空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化研究

陳 躍

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院,山西 太原 030024)

?

空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化研究

陳 躍

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院,山西 太原 030024)

分析了空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，從變水量冷水機(jī)組、循環(huán)水泵、空調(diào)全系統(tǒng)三方面，探討了空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化措施，以降低空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保的目標(biāo)。

空調(diào)系統(tǒng)，節(jié)能，冷水機(jī)組，循環(huán)水泵

0 引言

現(xiàn)階段，空調(diào)已經(jīng)應(yīng)用于我們生活與生產(chǎn)中的各個(gè)方面，成為了生活與生產(chǎn)中無(wú)法替代的物品。同時(shí)，空調(diào)的能源消耗問(wèn)題也越來(lái)越受到人們的重視?？照{(diào)的能耗是指在空調(diào)系統(tǒng)中，所有的裝置與設(shè)備在運(yùn)行時(shí)消耗的能量總和，其包含有兩部分：一部分是為了抵消建筑物中熱量、濕氣等相關(guān)負(fù)荷而產(chǎn)生的能源消耗；另一部分是流體裝置在進(jìn)行流體的輸送過(guò)程中所產(chǎn)生的能源消耗。而隨著能源以及資源短缺問(wèn)題的凸顯，我國(guó)開(kāi)始提倡資源、能源的可持續(xù)利用，構(gòu)建社會(huì)與環(huán)境的和諧發(fā)展。所以，運(yùn)用空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過(guò)一定的措施，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性進(jìn)行優(yōu)化處理，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)。

1 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化所存在的問(wèn)題

在空調(diào)系統(tǒng)中，影響其能源消耗的因素有很多，其主要因素有空調(diào)系統(tǒng)的形式、周圍環(huán)境與建筑物室內(nèi)的溫差、空調(diào)設(shè)備的效率、輸送流體所使用管道的長(zhǎng)度等。

1.1 設(shè)計(jì)方面存在的問(wèn)題

在進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常會(huì)基于其工況條件下的系統(tǒng)工作能力而預(yù)估空調(diào)系統(tǒng)所需要的最大制冷量，并確定所采用制冷主機(jī)以及水泵的容量大小。進(jìn)行水泵的選型設(shè)計(jì)時(shí)，其容量是依據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的最大功率運(yùn)轉(zhuǎn)情況下來(lái)確定的。然而，在空調(diào)系統(tǒng)的使用過(guò)程中，其絕大多數(shù)時(shí)間是在未達(dá)到工況負(fù)荷的條件下運(yùn)行的，如此便使很多的空調(diào)水泵在工作時(shí)存在大流量、小溫差的不合理狀態(tài)，從而使水泵在工作時(shí)有較大的能量浪費(fèi)。并且，水系統(tǒng)溫差發(fā)生改變，將導(dǎo)致空調(diào)制冷主機(jī)工作時(shí)的條件更加差，運(yùn)行效率會(huì)明顯降低，使空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗量有所增加，并會(huì)對(duì)空調(diào)主機(jī)的使用壽命帶來(lái)不利的影響。

1.2 控制方面存在的問(wèn)題

在空調(diào)的主機(jī)以及一些末端設(shè)備中，設(shè)置有自動(dòng)化控制部件。然而，卻未建立一個(gè)相配套集中控制系統(tǒng)，使空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制水平有限。若是外界溫度出現(xiàn)一定的波動(dòng)，尤其是當(dāng)外界的濕度出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，空調(diào)控制系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)調(diào)控的時(shí)長(zhǎng)偏長(zhǎng)，造成一定的能源浪費(fèi)。

1.3 系統(tǒng)優(yōu)化中存在的問(wèn)題

在較早時(shí)期，空調(diào)進(jìn)行調(diào)控主要是為了達(dá)到相應(yīng)的負(fù)荷要求，要是不針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，將會(huì)導(dǎo)致大量的能源消耗。

