐渐增强。中央空调系统节能的潜力巨大,本文采用了变频调速装置实现了空调水系统冷源侧变流量运行,克服了以往水泵直接起动和定速运转耗能多的缺点,在空调节能方面具有广阔的应用前景。在空调系统的控制方法和控制技术的选择上本文采用了Lon Works现场总线技术,其全开放性、互操作性、远距离多介质传输及异网构建容易的优点得到了较好的体现,提高了整个空调系统的控制质量和空气品质。
参考文献
[1]基于LonWorks现场总线技术的变风量空调系统温度PID控制[J].太原理工大学学报,2008,(1):57-59.
[2]张辉,靳军,叶正茂.变频器工作原理与在工程中的应用[J].节能技术,2005,(7):351-353.
[3]李玉云,建筑设备自动化[M].北京:机械工业出版社,2006.
[4]李彬,变流量空调水系统的节能探讨[J].暖通空调,2006,(1):132-135.
大温差空调冷冻水系统探讨 篇2
关键词：空调系统的节能,大温差空调冷冻水系统,对空调设备的影响,改善措施
1 引言
进入二十一世纪以来, 科学技术得到了突飞猛进地发展, 生产效率大幅增长, 人们的生活质量日益提高。
人们对生活和工作环境的舒适度要求越来越高, 商场、酒店、写字楼、候机 (车) 楼等大型公共建筑、休闲娱乐场所等几乎都使用空调, 一些高档住宅、甚至普通住宅也已大量使用各种形式的空调, 空调得到了极大地普及。空调与人们工作、生活的关系愈来愈密切, 逐渐成为人们工作、生活中不可或缺的伴侣。
空调的大量使用, 随之而来的问题就是空调能耗的不断上升, 现在空调能耗已经成为一个十分引人注目的问题。最近几年, 我国的建筑能耗约占全国总能耗的30%～35%, 且上升势头正在不断加大, 而空调系统的能耗占整个建筑能耗的60%左右, 且比例不断增加。随着我国政府对节能减排要求的不断提高和措施的不断细化, 绿色建筑的概念随之被提出, 空调系统的节能提到了越来越重要的位置。
为了降低空调系统的能耗, 在空调系统的实际使用中, 采取了许多节能措施, 例如:变风量空调系统、变水量空调系统、大温差空调系统、低温送风空调系统、蓄冷空调等。
在中央空调系统中, 制冷系统的水泵装机用电量一般占空调系统总用电量的15%～20%, 而实际运行中, 水泵耗电量更是占空调系统总用电量的20%～30%, 如何提高空调冷冻水的输送效率, 已成为空调节约能耗的关键。在此背景下, 空调冷冻水采用大温差输送的节能技术已受到业内人士的高度关注, 它是一种技术简单可行、经济合理、安全可靠、值得推广的节能技术。
2 大温差空调冷冻水系统
近年来, 随着制冷机技术的不断提高和完善, 大温差小流量的空调冷冻水输送技术日趋成熟, 这种简单易行的空调方案, 在实际工程中的运用已日益广泛。
目前, 国内通常使用的空调冷冻水的供水温度为7℃, 回水温度为12℃, 供回水温差为5℃, 而大温差空调系统冷冻水的供回水温差一般为6～10℃。由于空调系统的冷冻水的供回水温差加大, 相同制冷量下的空调冷冻水循环量将减小, 空调冷冻水管管径、冷冻水泵的型号都将随之减小, 冷冻水泵的能耗随之降低。
空调冷冻水输送系统采用大温差的节能后, 按照水泵的相似理论, 可以通过计算, 来对空调冷冻水系统采用传统温差和大温差水泵的功耗进行比较, 水泵功耗比公式可表示为:
N—传统温差时水泵的功耗;
N’—大温差时水泵的功耗;
W—传统温差时水泵的流量;
W’—大温差时水泵的流量。
若空调冷冻水系统采用10℃温差, 则循环水流量是传统温差 (5℃) 时水量的50%, 水泵的功耗比则是:
由此可见, 空调冷冻水系统采用10℃温差较之传统温差 (5℃) 时, 冷冻水温差增加1倍, 冷冻水流量减少50%, 而冷冻水泵功耗仅为0.315倍, 即冷冻水泵可节省68.5%的电能, 由此可知, 空调冷冻水系统采用大温差的节能效果十分明显。
空调冷冻水系统采用大温差, 还可以降低水泵的型号、减小冷水管的直径、缩减冷却水系统的一次投资、降低工程造价等。
2.1 大温差空调冷冻水对制冷机的影响
一般而言, 制冷机单位制冷量的能耗随蒸发器中蒸发温度的升高而降低, 随蒸发温度降低而升高。因此, 蒸发温度对制冷机单位制冷量的能耗影响较大, 而蒸发温度的高低直接影响制冷机冷冻水出水温度的高低。当制冷机的冷冻水出水温度等于或大于7℃时, 对于相同的制冷量, 10℃温差与5℃温差时, 冷水机组的能耗基本相同。
然而, 当制冷机的出水温度低于7℃, 尤其是低于5℃时, 制冷机单位制冷量的能耗明显上升。若制冷机的出水温度过低, 制冷机能耗的上升将大大抵消了大温差冷冻水系统水泵节省的能耗, 甚至超过水泵节省的能耗。因此, 建议制冷机的出水温度应设在5℃以上。
2.2 大温差冷冻水对空调末端设备的影响
虽然空调系统冷冻水采用大温差具有降低水泵能耗、减小设备的初投资等诸多优点, 但是需注意, 不要一味加大空调系统的供回水温差。因为, 通常提高空调系统的供回水温差有两个途径, 一是降低制冷机的出水温度, 二是提高空调冷冻水的回水温度。而制冷机的出水温度不能过分降低, 否则将加大制冷机的能耗。若通过提高空调冷冻水的回水温度来加大空调系统供回水温差, 这样势必影响空调末端设备的制冷效率。下面可通过表冷器的换热公式进行分析:
Q—空调末端设备表冷器的换热量;
K—表冷器的传热系数;
F—表冷器的表面积;
tK——空调末端设备表冷器表面的空气平均温度;
ts——空调末端设备表冷器中空调冷冻水的平均温度, 即空调冷冻水供水和回水的平均温度。
由换热公式可以看出, 在设备构造、传热面积等因素不变的情况下, 若空调系统冷冻水的温差提高过大, 将造成空调末端设备的表冷器中空调冷冻水平均温度上升, 而降低空调末端设备的制冷能力, 以及降低空调末端设备的除湿能力, 影响空调房间的舒适度。
