變風量耦合變水量系統(tǒng)能耗計算與分析

楊胤保

摘 要：以蘇州市某服務中心建筑的變風量耦合變水量空調系統(tǒng)為研究對象，建立建筑模型，應用空調系統(tǒng)能耗分析軟件DEST進行了多種方案下的能耗模擬計算，得出了相應的能耗值，并進行分析，以此可作為系統(tǒng)設計選型的依據。變風量耦合變水量空調系統(tǒng)能在各種內部和外部不斷變化的情況下，通過系統(tǒng)的動態(tài)調節(jié)，控制室內熱環(huán)境，且具有明顯的節(jié)能特征。

關鍵詞：空調系統(tǒng)；變風量；耦合；變水量；節(jié)能

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198（2015）25-0291-02

1 引言

隨著我國現(xiàn)代建筑的迅猛增加，中央空調的大量使用，中央空調能耗問題也日趨突出。如何使用與節(jié)約能源不僅關系到能量資源的合理利用，而且關系到對地球環(huán)境的保護。因此我們有必要根據中央空調系統(tǒng)運行全程中各種因素的動態(tài)變化對水系統(tǒng)變流量和風系統(tǒng)變流量的調節(jié)等進行研究，以達到既滿足用戶的舒適性或工藝性要求又達到節(jié)能的目的。并從根本上扭轉建筑用能嚴重浪費的狀況，對降低能耗具有十分重要意義。

2 建筑模型的建立

DEST軟件是以CAD軟件為基本運行環(huán)境，本文采用該軟件作為計算模擬工具。

2.1 工程概述

本工程位于蘇州市，項目為蘇州市某服務中心，建筑為2層，每層約3600m2，建筑總面積約為7200m2。建筑負荷性質是人員多、電子設備多，空調供冷需求量大，時間長（全年供冷，尤其是內區(qū)），因此對空調系統(tǒng)節(jié)能降耗的要求高，故采用變風量（VAV系統(tǒng)）、變水量（VWV系統(tǒng)）、定風量（CAV系統(tǒng)）及定水量（CWV系統(tǒng)）相互耦合的能耗結果進行分析，相互比較后以決定采用哪種最優(yōu)方案。

2.2 建筑模型的建立

在DEST軟件中繪制相關建筑平面后，確定建筑的地理位置，對建筑添加系統(tǒng)，確定房間的功能，這里是辦公建筑。通過設定開停機時間、控制溫度的上下限、對系統(tǒng)進行分區(qū)包括內外區(qū)的設定、定義整體系統(tǒng)的屬性包括全空氣系統(tǒng)（包括定風量與變風量系統(tǒng)）、空氣-水系統(tǒng)（包括定流量與變流量系統(tǒng)）等，在全空氣系統(tǒng)中也要定義空調箱的相關參數、在水系統(tǒng)中也分別定義水泵為定頻還是變頻，添加冷熱源并定義相關屬性。最后，進行模擬計算，包括負荷的計算、水泵能耗的計算、制冷主機能耗的計算、制熱能源的消耗、冷卻塔能耗的計算以及風機能耗的計算等。

3 不同系統(tǒng)相互耦合的能耗結果與節(jié)能分析

本文中利用DEST軟件計算VAV系統(tǒng)、VWV系統(tǒng)、CAV系統(tǒng)及CWV系統(tǒng)相互耦合的能耗，方案1為CAV系統(tǒng)+CWV系統(tǒng)，方案2為CAV系統(tǒng)+VWV系統(tǒng)，方案3為VAV系統(tǒng)+CWV系統(tǒng)，方案4為VAV系統(tǒng)+VWV系統(tǒng)，為了分析方便，我們將以上四種耦合系統(tǒng)簡稱為方案1、2、3、4，以下同。

現(xiàn)對計算結果進行分析如下：

VAV系統(tǒng)、VWV系統(tǒng)、CAV系統(tǒng)及CWV系統(tǒng)相互耦合的冷機全年總電耗的情況如圖1。從圖中可以看出冷機的全年總電耗最大的是CAV系統(tǒng)+CWV系統(tǒng)，而冷機全年總電耗最小的是VAV系統(tǒng)+VWV系統(tǒng)。但方案2、3、4三者相差不大，因此針對冷機的節(jié)能我們可以盡量采用方案2、3、4。