2 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的措施

對(duì)于目前空調(diào)系統(tǒng)所承載的高能耗現(xiàn)象，不少的學(xué)者對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能進(jìn)行了探討與研究，得到了不同的優(yōu)化節(jié)能方案。在冷、熱源空調(diào)設(shè)備的節(jié)能設(shè)計(jì)中，對(duì)冷、熱源設(shè)備作了進(jìn)一步的優(yōu)選和優(yōu)化研究。對(duì)裝置進(jìn)行優(yōu)選與優(yōu)化，指的是依照不同地域中的能源組成以及負(fù)荷特點(diǎn)等現(xiàn)實(shí)情況，而做出最優(yōu)的機(jī)組選型以及系統(tǒng)配置。在進(jìn)行空調(diào)裝置的選型和優(yōu)化時(shí)，大多數(shù)是通過(guò)調(diào)節(jié)冷水機(jī)組以及熱泵機(jī)組所擁有的COP系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？照{(diào)系統(tǒng)中水系統(tǒng)節(jié)約能耗的優(yōu)化過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)能源消耗的節(jié)約主要是通過(guò)以下措施：

1)對(duì)水泵進(jìn)行型號(hào)的優(yōu)選，以改善水泵在空調(diào)系統(tǒng)中的工作效率。

2)適度增加供水以及回水溫差值。在空調(diào)系統(tǒng)中，不管是冷水還是熱水系統(tǒng)，通常供、回水溫差值均為5 ℃左右。要是想要降低水系統(tǒng)自身的流量，減少水系統(tǒng)的自身能耗量，應(yīng)當(dāng)逐步的增加供水、回水溫度差?，F(xiàn)階段，水系統(tǒng)的供、回水溫差逐步的加大到了9 ℃左右。

3)適當(dāng)?shù)臏p少水泵揚(yáng)程。在水系統(tǒng)中，水流速率不能太快，要確定相對(duì)經(jīng)濟(jì)的水流速率，從而使水系統(tǒng)中的水流阻力得以有效控制，盡可能的減少靜壓損失。

2.1 變水量冷水機(jī)組的節(jié)能優(yōu)化

空調(diào)系統(tǒng)中，能源消耗量最大的部分就是冷水機(jī)組，其所消耗的能源量占據(jù)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)消耗能源總量的60%左右。所以，采用一定的措施，對(duì)冷水機(jī)主進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)是非常關(guān)鍵的，也是最為有效的節(jié)能方法。目前，建筑物所使用的空調(diào)系統(tǒng)大多是將多臺(tái)冷水機(jī)組進(jìn)行并聯(lián)使用，這樣可以使空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)控更加的具有靈活性，并且也可以使空調(diào)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的能源消耗有所減少。早在20世紀(jì)80年代，美國(guó)學(xué)者J.E.Braun曾提出，采用不同的冷水機(jī)組進(jìn)行并聯(lián)使用，不同的冷水機(jī)組其出水溫度值保持一致，也就是說(shuō)不同的冷水機(jī)組所提供給空調(diào)系統(tǒng)的制冷量是一致的，此時(shí)對(duì)于能源的消耗量是最少的，即最優(yōu)方案。

2.2 循環(huán)水泵的節(jié)能優(yōu)化

在空調(diào)系統(tǒng)中，水循環(huán)所需的動(dòng)力是由循環(huán)水泵所提供的，而循環(huán)水泵在空調(diào)運(yùn)行時(shí)所消耗的能量是整個(gè)系統(tǒng)所消耗能量的近20%，并且是建筑物中能量總消耗的10%左右。因此，循環(huán)水泵消耗能量的多少，會(huì)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)有著直接的影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)建筑物的整體能耗有非常大的影響?，F(xiàn)在大多數(shù)的循環(huán)水泵是處于工頻的狀態(tài)進(jìn)行工作的，而不能依據(jù)不同負(fù)荷的改變隨時(shí)做出調(diào)整，這樣會(huì)導(dǎo)致較多的能源消耗。如今，隨著變頻技術(shù)快速的發(fā)展，并逐步的應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域之中，人們也開(kāi)始對(duì)變流量空調(diào)的不同二次泵配備形式進(jìn)行研究，其結(jié)果顯示：采用多泵并聯(lián)的方式，空調(diào)系統(tǒng)能源的消耗量是最小的。對(duì)于循環(huán)水泵中的變壓控制優(yōu)化時(shí)，將管道的壓力差控制位置加設(shè)于最不利管道通道中，可以非常顯著的減少循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)的能源消耗量。采用DDC網(wǎng)絡(luò)對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行控制，是把有空調(diào)系統(tǒng)中的二次循環(huán)水泵轉(zhuǎn)換為變頻控制的一次加壓循環(huán)水泵，如此可以將一次、二次循環(huán)管道之間的旁通管道取消，同樣可以非常顯著的降低循環(huán)水泵系統(tǒng)所消耗的能源量。