3 改善大温差冷冻水对空调末端设备影响的途径
由空调末端设备表冷器的换热公式Q=KF (tK-ts) 可以看出, 要改善由于空调冷冻水系统采用大温差对空调末端设备制冷能力下降的不良影响, 主要从两方面入手:一是加大空调末端设备表冷器的传热系数K值;二是增加空调末端设备表冷器的传热面积F。
3.1 增大空调末端设备表冷器的传热系数K值
其主要的方法有:采用导热性能更好的材料制作空调末端设备的表冷器;采用强度更大的材料以减薄表冷器的厚度、在表冷器表面喷涂亲水涂料等。
目前, 采用导热性能更好的材料、减薄表冷器厚度的做法, 会造成表冷器的制作成本大幅增加, 不建议采用;而在表冷器表面喷涂亲水涂料, 促使表冷器表面的冷凝水迅速流走, 这种做法经济性较好, 目前在实际工程中采用的比较多。
3.2 增加空调末端设备的表冷器传热面积F
其主要的做法有:增加表冷器的排数、增加表冷器的管程数、增加表冷器的迎风面积和减小空气流过表冷器的缝隙等。
(1) 增加表冷器的排数
增加表冷器的排数, 是为了补偿空调冷冻水采用大温差后导致的产冷量下降和出风温度升高。增加表冷器排数可以不影响空调机组宽与高的尺寸, 但空调机组的长度会加大。同时, 会增加一些表冷器的造价, 增大空气阻力, 相应增大空调机组电耗, 而冷冻水量和冷冻水阻力却减小。通常全空气空调器、新风机的表冷器排数一般为4～6排, 一般增加到8排以内比较合适, 8排以上就显得排数过多, 换热效果增加不明显, 但空气阻力却明显增大, 空调设备造价也增加较多;风机盘管空调器的表冷器排数一般为2～3排, 一般增加到4排以内比较合适。总之, 增加空调末端设备的表冷器排数的做法是一种经济实用的方法, 目前在大温差冷冻水空调系统中已被广泛使用。
(2) 增加空调末端设备的表冷器管程数
增加空调末端设备的表冷器管程数, 可以明显加大表冷器产冷量。但这种做法会使空调冷冻水系统阻力增大, 从而增加空调冷冻水泵的压头, 会抵消一些采用大温差空调冷冻水泵的节能效果。增加表冷器的管程数的做法虽然增加一点空调末端设备的造价, 但却是一种比较经济的做法。另外, 由于受到表冷器结构的限制, 也只能在有限范围内调整表冷器的管程数。
(3) 增加空调末端设备的表冷器迎风面积
增加空调末端设备的表冷器迎风面积, 是一种保持空调器出风温度和产冷量不变的良好方法。采用这种方法表冷器的空气阻力、迎面风速均会减小, 但会加大空调器的外形尺寸, 增加一些空调设备造价。但这却是一种比较经济的做法, 在场地条件允许时, 可以优先考虑采用增大空调末端设备的表冷器迎风面积的方法。
(4) 缩小表冷器翅片的片距
缩小表冷器翅片的片距, 可以相应增加表冷器翅片的片数, 从而增大表冷器的换热面积。优点是可以不加大机组外形尺寸;缺点是增加表冷器造价, 增大表冷器的空气阻力, 增加空调风机的能耗。由于采用这种方法会使表冷器翅片间的缝隙变小, 从而会导致表冷器容易脏、空气难以通过, 并且清洗表冷器也特别困难等。
4 工程实例分析
某工程夏季空调冷负荷为4000kW, 选用三台螺杆制冷机, 每台制冷量1350kW, 每台制冷机对应配套一台冷冻水循环泵。为了不对空调末端设备造成较大的影响, 冷冻水供回水设计温差采用7℃, 即冷冻水供水温度为7℃、回水温度为14℃。
(1) 冷冻水循环泵能耗比较:
空调冷冻水供回水采用7℃温差时, 水泵选择如下:单台制冷机的冷冻水量为166m3/h, 单台冷冻水循环泵出水量为166×1.1=182m3/h;冷冻水泵名义参数:Q=189m3/h、H=28mH2O、N=22kW。空调冷冻水供回水采用5℃温差时, 水泵选择如下:单台制冷机的冷冻水量为232m3/h, 单台冷冻水循环泵出水量为232×1.1=255m3/h;冷冻水泵名义参数:Q=260m3/h、H=28mH2O、N=30kW。
空调冷冻水采用7℃温差较之5℃温差时, 冷冻水循环水泵名义工况节电率为:
通过上述工程实例对比, 空调冷冻水系统采用大温差运行方案的节能效果是十分明显的。
(2) 空调末端设备的选择:
由于空调冷冻水采用7℃温差, 而传统的空调末端设备的表冷器均是按5℃温差设计的, 需要对空调末端设备的表冷器排数进行了相应调整。经过校核计算, 全空气空调机、新风机的表冷器应由6排增加到8排, 风机盘管空调器的盘管应由2排增加到3排。
5 结论
在实际工程中, 空调冷冻水系统采用大温差运行, 可以减少冷冻水系统的循环水量, 相应地减小水泵型号, 降低空调系统的运行费用, 减小冷冻水输送管道尺寸、节省建筑空间, 节约空调系统的初投资。
在选择大温差空调冷冻水系统供回水温差时, 要注意以下几个问题:
(1) 大温差空调冷冻水系统对空调末端设备提出了更高的要求, 如果供回水温差选择不当, 会增加空调系统的初投资;
(2) 受制于空调末端设备的效率, 空调冷冻水供回水温差不能无限制地放大, 一般以6～10℃为宜;
(3) 选择空调末端设备时, 宜选择大温差专用表冷器或对其制冷量进行重新核算。
在进行工程设计时, 要根据工程实际情况, 合理地选择空调冷冻水温差, 以节省空调系统的运行费用, 达到工程投资的最佳平衡点。
参考文献
空调冷冻水 篇3
国内市场需求特点:对产品质量水平提出了更高的要求, 如环保、节能型产品将是今后发展的重点;要求产品轻型、廉价;对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈;逐渐注意品牌产品的选用;大工程项目青睐大企业或企业集团产品;民用或家用产品在注意质量的同时更注重售后服务等。国外市场需求特点:重点是环保与节能产品, 有的国家本是耗能大国, 但却提出了很高的能效比并以此作为进入该国的标准, 其实质是以高能效比作为技术、贸易壁垒。为了使国内企业进入国际市场, 必须开发、生产环保节能型冷冻空调设备, 才能参与国际竞争。