圖1 冷機全年總電耗

方案1、2、3、4的冷凍水泵全年總電耗的情況如圖2。從圖中可以看出方案1、方案3的全年總電耗大，而方案2、方案4的全年總電耗小，是因為方案1、方案3的冷凍水泵為定頻系統(tǒng)，而方案2、方案4的冷凍水泵為變頻系統(tǒng)，同樣系統(tǒng)變頻水泵的能量消耗<定頻水泵的能量消耗。

圖2 冷凍水泵全年總電耗

方案1、2、3、4的冷卻塔全年總電耗的情況如圖3。從圖中可以看出方案1、方案2的全年總電耗比方案3、方案4的全年總電耗略大，但相差不大。

圖3 冷卻塔全年總電耗

方案1、2、3、4的冷卻水泵全年總電耗的情況如圖4。從圖中可以看出方案1、方案3的全年總電耗大，而方案2、方案4的全年總電耗小，跟冷凍水泵的全年總電耗的情況一致，也是因為方案1、方案3的冷卻水泵為定頻泵，而方案2、方案4的的冷卻水泵為變頻泵，這是因為變頻水泵的能量消耗<定頻水泵的能量消耗的緣故。

圖4 冷卻水泵全年總電耗

方案1、2、3、4的熱源水系統(tǒng)水泵全年總電耗的情況如圖5。從圖中可以看出方案1的全年總電耗最大、方案3的全年總電耗次之，而方案2、方案4的全年總電耗與方案1、方案3相比較小，也是因為方案1、方案3的熱源水泵為定頻泵，而方案2、方案4的熱源水泵為變頻泵的緣故。

圖5 熱源水系統(tǒng)水泵全年總電耗

方案1、2、3、4的系統(tǒng)風機全年總電耗的情況如圖6。從圖中可以看出方案1、方案2的系統(tǒng)風機全年總電耗大，而方案3、方案4的系統(tǒng)風機全年總電耗小，是因為方案1、方案2為定風量系統(tǒng)CAV，其風機的電耗與風量均為固定值，而方案3、方案4為變風量系統(tǒng)VAV，其風機的電耗隨風量的變化而變化非固定值，因此方案3、方案4的能耗要比方案1、方案2的電耗要小。

圖6 系統(tǒng)風機總電耗

方案1、2、3、4的系統(tǒng)全年總電耗情況如圖7。從圖中可以看出方案1的全年總電耗數值最大，而方案2的全年總電耗數值次之、方案3的全年總電耗數值再次之但與方案2相差不大、方案4的全年總電耗數值最小，也意味著方案4系統(tǒng)最節(jié)能。

圖7 系統(tǒng)全年總電耗

方案1、2、3、4相比較的節(jié)能率情況如圖8。以方案1：CAV+CWV為比較對象，從圖中可以看出方案4：VAV+VWV節(jié)能率最大，而方案3：VAV+CWV次之、方案2：CAV+VWV再次之，方案1：CAV+CWV最不節(jié)能。

圖8 與CAV+CWV相比較的節(jié)能率%

4 結論

本工程利用DEST軟件模擬得出了蘇州市某服務中心建筑中央空調系統(tǒng)在四種方案下中央空調系統(tǒng)各組成部分如主機、輸配系統(tǒng)、冷卻塔等的能耗變化情況。模擬計算的結果表明，在上述四種耦合系統(tǒng)方案中，VAV系統(tǒng)+VWV系統(tǒng)能耗最低，CAV系統(tǒng)+CWV系統(tǒng)能耗最大，前者與后者相比可節(jié)能33.2%。而CAV系統(tǒng)+VWV系統(tǒng)以及VAV系統(tǒng)+CWV系統(tǒng)的能耗處于中間。VAV系統(tǒng)耦合VWV系統(tǒng)與傳統(tǒng)CAV系統(tǒng)及CWV系統(tǒng)的相比節(jié)能優(yōu)勢明顯，節(jié)能效果顯著，可達到30%左右，是一種高效節(jié)能環(huán)保的空調系統(tǒng)，適合在需要全空氣系統(tǒng)的建筑使用。隨著節(jié)能減排的大力提倡，只要我們不斷地深入研究其系統(tǒng)設計、應用、管理等問題，VAV系統(tǒng)耦合VWV系統(tǒng)技術還是值得推廣應用的。

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