2.3 對(duì)空調(diào)全系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化

對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能來(lái)說(shuō)，只從空調(diào)系統(tǒng)中某單一的設(shè)備入手已經(jīng)無(wú)法滿足預(yù)期的節(jié)能效果。這是由于不同的空調(diào)設(shè)備在進(jìn)行組合完成之后，投入到空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行中，是存在一定的相互作用的。所以，應(yīng)當(dāng)對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)加以節(jié)能優(yōu)化處理。在進(jìn)行整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)全面的對(duì)不同空調(diào)設(shè)備所采用各自優(yōu)化手段時(shí)產(chǎn)生的相互作用進(jìn)行綜合考察，同時(shí)對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)做出科學(xué)合理的調(diào)控，這樣才可以確保空調(diào)系統(tǒng)擁有最佳的節(jié)能效果。在空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制中，采取一定的優(yōu)化調(diào)節(jié)，同樣可以極大的影響到空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果?？照{(diào)的自動(dòng)化控制中，主要是對(duì)空調(diào)冷熱源、空調(diào)風(fēng)量、水量、末端裝置的開(kāi)關(guān)等進(jìn)行調(diào)控。進(jìn)行空調(diào)的智能化控制優(yōu)化時(shí)，要把系統(tǒng)最低的能耗當(dāng)成是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能評(píng)測(cè)的依據(jù)，如此才可以使空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的節(jié)能優(yōu)化目標(biāo)。在進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)的智能化控制優(yōu)化過(guò)程中，受到電子電力技術(shù)和智能化控制技術(shù)發(fā)展的影響，變頻器等逐步的被應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)變頻器的使用，讓空調(diào)系統(tǒng)中各個(gè)類別的機(jī)組均可以實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)與控制的目的。同時(shí)可以依照不同的環(huán)境條件改變，而隨時(shí)的對(duì)制冷機(jī)組工況進(jìn)行調(diào)控，從而保障了整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)可以一直處于最優(yōu)的工作狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

在社會(huì)與科技快速發(fā)展的過(guò)程中，我們對(duì)于生活的需求不斷增多，并且也更加清晰的意識(shí)到對(duì)于資源以及能源保護(hù)的重要性?？照{(diào)作為我們生活與生產(chǎn)中必備的物品，在為我們提供了舒適條件的同時(shí)，我們也應(yīng)當(dāng)重視其對(duì)于能源的節(jié)約。對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，應(yīng)當(dāng)從不同空調(diào)設(shè)備節(jié)能優(yōu)化調(diào)節(jié)入手，并逐步的擴(kuò)展到整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)采用科學(xué)的自動(dòng)化調(diào)控手段，以實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)整體的最優(yōu)節(jié)能目標(biāo)。

[1] 李 妥.暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方案的分析及相關(guān)研究[J].智能城市，2016(9)：89-90.

[2] 趙康樂(lè).關(guān)于中央空調(diào)節(jié)能措施及維護(hù)與保養(yǎng)的相關(guān)思考[J].江西建材，2016(1)：126-127.

[3] 單夷平.中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成及變頻節(jié)能技術(shù)的研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016(1)：151-152.

Study on energy-saving optimization of air-conditioning system

Chen Yue

(Taiyuan Technology University Building Design Academy, Taiyuan 030024, China)

The paper analyzes problems existing in air-conditioning system energy-saving design, and explores air-conditioning system energy saving and optimizing measures from three aspects of variable water volume cold water chiller, recycling water pump and air-conditioning system, with a view to reduce air-conditioning system energy consumption and to realize energy-saving and environment-protecting goals.

air-conditioning system, energy saving, cold water chiller, circulating water pump

1009-6825(2016)34-0195-02

2016-09-29

陳 躍(1984- )，男，工程碩士，工程師

TU831.3

A