2 我国冷冻空调工业存在的主要问题
2.1 我国冷冻空调工业结构上有众多不合理之处
第一, 从行业结构上看, 生产中、低档产品企业多, 高科技含量产品企业少, 拥有自主知识产权产品的生产企业更少;第二, 从产品结构看, 品种少、档次不高, 有些产品更新换代慢, 产品尚不能适应变化着的市场的全面需求;第三, 空调设备产品种类、规格、产量远大于冷冻冷藏设备;第四, 为人民生活提供服务的产品过剩, 而为提高综合国力和发展先进生产力服务的产品不足, 造成了此类产品进口量很大, 或依靠合资企业提供;第五, 从地区分布看, 冷冻空调设备的主要制造企业大多数分布在长江三角洲、珠江三角洲和环渤海地区, 中西部很少;还有就是生产集中度有待进一步提高, 应提高大企业 (或集团) 产品多元化的生产能力, 早日形成本行业的“航母”, 以加强抗风险的能力。
2.2 整体技术水平不高
高端产品开发能力、制造能力不足, 使高端产品市场被他人控制。科技含量高、高附加值产品市场几乎都被国外工业发达国家控制, 如离心式冷冻机市场的90%已被美国特灵、约克、开利和麦克维尔公司占领, 中高档冷冻空调压缩机和元器件市场基本被美国艾默生、丹麦丹佛斯、德国比泽尔、台湾汉钟等公司占领。就些都是很好的例证。
2.3 冷冻空调工业标准体系不完善, 标准滞后于行业发展
尽管标准覆盖率已达80%左右, 但由于标准水平偏低, 很难适应我国入世后和人民生活水平进一步提高的需求。另外, 已有标准尚未能与国际标准全面接轨。
2.4 为冷冻空调工业配套的产业发展相对滞后
符合环保、节能要求的冷冻剂的研究、开发、生产远不能适应冷冻空调设备产量的增长, 需要以昂贵的价格从国外大量购入。
2.5 人才缺乏
在基础理论研究、技术创新、新产品研究开发等环节缺少领军人才, 在设备制造中缺少能操作先进设备的高级技工, 这直接制约了生产的发展与进步。
2.6 对节能、环保产品投入不足
节能、环保产品是本行业可持续发展的方向, 目前各企业在这方面投入不足, 使此类产品发展迟缓, 造成巩固并扩大国内市场占有率后劲缺乏, 开拓国际市场困难。
3 当前我国冷冻空调产业发展的策略思考
我国冷冻空调制造业应在产品结构调整、技术进步、技术创新等方面加大投入力度, 才能形成更强的竞争力。总结以下几点策略思考:
3.1 优化我国冷冻空调工业结构
第一, 优先发展高科技含量产品企业, 优先发展拥有自主知识产权产品的生产企业;第二, 加速产品更新换代, 努力适应不断变化着的市场全面需求;第三, 努力发展完善冷冻冷藏设备的种类、规格、产量;第四, 努力发展和完善能提高综合国力和能为发展先进生产力服务的产品, 减少对发达国家行业企业的依赖;第五, 合理布局冷冻空调设备制造企业在长江三角洲、珠江三角洲、环渤海地区和中西部的数量和产能;还有就是进一步提高生产集中度, 应提高大企业 (或集团) 产品多元化的生产能力和品牌号召力。
3.2 培养人才
在基础理论研究、技术创新、新产品研究开发等环节培养领军人才, 在设备制造中培养能操作先进设备的高级技工, 这直接促进了该行业的生产发展与进步。
3.3 对节能、环保产品加大投入
节能、环保产品是本行业可持续发展的方向, 同时需要相应产业政策制度的扶持。
3.4 寻找下一个蓝海
在进入市场的品牌逐年增多、主机制造企业在产品和技术方面日趋雷同的情况下, 企业之间的竞争正在逐步转变为在产品价格方面的竞争, 利润已经大不如前, 对产品的提价已经不能从根本上解决企业成本居高利润偏薄的难题, 如何寻找下一个蓝海成为企业最关心的一个问题。
企业该如何寻找下一个蓝海?改革开放30多年来, 尤其是最近10年时间, 中国经济飞速发展, 中央空调行业正面临着目前来说最好的机遇, 并逐年发展壮大, 除却2009年由于世界金融危机的拖累, 市场容量有所下滑外, 每年中国中央空调市场的容量均呈现出较高幅度的增长。具体到每一个中央空调主机制造企业, 高速增长的市场销量给他们的售前、售中、售后等服务带来了非常大的考验。在保证产品质量的前提下, 如果哪一个企业能够在服务方面提供一整套完整的服务体系, 那么他必将在未来的市场竞争中立于不败之地。市场高速增长的繁华掩饰了其所带来的一系列问题, 近几年, 经销商或者甲方由于中央空调产品质量、售后服务等问题引起的纠纷屡见不鲜, 但是, 由于服务人员的缺乏或者服务意识的浅薄, 这些问题总是得不到及时解决, 以致经销商或者甲方与企业之间交恶, 直接影响到品牌在市场中的良好形象。服务的好坏直接影响到消费者对品牌的感观导向, 好的服务将对品牌知名度和美誉度的提升产生事半功倍的效果。不得不承认, 现今服务已经成为中央空调企业的竞争焦点。中央空调行业服务和销售部门其实同等重要。中央空调空调产业大规模发展是从90年代中后期开始的, 按照机组使用寿命10-20年计算, 已经到了售后服务的黄金阶段, 十余年积累下来的中央空调机组市场容量规模巨大, 必将引起各方市场的广泛关注, 并成为这些主机企业新的利润增长点。
服务业的滞后已经开始阻碍整个中央空调产业的发展。服务业是维护中央空调品牌形象的一个重要环节, 中央空调服务业的优化整合不仅能够提升服务质量, 提高服务的专业性, 中央空调服务业的不断发展壮大也使中央空调产业更加利于管理。在市场容量高速增长、竞争日趋同质化的时代, 服务业的先行显得更为重要。
结束语
在迎接机遇和挑战的同时, 我国冷冻空调产业要促进工程服务与现代制造有机融合。以工程服务提升现代制造, 以现代制造促进工程服务, 实现良性互动、协调发展, 有利于我国冷冻空调产业结构调整, 由世界冷冻空调设备生产大国向世界冷冻空调设备制造强国过渡
参考文献
[1]姜尔宁.世界制冷压缩机发展趋势[J].制冷技术, 2010 (1) :49-51.
