暖通空調(diào)水系統(tǒng)優(yōu)化研究

【摘 要】暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行普遍存在兩低一高現(xiàn)象，即冷熱源和循環(huán)水泵負(fù)荷率低，系統(tǒng)運(yùn)行效率低，能耗高。就中央空調(diào)系統(tǒng)而言，造成其兩低一高現(xiàn)象的原因前文中己經(jīng)指出，原因主要集中在設(shè)計(jì)方面、控制方面和系統(tǒng)優(yōu)化方面。因此，空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化節(jié)能研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文就主要對(duì)暖通空調(diào)水系統(tǒng)優(yōu)化相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析研究。

【關(guān)鍵詞】暖通工程；水系統(tǒng)；優(yōu)化

引言

我國(guó)是世界的電力大國(guó)，這其中建筑耗能約占到四分之一左右，尤以大型商業(yè)建筑為最。所謂的建筑能耗，實(shí)際上并不是直接消耗在建筑上，而是大部分直接消耗在暖通空調(diào)系統(tǒng)上，暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗占建筑總能耗的一半以上。因此，有必要對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化研究。

一、變水量空調(diào)系統(tǒng)的原理及特點(diǎn)

1、原理。（1）水冷蒸汽壓縮式空調(diào)系統(tǒng)的制冷原理。水冷蒸汽壓縮式空調(diào)系統(tǒng)在制冷時(shí)，液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中汽化，吸收熱量使冷水溫度降低。低溫、低壓的氣態(tài)制冷劑經(jīng)壓縮機(jī)壓縮變成高溫、高壓氣體，進(jìn)入冷凝器中。制冷劑溫度高于冷卻水溫度，制冷劑便將熱量傳遞給冷卻水，而制冷劑經(jīng)冷凝變?yōu)楦邏阂后w。制冷劑高壓液體經(jīng)膨脹閥節(jié)流后又進(jìn)入蒸發(fā)器，變?yōu)榈蛪阂后w制冷劑，再次汽化完成一個(gè)循環(huán)。（2）吸收式空調(diào)系統(tǒng)制冷原理。假定吸收劑在發(fā)生器中不會(huì)氣化，所以只有制冷劑流過(guò)冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器。離開(kāi)蒸發(fā)器的蒸汽在吸收器中被稀溶液吸收，同時(shí)混合物放熱，然后制冷劑溶液由泵升高到發(fā)生器壓力下，在發(fā)生器中加熱溶液使制冷劑逸出，同時(shí)稀溶液由中間冷卻器回到吸收器。在水一溴化鋰吸收式冷水機(jī)組系統(tǒng)中，水是制冷劑而溴化鋰是吸收劑，通常呈固態(tài)的溴化鋰與水混合形成溶液。該系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是溴化鋰的非揮發(fā)性，在發(fā)生器中只有水蒸汽產(chǎn)生，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，COP值高。缺點(diǎn)是蒸發(fā)溫度相對(duì)較高，系統(tǒng)壓力很低。通常應(yīng)用于燃?xì)鈨r(jià)格低而壓縮系統(tǒng)運(yùn)行成本較高的場(chǎng)合。

2、特點(diǎn)。（1）初期投資低。一次泵變流量系統(tǒng)中沒(méi)有二次泵及其相關(guān)設(shè)備，這使得設(shè)備投資大大降低。但是一次泵變頻驅(qū)動(dòng)、旁通閥及相關(guān)控制設(shè)備的花費(fèi)會(huì)抵消一部分節(jié)省的投資。（2）占地空問(wèn)小。二次泵的缺失自然使得一次泵系統(tǒng)占地面積減小，適用于空間要求約束較大的場(chǎng)合。（3）一次泵設(shè)計(jì)功率的減小。其原因在于：一方面排除了二次泵需要額外附加的裝置設(shè)備；另一方面一次泵變流量系統(tǒng)中一次泵的平均效率高，否則不能克服其固有的低效。（4）泵的低能耗。一個(gè)原因是由于泵需要的全負(fù)荷功率減小了；更重要的原因是變頻驅(qū)動(dòng)使一次泵能節(jié)省能耗，而傳統(tǒng)的二次泵系統(tǒng)中一次泵能耗對(duì)應(yīng)著每臺(tái)冷水機(jī)組是一常數(shù)，隨著各臺(tái)冷水機(jī)組的階段性啟停而相應(yīng)的啟停。