[2]吴利平.内外兼修走国际化发展道路[J].制冷与空调, 2010 (2) :A1-A3.
空调冷冻水 篇4
1 冷冻站常规监控内容
(1) 冷水机组:控制冷水机组启停控制、监测冷水机组运行状态、监测冷水机组故障报警、监测冷冻出水的水流状态、监测冷却出水的水流状态、控制冷却出水管上电动蝶阀的开启, 并监测阀门状态、建筑设备智能监控系统预留一个通讯接口与机组群控主板通讯。
(2) 一次冷冻泵:控制一次冷冻泵启停、监测一次冷冻泵运行状态、检测一次冷冻泵的故障报警。
(3) 二次冷冻泵:控制二次冷冻泵启停、监测二次冷冻泵运行状态、检测二次冷冻泵的故障报警、根据冷冻水供回水总管压差值进行二次冷冻泵变频控制。
(4) 冷却水泵:控制冷却水泵启停、监测冷却水泵运行状态、检测冷却水泵的故障报警。
(5) 冷却塔:监视冷却塔风机的运行状态、故障报警、对风机进行变频控制、控制冷却塔进出水支管上的蝶阀开启, 并监测蝶阀状态、根据冷却塔总供水温度调节冷却供回水旁通阀, 并联动冷却塔风机启停台数。
(6) 补水泵、软化水箱:监视补水泵的运行状态、监测补水箱低液位报警状态。
2 冷水机组节能优化控制方法
《公共建筑节能设计标准》中对冷热源系统的控制基本要求: (1) 对系统冷、热量的瞬时值和累积值进行监测, 冷水机组优先采用由冷量优化控制运行台数的方式; (2) 技术可靠时, 宜对冷水机组出水温度进行优化设定。下面对上述两种优化控制方法简要作分析。
(1) 冷水机组台数控制
依据冷量的冷水机组台数控制方法主要是通过计算冷冻站总输出冷量来启停冷水机组。
控制条件为计算冷量值:
计算公式:
其中:QC——制冷量k W;GC——冷冻水的流量m3/h;CP——水的定压比热容4.186kj/kg·℃;——水的密度1000kg/m3;TC, in, TC, out——冷冻水的进、出口水温℃;△TC——冷冻水供回水温差℃。
每增加新一组设备时, 判断冷量条件为计算冷量超出机组总标准冷量的15%, 例如现在已经开启一组, 而冷量要求超出900冷吨的15%, 再延时20～30分钟后判断负荷继续增大时, 即开启新一组设备。
关闭一组设备的判断冷量条件为计算冷量低于机组总标准冷量的90%, 例如现在已经开启两组设备均为900冷吨机组, 且冷量在逐渐下降, 在冷量要求低于900冷吨的90%以下, 且延时20～30分钟后判断冷量条件无变化, 即关闭其中一组运行时间较长的冷水机组及附属设备。
(2) 冷冻水出水温度优化设定
冷冻水供水温度的优化控制用来优化冷水机组和冷冻水分配系统的运行, 在满足建筑冷负荷需要的同时, 实现制冷水机组和冷冻水泵能耗的最小。
当冷冻水的供水温度升高时, 空调末端系统的传热效果将会恶化, 因此需要更多的冷冻水量, 冷冻水泵能耗将增加。当冷冻水供水温度降低时, 末端的传热效果将会改善, 因此需要较少的冷冻水量, 但是随着冷冻水量的减少, 制冷水机组蒸发温度及蒸发压力也会降低, 因此会增加制冷压缩机的能耗, 合理的优化方法应该使冷水机组和冷冻泵的总能耗最小。
通过我方与香港理工大学的共同研究, 对不同冷冻水出水温度条件下冷水机组和水泵的能耗进行了分析研究 (如图1、2所示) 。
结果表明, 随着冷冻水供水温度的升高, 水泵功耗增加, 而制冷水机组的功耗减少;当供水温度从4.5℃变化到7.0℃时, 总功耗呈现的是减少的趋势, 而当温度达到7.0℃以上时, 总功耗呈现增加趋势。当冷冻水的温度升高到7.0℃, 达到最小总功耗5131kW, 与设计工况下供水温度5.5℃下的总功率相比减少了23kW, 即降低了0.44%。
实际应用过程中, 应依据不同项目的设备性能参数, 建立冷水机组和冷冻水泵的能耗模型, 通过求取能耗最小值, 得到冷冻水供水温度优化设定值。
3 冷冻水供回水压差设定值
空调一次泵系统和二次泵系统都涉及冷冻水供回水压差设定值的问题, 不同之处在于一次泵系统常用压差设定值调节分集水器间的旁通阀开度, 二次泵系统常用压差设定值控制二次冷冻泵的运行频率。
压差设定值的作用经常被施工单位和调试人员所忽视, 如果设置适当, 压差控制系统或压差旁通阀便形同虚设。从水力工况来分析, 压差设定值偏低, 旁通阀容易打开, 造成流经末端的冷冻水流量较少, 末端设备供冷不足, 造成室内环境温湿度无法保证, 而压差设定值偏大, 对于一次泵系统, 旁通阀门旁通流量偏小, 影响冷水机组正常所需运行台数的调节, 增加空调系统冷水系统的电耗;对于二次泵系统, 二次泵接近额定转速而达不到节能目的。
设计过程应重视压差设定值对整个系统的影响, 正确合理确定参数值, 满足末端用户供冷需求, 同时实现对空调系统的经济运行调节。
4 冷却塔节能优化控制方法
冷却塔是冷冻站的组成部分, 功能是排除冷水机组冷凝器侧的热量, 其性能的优劣将直接影响冷水机组的能耗。
常规的冷却塔控制方法是依据冷却水回水温度控制冷却塔开启台数或风机频率, 这是大部分空调冷却水系统现行的控制方法。通过冷却塔效率的实时监测, 可大致判断冷却塔的运行效果。
其中:Tin——冷却塔进口温度℃;Tout——冷却塔出口温度℃;Twb——室外湿球温度℃。
国内权威部门经过多次现场实测, 控制理想的冷却塔效率能够达到70%以上, 实际系统中若发现该数值偏小, 应检查冷却塔控制策略和冷却塔本身性能。一般冷却塔风机采用皮带轮传送方式, 容易出现打滑、丢转等现象, 而且据现场勘查部分建筑由于附近居民反映冷却塔噪声等问题, 冷却塔周围被完全遮挡, 造成通风效果较差。
冷却塔冷却效果的评价客观而言, 应该利用冷却塔出水温度与室外湿球温度的差值, 也就是研究领域称为的固定逼近度, 运行良好的冷却塔的出水温度应该比室外湿球温度高3℃～5℃。实际工程中可利用楼宇自控系统中已设置的室外温湿度, 计算室外湿球温度, 通过比较冷却塔出水温度和室外空气湿球温度来实时监测冷却塔运行效果, 冷却塔控制策略可使用冷却水回水温度和室外湿球温度的差值控制冷却塔运行台数和风机频率。
对于单台冷却塔拥有多台风扇的情形, 应尽可能开启所有风扇以提高冷却塔效率, 例如对于一台冷却塔有4台风扇, 分高低速两档, 调节过程应该为1低-2低-3低-4低-1高3低-2高2低-3高1低-4高。
5 冷却水进水温度优化设定
在冷却水系统中, 冷水机组和冷却水泵、冷却塔的性能在很大程度上是相互关联、相互影响的。较低的冷却水供水温度可以提高冷水机组的性能系数, 进而消耗较低的电能。然而较低的冷却水供水温度要求较大的冷却水量和较大的风量来增加冷凝器侧的排热能力, 因而冷却水泵和冷却塔风机将会消耗更多的电能。尽管较高的冷却水供水温度能够节省冷却水泵和冷却塔风机的功耗, 但它降低了冷凝器的传热效果, 为了获得相同的空调冷负荷而需要冷水机组消耗更多的电能, 因此冷却水进水温度必须要优化以减少冷水机组、冷却水泵、冷却塔风机的总功耗, 优化方法同冷冻水, 使冷水机组、冷却泵和冷却塔总能耗最小。
6 不合理旁通控制方法
在空调系统中, 部分冷水机组停止运行时, 冷冻水和冷却水依然流经不运行的冷水机组, 很多建筑的空调系统中都存在此类问题。在自控系统中可方便的设置一些电动开关型水阀杜绝这些问题, 下面简要阐述旁通问题导致的能耗浪费现象。
以两台冷水机组和两台冷冻泵的空调一次泵系统为例, 如果仅有一台冷水机组和冷冻泵运行, 而冷冻水流经未开启冷水机组, 则依据水力工况可知, 流经工作冷水机组的流量仅为冷冻泵流量的一半, 若按常规空调系统冷冻水回水温度为12℃, 供水温度为7℃, 实际冷冻水总供水平均温度仅为9.5℃。如果停止冷水机组水阀关闭, 冷冻水没有旁通, 则达到同样的空调输送冷量, 运行冷水机组送水温度可以提高2.5℃, 水量达到额定水量, 冷水机组COP可提高7%左右。如果旁通的冷水机组数量更多, 则对运行的空调系统能耗影响更大。
冷却水侧旁通的问题同上, 由此可见, 空调系统中存在的旁通“小问题”有时可大大增大其运行能耗水平, 通过设置对应的电动水阀, 及时联锁关闭停止冷水机组的冷冻水阀和冷却水阀, 将极大提高冷水机组运行效率, 降低能源消耗, 这也是小方法大节能的有效途径。
7 结束语
空调冷冻水 篇5
关键词：模糊控制,PID,中央空调,变流量
1 引言
中央空调是楼宇系统中的能耗大户, 采用冷冻水变流量技术, 可以较好地实现中央空调的节能运行。冷冻水的变流量调节, 比较好的方法是通过变频调节实现, 而变频调节大多采用PID控制[1]。
传统的PID控制, 具有较好的控制效果和鲁棒性。然而, PID参数只能根据经验进行设计, 并在现场调试过程中根据经验加以调整。由于系统时间常数较大, 调整不仅费时费力, 控制容易产生超调, 对于工况及环境变化的适应性差, 控制惯性较大, 在使用上受到一定的限制[2]。
2 中央空调冷冻水二级泵系统
在中央空调系统中, 一方面要保证制冷主机冷冻水的恒定, 以提高制冷效率;另一方面, 末端水系统的流量又是不断变化的。二级泵系统可以很好地解决主机定水量及末端变水量这一对矛盾。中央空调二级泵系统示意图如图1所示。
在冷冻水二级泵系统中, P-1是主机制冷水泵, 其水量按主机最佳需水量选定, 扬程根据主机蒸发器及管路压降选定;P-2是输送冷冻水至末端的循环泵, 水量及扬程根据末端管网选定, 采用变流量调节。一般情况下, 二级泵两个水泵的扬程之和与采用一级泵单个水泵的扬程相当, 故采用二级泵系统不会使水泵的总功耗增加。
3 冷冻水模糊PID控制原理
模糊控制将操作人员的经验作为知识存入计算机系统, 它不依赖于对象的数学模型, 鲁棒性强, 能够很好地克服传动系统中模型参数变化和非线性等不确定因素, 而模糊PID控制算法可以在线直接对控制参数进行整定, 能够更好地适应控制系统的需求, 使系统具有响应速度快、超调小、稳态精度高、鲁棒性好的特点[2,3]。
末端冷冻水工作在变流量状态时, 采用供回水压差进行调节。由压力传感器测得的供回水压差, 经过A/D转换器转换后送入控制器, 与给定值进行比较, 产生误差信号e及误差的变化率ec, 通过模糊推理, 产生用于PID调节的三个参数Kp、Ki、Kd的具体数值。冷冻水的模糊PID控制原理如图2所示。
令e (k) 表示离散化的当前采样时刻的误差值, e (k-1) 和e (k-2) 分别表示前一个和前两个采样时刻的误差值, 则有:
△e (k) =e (k) -e (k-1)
△e (k-1) =e (k-1) -e (k-2)
于是, 控制器在某一时刻的输出为:
u (k) =u (k-1) +kp[e (k) -e (k-1) ]+kie (k) +kd[e (k) -2e (k-1) +e (k-2) ]
上式中:u (k) 是本次输出;u (k-1) 是上一次的输出;Kp、Ki、Kd是模糊控制器输出的三个PID参数值。
4 模糊PID控制器设计
模糊PID是在PID算法的基础上, 通过计算当前系统误差e和误差变化率ec, 利用模糊规则进行模糊推理, 通过查询模糊表或在线计算, 进行参数调整。模糊控制器的原理图如图3所示。
模糊PID控制的核心是总结设计人员的技术知识和实际操作经验, 建立合适的模糊规则表, 从而得到针对三个参数分别整定的模糊控制表。
1) 输入量e和ec以及输出量Kp、Ki、Kd基本论域的选取
误差e及误差变化率ec, 在其模糊论域上定义为邀负大, 负中, 负小, 零, 正小, 正中, 正大妖 (即邀NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB妖) 七个模糊集合, 并采用三角形隶属度函数进行模糊化。为方便计算, e、ec、Kp、Ki、Kd的论域均取为[-3, +3], 通过不同的量化因子对各变量的输入进行模糊化和输出的解模糊。
2) Kp、Ki、Kd模糊规则表的建立