二、暖通空調(diào)水系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

隨著材料和加工技術(shù)的不斷發(fā)展，暖通空調(diào)也得到了飛速的發(fā)展，形成了各種各樣的暖通空調(diào)。暖通空調(diào)運(yùn)行過(guò)程中，采用的基本原理都大致相同。常規(guī)的暖通空調(diào)主要有三類(lèi)。第一類(lèi)全空氣暖通空調(diào)系統(tǒng)，該類(lèi)型的暖通空調(diào)在運(yùn)行過(guò)程中，所有過(guò)程都需要空氣介質(zhì)完成，空氣介質(zhì)完成能量傳遞轉(zhuǎn)移的所有過(guò)程。第二類(lèi)是空氣-水系統(tǒng)，該類(lèi)型的暖通空調(diào)運(yùn)行時(shí)，水介質(zhì)可以將暖通空調(diào)的熱量帶走消除，而空氣介質(zhì)是用來(lái)將冷水除熱產(chǎn)生的濕氣去除。第三類(lèi)是全水系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有重力循環(huán)末端裝置、組合管道等裝置，該系統(tǒng)具有較好的可控性和可操作性。暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常沒(méi)有考慮到季節(jié)、建筑空間位置、角度等參數(shù)，從而沒(méi)有實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)的精確合理設(shè)計(jì)，在不考慮這些因素條件下，設(shè)計(jì)的暖通空調(diào)功率要大于實(shí)際需要的功率，因此會(huì)造成暖通空調(diào)系統(tǒng)能量的浪費(fèi)。暖通空調(diào)各設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般都采用最大負(fù)載進(jìn)行設(shè)計(jì)，其實(shí)在實(shí)際的工作過(guò)程中，許多設(shè)備很少是在滿載的條件下工作，如果考慮到這方面的因素，設(shè)計(jì)時(shí)精確的設(shè)計(jì)各個(gè)暖通空調(diào)的功率，可以大大的降低暖通空調(diào)的總功率，提高系統(tǒng)工作效率，節(jié)約能源。

暖通空調(diào)常用的冷卻方法有蒸汽式和吸收式。蒸汽式制冷裝置運(yùn)行過(guò)程中，將液體冷卻劑在蒸汽發(fā)生裝置中蒸發(fā)，形成氣體的冷卻劑，在蒸發(fā)的過(guò)程中會(huì)吸收水中的熱量，從而使水的溫度降低。在壓縮機(jī)的作用下，溫度較低的冷卻劑變成了溫度較高的冷卻劑，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)后，冷卻劑的壓力也會(huì)增高。當(dāng)冷卻劑的溫度比水的溫度高時(shí)，水就會(huì)從冷卻劑中吸收能量，這樣冷卻劑的溫度降低，壓力還是保持高壓。形成的高壓的冷卻劑，經(jīng)過(guò)循環(huán)管路，通過(guò)節(jié)流閥后再次進(jìn)入蒸汽發(fā)生裝置，繼續(xù)進(jìn)行蒸發(fā)的下一個(gè)循環(huán)。運(yùn)行的過(guò)程中，隨著冷卻劑相態(tài)、溫度、壓力的變化，實(shí)現(xiàn)了熱量的轉(zhuǎn)移。吸收式冷卻系統(tǒng)，冷卻劑經(jīng)過(guò)冷卻裝置、蒸發(fā)裝置后，形成的蒸汽會(huì)被吸收裝置中的溶液吸收，由于溶液的濃度較低，因此可以很好的實(shí)現(xiàn)蒸汽的吸收。溶液吸收過(guò)程中會(huì)放出熱量。隨后冷卻劑在泵的作用下，輸送到冷卻發(fā)生裝置中，冷卻劑流出，形成的稀溶液被再次回收利用。