根据系统的稳定性、响应速度和超调量等方面要求, Kp、Ki、Kd在整定时应遵循如下规则。
(1) 比例系数Kp的作用是提高系统的调节精度, 加快系统的响应速度。Kp取值太小, 控制精度降低, 响应速度变慢, 控制特性变差;Kp越大, 系统响应速度越快, 系统的调节精度就越高, 但是容易产生超调, 甚至引起系统的不稳定。
(2) 积分系数Ki的作用是消除系统的稳态误差。Ki越大, 系统的稳态误差消除越快, 但是积分系数过大容易产生积分饱和, 造成响应过程的超调较大。
(3) 微分系数Kd的作用是改善系统的动态特性, 在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化。
根据以上规则, 可以设计出Kp、Ki、Kd的模糊规则表, 如表1～表3所示。
模糊控制器在得到误差e及误差变化率ec的输入后, 通过经输入量化因子调整后的三角形隶属度函数进行模糊化, 由推理机通过上述三表所列的模糊规则对Kp、Ki、Kd进行模糊推理, 然后将模糊输出通过平均最大隶属度法进行解模糊, 再通过PID运算公式得到当前的输出u, 用于控制变频器的转速, 从而实现冷冻水的模糊PID控制。
5 实现与结论
上述模糊PID控制算法在linux环境下用C++语言实现, 并将其移植到以S3C2440A为CPU的嵌入式控制器上, 用于中央空调冷冻水系统的控制。图4是该模糊PID控制器用于控制一台流量G=50cmh, 扬程H=30m冷冻水泵时的系统响应曲线 (压力设置从0变到250k Pa时的压力曲线) 。
与之前采用PLC内置的PID控制相比 (上升时间约6s, 最大超调量约10%) , 除省却了麻烦的现场PID参数调整外, 模糊PID控制的冷冻水系统还具有响应速度快 (上升时间大约为2s左右) 、超调小、稳态误差小等特点。
参考文献
[1]梁春生, 智勇.中央空调变流量控制节能技术[M].北京:电子工业出版社, 1998.
[2]王波.智能建筑基础教程[M].重庆:重庆大学出版社, 2002.
空调冷冻水 篇6
关键词：空调冷冻水系统,蚁群算法,温差控制,冷冻水阀控制
引言
目前循环水泵一般都工作在工频状态下, 无法随外界环境、室内负荷的变化而调节, 这就是造成能耗大量损失的根本原因。将变频调速技术应用到冷冻水二次泵对供水流量进行调节, 使冷冻水流量适应负荷的不断变化, 有效的降低能量损耗。鉴于空调冷冻水控制系统本身的复杂性、非线性, 又因蚁群算法对初值的要求不高, 具有较强的适应能力[1], 本文采用了蚁群PID控制器, 并引入了阀门控制, 加快了系统的反应速度, 提升了控制效果。
一、空调系统概述
空调系统包含风系统和水系统两个部分, 水系统分为冷冻水系统和冷却水系统。冷冻水系统由水泵、蒸发器、分水器、集水器以及表冷器组成[2]。空调的能耗大部分来自于冷冻水系统, 且又由于变流量控制系统较为复杂、控制变量多, 传统的经验控制方式并不能很好地发挥其节能潜能。变流量空调冷冻水系统结构见图1。
二、系统控制方案
目前, 空调冷冻水系统的控制大部分采用单闭环控制系统, 其结构简单, 便于应用。但是, 冷冻水系统是大滞后、多干扰系统, 因此希望选择一种反应速度更快、抗干扰能力更强的控制方式。
本文研究的控制结构在常规单闭环控制的基础上加入了阀门开度控制器, 如图2所示。控制遵循阀门控制先动作, 温度控制后动作的规律。首先, 为减少系统管路阻力, 加快冷冻水流速, 减小能耗, 阀门在一般情况下保持全开状态。当负荷变大, 回水温度升高, 需加大冷冻水流量, 即加快水泵转速, 此时阀门开度不变。当负荷变小, 回水温度降低, 需减少冷冻水流量, 电动阀门迅速动作, 开度变小从而调节水流量以适应空调机组的需求。然后依据冷冻水阀的调节量来改变冷冻水泵的转速。在冷冻水泵变频调速后, 电动水阀重新改为全开状态。这样不但提升了系统的反应速度, 增强了控制的实时性, 而且有效地降低了系统能耗。
三、算法介绍
在相应的范围区域内, 每只蚂蚁在初始点随机开始根据节点上的信息素强度按照约束条件的要求选择下一个路径节点以完成全部区域的路径行走。每只蚂蚁完成一次路径寻优后进行信息素局部更新, 所有蚂蚁完成一次循环后进行信息素的全局更新。算法步骤如下:
步骤1:初始化。设定蚂蚁总数为m, 循环次数为n, 初始信息素量。
步骤2:按计算转移概率公式
四、仿真
本文采用温差控制, 供回水温差设定值为5℃, 初始温差为3℃;传递函数的采样时间为5s, 控制仿真参数设置如下:
利用在工程上一般情况下使用的Ziegler-Nichols经验公式法计算出整定PID参数, 再根据计算结果经过多次试验后得常规PID参数为:KP=-0.1031、Ki=0.0079、Kd=0.5708。编写.m程序, 通过蚁群算法寻优到三个参数为:KP=-0.2103、Ki=0.0060、Kd=0.3008。利用Matlab2010软件仿真结果如下:
从图3中可知, 常规PID对冷冻水系统的控制效果不佳, 而在蚁群PID优化下的系统, 系统调节过程和稳定性得到有效改善, 明显优于常规PID控制, 这是蚁群PID相对于常规PID的优势体现。在引入阀门开度控制后对冷冻水系统大滞后的特点起到了明显改善, 有效缩短了上升时间和调节时间, 减小了系统的超调量。这表明了在冷冻水系统中引入阀门开度控制后大大提升了系统的响应速度和稳定性, 并且说明了蚁群算法能在较短时间内寻找到最优解, 对冷冻水系统进行较好的优化控制。
五、总结
本文采用了蚁群算法对PID参数进行寻优并将其应用到引入阀门开度控制的冷冻水系统中, 同时将其与常规PID控制器、蚁群PID控制器的仿真效果进行了比较, 仿真结果表明控制效果明星优于另两种控制方法。H
参考文献
[1]潘继钢, 余波, 邓万权.基于蚁群算法的变风量空调控制的仿真[J].西华大学学报:自然科学版, 2011, 30 (3) :86-88.
[2]杨珂.基于Smith预估器的模糊PID控制在中央空调系统中的应用[D].湖南:南华大学, 2010.
空调冷冻水 篇7
工程设计是影响暖通空调工程质量最重要的一个环节, 暖通空调设计方案直接关系到系统性能特性、能耗、投资和运行费用, 因此方案设计是暖通空调设计工作最重要的环节之一。暖通空调设计方案不仅关系到建筑的室内环境参数能否满足使用要求, 而且直接关系到建筑的工程投资、运行能耗、维护费用、环境影响、人员舒适性、美观性等诸多指标参数[2] (如图1) 。
本文结合已建工程实例———深圳市宝安体育场暖通空调系统设计, 探讨空调冷冻水系统方案设计, 以供大家参考。
为大型公共建筑和高层建筑服务的冷热源设备及输送水泵的容量很大, 从节能和可行性两方面考虑, 在满足冷负荷要求的前提下使集中式的冷水系统能耗尽可能降低, 主要实现方法就是根据负荷的变化改变空调主机的制冷量, 减少空调冷水系统的水流量, 降低水泵转速, 从而达到节能的目的。
空调水系统设计的发展主要基于以下几个方面:空调制冷机组性能的改进、DDC控制的普及、网络基控制的运用。从节能观点出发, 变流量水系统优于定流量系统。空调设备的选择是按照设计工况确定的, 而空调系统大部分时间在40%～80%的负荷率下工作, 这就使得变流量冷水系统有很大的节能空间。
1 工程概况
深圳市宝安体育场将成为2011年第26届世界大学生运会的足球比赛场地。建设用地位于深圳市宝安区N14地块, 东南临裕安一路、东北临新湖路, 西南临创业一路, 西北临罗田路。
此体育场工程总体地上3层, 地下1层。负一层为地下车库和设备用房, 划分为8个防火分区;首层主要为6米高的体育场裙房, 在其中整体解决训练场, 停车楼及其他附属设施。主体育场部分首层主要为运动员休息、教练裁判、媒体工作、赛事组织、设备等其他服务房间;局部有夹层, 设计为普通观众的主卫生间。二层平面即为体育场裙房的屋顶平面, 也是观众进入赛场看台的平台层, 在主体育场内, 二层设置了贵宾用房和其他的普通服务设施。三层为主体育场上层看台的休息平台层, 设置了卫生间和部分其他服务设施。
赛事管理区、运动员区、新闻媒体区、主席团休息区等部分采用中央空调系统, 夏季供冷, 其它区域设置多个多联式空调系统, 各区域独立设置, 互不影响。
赛事管理区、运动员区、新闻媒体区、主席团休息区中央空调面积约为4983m2 (不含内走道面积) , 计算总冷负荷为1205kW (见表1) , 考虑空调区域末端设备的同时使用系数0.85, 空调冷源采用2台螺杆式水冷冷水机组, 单机制冷量为500 kW, 配置3台冷冻水泵 (2用1备) 、3台冷却水泵 (2用1备) 和2台冷却水塔。空调制冷主机、冷冻水泵和冷却水泵均放置于体育场地下室的制冷机房内, 膨胀水箱放置于主场群楼三层的天面。
空调冷冻水系统采用一次泵闭式循环系统, 竖向及楼层水平方向均采用异程式布置, 向各层空调末端设备供冷, 各分支干管出管处设置水力平衡阀, 供回水温度为7/12℃。冷却塔布置在体育运动学校3层天面, 冷却水供回水温度为32/37℃。
2 空调冷冻水系统方案介绍
按空调冷冻水系统流量是否随负荷变化而变化, 可以把一次泵闭式循环系统分为常规的定流量系统和变流量系统。
方案1、一次泵定流量冷水系统 (如图2) 。
一次泵定流量系统是应用最广泛的系统形式, 其主要设备选型见表2。
一次泵定流量冷水系统要求冷水机组在运行过程中, 蒸发器侧的冷冻水维持恒定的水流量运行。蒸发器不会发生流量突然减少的情况, 以确保不会因为压缩机卸载不及时而发生蒸发器结冰。一次泵定流量系统要求制冷主机与水泵一一对应联锁控制运行, 开机前先开冷冻水泵和冷却水泵, 然后再开主机, 保证通过主机的水流量和冷水机组的正常运行。
一次泵定流量系统的特点如下:
末端的温度控制采用二通阀 (开关量或模拟量均可) ;
水泵与主机———对应运行, 水泵的设计流量为蒸发器侧的额定流量;
冷冻水生产侧的水量大于或等于冷冻水的需求侧的水量;
生产侧多余的水量经压差控制的旁通管与系统的回水混合后再进入蒸发器。
但是, 在日常使用过程中, 此系统也存在需要改进的方面。只要冷水机组开启, 相应的冷冻水泵、冷却水泵和冷却水塔也要启动, 虽然冷水机组可以按需求供冷, 但不论冷水机组的运行负荷多大, 水泵的耗电量都是不变的。鉴于上述原因, 空调的运行显得不灵活, 费用较高, 业主往往无法承受。
方案2、一次泵变流量冷水系统 (如图3) 。
与一次泵定流量系统相比, 变流量一次泵系统明显具有运行节能的优点, 但系统的控制较复杂, 对系统的运行管理要求较高, 设计也有较大区别。其主要设备选型见表3。
一次泵变流量系统中选择蒸发器侧能够变流量运行的冷水机组, 当机组运行时, 蒸发器的供回水温差基本恒定, 蒸发器流量随负荷侧流量的变化而改变, 从而达到“按需供应”, 并使得降低水泵在部分负荷时的供水量成为可能, 最终降低系统运行能耗。末端冷量由冷冻水量调配, 冷水机组生产的冷量由流经蒸发器的水流量和相对固定的温差决定。