三、暖通空調(diào)水系統(tǒng)優(yōu)化研究

隨著先進(jìn)控制方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，空調(diào)水系統(tǒng)的控制優(yōu)化方法也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。傳統(tǒng)局部控制優(yōu)化的方法，控制優(yōu)化的方法簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備性能要求較低。暖通空調(diào)實(shí)際工作過(guò)程中，工作系統(tǒng)是非線性、變參數(shù)的大系統(tǒng)，系統(tǒng)的載荷變化范圍較大，這樣采用傳統(tǒng)局部控制的方法，就顯得有些不足。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，采用變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)，暖通空調(diào)水系統(tǒng)由定流量向變流量方向的發(fā)展。定流量系統(tǒng)通過(guò)采用多臺(tái)泵同時(shí)共同工作，通過(guò)調(diào)節(jié)實(shí)際工作泵的臺(tái)數(shù)來(lái)進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)的范圍有限，不能夠的降低系統(tǒng)的效率，增大電能的消耗量。通過(guò)采用變頻控制后，可以實(shí)現(xiàn)泵流量的無(wú)機(jī)調(diào)速，調(diào)速的范圍大，易于控制，系統(tǒng)的運(yùn)行效率高，節(jié)能效果較好。暖通空調(diào)水系統(tǒng)變頻控制采用恒定遠(yuǎn)端壓力的方式和控制水溫度的方法實(shí)現(xiàn)。暖通空調(diào)冷水機(jī)組功能是給予室內(nèi)舒適的環(huán)境，建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中，采用多個(gè)冷水機(jī)組共同使用的方式，機(jī)組之間的連接方式為并聯(lián)連接，通過(guò)改變機(jī)組的并聯(lián)個(gè)數(shù)以及機(jī)組泵的功率，可以進(jìn)行空調(diào)冷水機(jī)組功率的調(diào)節(jié)，通過(guò)采用這種方式可以最大限度減少暖通空調(diào)系統(tǒng)的啟動(dòng)電流，減少不必要的能量消耗，同時(shí)還能增強(qiáng)暖通系統(tǒng)的靈活性，避免了只有一個(gè)冷水泵時(shí)，由于泵損壞而造成系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)影響到暖通系統(tǒng)冷水機(jī)組各個(gè)因素的分析，建立空調(diào)冷水機(jī)組能耗的優(yōu)化模型，模型的變量參數(shù)主要包括每個(gè)冷水機(jī)組泵的功率和泵的開(kāi)啟狀態(tài)，通過(guò)模型求解使系統(tǒng)運(yùn)行的效率最優(yōu)，最大限度的降低能量的消耗。影響空調(diào)冷水機(jī)組效率的因素有很多，包括冷卻水的出口和入口之間的溫度差、空調(diào)冷水機(jī)組的其他負(fù)載荷等，同時(shí)研究這些因素，求解模型是非常困難，研究表明冷卻水的出口和入口之間的溫度差，和空調(diào)冷水機(jī)組的其他負(fù)載荷具有一定的函數(shù)關(guān)系。通過(guò)研究冷水機(jī)組的其他負(fù)載荷和系統(tǒng)運(yùn)行效率之間的關(guān)系，再結(jié)合冷卻水出入口溫度差和其他負(fù)載荷之間的關(guān)系，就可以得到系統(tǒng)的各個(gè)變量對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行效率的影響情況。冷水機(jī)組的效率控制是實(shí)時(shí)控制，通過(guò)控制冷卻泵出入口之間的溫度以及泵的開(kāi)啟狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組的節(jié)能運(yùn)行，該優(yōu)化方法易于操作，簡(jiǎn)單實(shí)用，模擬結(jié)果顯示利用該方法，和常規(guī)的方法相比，能夠節(jié)約能量大約15%左右，節(jié)能效果明顯。

結(jié)束語(yǔ)

暖通空調(diào)的能量消耗是建筑能耗的重要部分，通過(guò)提高暖通空調(diào)的效率可以有效的減少暖通空調(diào)的能量消耗，節(jié)約能源。常用的暖通空調(diào)主要有三類(lèi)：全空氣系統(tǒng)、空氣-水系統(tǒng)和全水系統(tǒng)。采用變頻控制可以實(shí)現(xiàn)泵流量的無(wú)機(jī)調(diào)速，調(diào)速的范圍大，易于控制，節(jié)能效果好。冷卻水機(jī)組之間為并聯(lián)連接，改變機(jī)組的并聯(lián)個(gè)數(shù)以及機(jī)組泵的功率，可以調(diào)節(jié)空調(diào)冷水機(jī)組的功率，這種方式可以有效減少暖通系統(tǒng)的啟動(dòng)電流，節(jié)約能源，還能增強(qiáng)暖通系統(tǒng)的靈活性。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚國(guó)梁.空調(diào)變頻水泵節(jié)能問(wèn)題探討[J].暖通空調(diào)，2013.

[2]尹瑾珉，夏學(xué)彬.淺析供熱系統(tǒng)中平衡閥的應(yīng)用[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2010.

[3]孫清典，李燦新，楊學(xué)敏.供熱管網(wǎng)熱平衡調(diào)節(jié)技術(shù)探討[J].建筑節(jié)能，2010.