螺杆式水冷冷水机组配置先进的可变流量控制系统, 不仅具有反馈控制功能 (常规功能) , 还具有前馈控制功能和变流量补偿功能。在增加或减少一台冷水机组运行的初始阶段, 冷水泵仍按原流量运行, 通过蒸发器的水量将会发生突变。应通过群控避免频繁加减机, 加机前先对原运行机组卸载等。
螺杆式水冷冷水机组蒸发器允许的最低流量越小, 系统节能的潜力越大, 蒸发器的回程越多, 越有可能降低最低流量。机组的流量变化范围越大, 冷水机组节能效果越明显。机组的每分钟允许流量变化率越大, 变流量时出水温度波动越小。
先进的变流量冷水机组在部分负荷, 蒸发器变流量下与定流量相比, COP变化极小。设计实施一个多机并联的一次泵变流量系统, 这样机组的运行通常保持在50%以上, 其COP变化会更小[3]。
在一次泵变流量系统中水泵的流量只受末端供回水管的压差控制, 冷冻水泵和冷水机组之间没有连锁控制。所有并联的空调冷冻水泵均须变频控制[4]。当开一台冷水机组冷量不够, 开两台冷量太多时, 为节能, 利用机组的超额冷量, 使一台机组在额定冷量的100～120%运行, 开两台泵并变频至与冷量相适应的流量。
在冷冻水回水干管上安装流量传感器可测得水系统的总流量, 用来控制冷冻水进、出水总管之间设置的常闭电动旁通阀 (此阀的流量特性曲线应是线性的、可实现精密调节的调节阀) 。一台制冷机组部分负荷运行时, 只开启一台冷水泵, 在其最小流量负荷还过剩的情况下, 旁通阀动作, 确保旁通流量加上负荷侧需求侧的流量不低于冷水机组设定的最小流量。
变频水泵流量由冷水系统最不利末端环路供回水干管之间的压差来控制, 以满足负荷侧流量的需求;而冷水机组的启停则由机组运行电流来控制, 以满足负荷侧冷量的需求。
一次泵变流量系统主要特点如下:
每台冷水机组出水管应装慢开慢闭型电动阀 (隔离阀) , 开、闭时间约1～2分钟;
空气处理机组回水管的电动二通调节阀亦应为慢开慢闭型的;
冷水机组和冷冻水泵的台数不必一一对应, 两者启停可分别独立控制;
能够根据末端负荷的变化, 调节负荷侧和冷水机组蒸发侧的流量, 从而最大限度地降低变频水泵的能耗。
3 空调冷冻水系统方案经济效益分析
在技术方面, 目前暖通空调设计方案评价方法, 应针对具体的设计条件和要求, 对暖通空调设计案的可行性、经济性、节能性、可靠性、环境影响等评价指标进行综合评价, 以确定最合适的设计方案。
以上两个空调系统方案中的空调末端设备相同, 因此只需列明了空调主设备的初投资成本、运行时间、运行成本、节省的费用;假定一个相对宽松的空调主设备运行时间:1、2、12月:不运行;3、4、11月:每天只运行1台机制冷, 每天运行6小时, 其中有2小时按80%的负荷运行、2小时按60%的负荷运行、2小时按40%的负荷运行;5～10月:每天运行10小时制冷, 其中有3个小时只按100%的负荷运行、2小时按80%的负荷运行、2小时按60%的负荷运行、2小时按40%的负荷运行、1小时按30%的负荷运行 (详见表4～7) 。
由表4～7中可以看出, 在2个空调水系统形式中, 制冷主机的出冷量可以跟随负荷变化, 因此, 主机的耗电量基本相同;冷却水系统的耗电量不随负荷变化而变化;只有冷冻水泵的能耗随负荷改变而发生改变。因此, 可以计算出一次泵变流量系统中的冷冻水泵一年内可以节约的耗电量和相应节省的运行费用 (详见表8) 。
注:电费费率按0.68元/千瓦时计。
按假定的空调运行时间计 (实际运行的时间可能更少) , 在一次泵变流量系统中, 变频运行的冷冻水泵可以实现节能的目的, 每年可以节约的运行成本达8200元。
另一方面, 在设计一次泵变流量系统时, 需要增加两项目设备的初投资: (1) 必须采用可以变蒸发器侧水流量的制冷机组; (2) 一套变频控制系统, 该系统主要设备包括:可以变流量运行的水泵、电脑控制终端、水泵变频器、水流量自动旁通控制器、压力传感器、温度和温差传感器、功率传感器等设备。经向设备厂商咨询与沟通, 以上两项初投资与定流量系统相比要多出约23万元, 按表8的计算值, 需要28年才能回收初投资成本。
经过两个方案的比较, 在此工程中一次泵变流量系统是经济、节能的方案, 但通过研究计算, 并不是最佳可行的方案。
7 结论
⑴最经济、最节能的空调系统形式, 未必是最佳的可行方案, 方案设计是暖通空调设计工作最重要、最复杂的一个环节, 提高暖通空调方案设计水平是一个复杂的系统工程, 需要设计、业主、科研、设备厂家等有关方面共同努力。
⑵经济、节能的变流量一次泵系统未必适合所有的工程, 例如:空调冷负荷小, 供冷时间短的场合、空调冷负荷变化不大的场合、没有条件拥有熟练管理运行人员的场合。
参考文献
[1]涂逢祥.建筑节能 (42) .北京:中国建筑工业出版社, 2004
[2]李兆坚、江亿.暖通空调方案设计现状分析.暖通空调, 2005.35 (9) :42～46
[3]空调冷水系统演变与一次泵变流量系统探讨.全国民用建筑工程设计技术措施.节能专篇.暖通空调.动力, 中国计划出版社, 2007