對中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設計問題探討

尹慧杰

摘要：隨著中央空調(diào)系統(tǒng)應用要求的不斷提高，研究其節(jié)能設計問題凸顯出重要意義。本文首先對相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了中央空調(diào)運行過程中的不當措施，并結(jié)合相關(guān)實踐經(jīng)驗，從多方面深入研究了中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設計，闡述了個人對此的幾點看法與觀點。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能；設計；問題

前 言

作為中央空調(diào)系統(tǒng)設計中的重要方面，其節(jié)能問題的重要性不言而喻。該項課題的研究，將會更好地提升中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計的實踐水平，從而有效優(yōu)化其在實際應用中的整體效果。本文從概述相關(guān)內(nèi)容著手本課題的研究。

一、概述

中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗受季節(jié)、使用時間、環(huán)境條件、人流量以及設定的控制工況和控制精度等多種因素的影響，過程要素之間存在著嚴重的非線性、大滯后及強藕合關(guān)系。整個中央空調(diào)系統(tǒng)是一個隨機的時變性的、非線性、多變量的復雜系統(tǒng)，難以用精確的數(shù)學模型或控制方法進行描述。因此本文擬從中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計的角度，談談中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設計技術(shù)及其應用。

由于傳統(tǒng)的、單一的節(jié)能控制技術(shù)在解決多變量、非線性、時變的中央空調(diào)系統(tǒng)這種復雜的系統(tǒng)面前總是出現(xiàn)顧此失彼的情況，無法系統(tǒng)、全面地實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的全面優(yōu)化控制與綜合節(jié)能，而基于模糊控制技術(shù)的智能控制，通過負荷預測的辦法去消除大慣性、大時延的影響具有自學習、自尋優(yōu)和自適應的優(yōu)化控制功能，使冷凍水系統(tǒng)能對輸出能量進行動態(tài)控制并實現(xiàn)冷負荷的動態(tài)跟隨調(diào)節(jié)，實現(xiàn)空調(diào)主機冷媒流量跟隨末端負荷的需求供應使空調(diào)系統(tǒng)在各種負荷情況下，既能保證末端用戶的舒適性，又能最大限度地節(jié)省系統(tǒng)的能量消耗。

二、中央空調(diào)運行過程中的不當措施分析

1.制冷機組啟停控制

對于制冷機組的啟?？刂撇呗赃^于簡單：一般管理人員總是想當然地認為盡可能地減少主機的開啟臺數(shù)是節(jié)能的。所以，往往等出水溫度很高或者用戶側(cè)發(fā)生抱怨、投訴，才會增加機組開啟臺數(shù)。這種控制手段最直接的影響就是舒適性受到很大的破壞，違背了設置空調(diào)系統(tǒng)的初衷；另外，實際也并不節(jié)能，一般制冷機組的最高效率點往往并不是100%負荷，而是70～80%負荷工況下，出水溫度太高，機器肯定是滿負荷或者超負荷了，而且，實際水溫的居高不下，往往會導致循環(huán)水泵和末端風機的能耗增加，系統(tǒng)總能耗肯定會增加。

2.定冷凍水、冷卻水設定溫度

冷卻水或冷凍水供回水溫度一經(jīng)設定，就基本不會改變。我們都知道，較低的冷卻水回水溫度和較高的冷凍水出水溫度對于提高機組的能效比是比較有效的，研究表明，空調(diào)冷凍水每提高一度，機組運行效率提高4.3%，當然，降低冷卻水回水溫度基本也能起到同樣的效果。實際上，無論是在整個漫長的空調(diào)季節(jié)還是在每一天當中，隨著室外的環(huán)境溫度變化，都是可以通過改變冷凍水、冷卻水的設定溫度達到提高機組效率的目的。

3.定流量運行

絕大部分空調(diào)水系統(tǒng)都是定流量運行，也有很多系統(tǒng)雖然配置了變頻器，但往往也就是簡單地設定一個較低的頻率，并不作動態(tài)調(diào)節(jié)。還有一些系統(tǒng)配置了變頻器，因為技術(shù)手段粗糙，引發(fā)了水力失調(diào)等其他問題，最終導致失敗。水泵變頻固然簡單，但終究是個系統(tǒng)問題，所以，還是要全面地考慮問題，把系統(tǒng)作為一個整體來考慮。

4.冷卻塔逐臺開啟

一般冷卻塔的配置都按照“一對一”原則，即一臺冷機對應一臺冷卻塔，開啟一臺制冷機組的同時也對應開啟一臺冷卻塔，只要冷卻水回水溫度達到設定值，其他冷卻塔都不會啟用。這種方法當然不是什么錯誤，但是從節(jié)能的觀點看，不是一個好的控制策略。而且，因為冷卻塔風機的裝機功率遠小于制冷主機和循環(huán)水泵的裝機功率，所以，在節(jié)能上也沒有引起太多重視。但是，控制好冷卻水回水溫度，充分挖掘冷卻塔的自然冷卻能力，不但能降低風扇的能耗，更能提高制冷主機的效率，所以這方面的節(jié)能潛力是不容忽視的。

三、中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設計分析

1.冷水機組的節(jié)能

空調(diào)實際制冷效果取決于主機制冷系數(shù)，而制冷系數(shù)的大小直接取決于被冷卻物和冷卻物的溫度。冷水機實際運行過程中，冷凍水溫度越低，冷卻水溫度越高就會使得制冷系數(shù)升高。制冷系數(shù)越低導致消耗的能量也就越多，耗電量也隨之大大增加。冷凍水供水溫度每提高1攝氏度，就會導致冷水機組制冷效率提高3%左右。冷卻水的溫度越高，同等效率下冷機的耗能量就越低。在不同的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下運行空調(diào)系統(tǒng)，實驗可確知回轉(zhuǎn)式壓縮機的性能。依據(jù)實驗結(jié)果設定冷凍水和冷卻水的適宜溫度。在不同的空調(diào)容量下，確保每臺空調(diào)的主機能夠在最大效率下運行，得出每臺空調(diào)的耗能量。

2.送風系統(tǒng)的節(jié)能

送風系統(tǒng)是整個空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，其耗電量占空調(diào)總耗電量的百分比遠遠超過40%，是中央空調(diào)節(jié)能設計研究中必須高度重視的問題。風機包括空調(diào)風機和其他送風、排風機。風機體積是壓差與體積流量的乘積，風機功率與風量體積成正比，而送風體積流量遠大于送水體積流量，因此，送風系統(tǒng)的損耗量要小于送水系統(tǒng)，在節(jié)能上更具優(yōu)勢。在設計時要選擇正確的風壓與風量。同一風管中，風機所需的功率與送風量的三次方成正比，因此送風量的降低可大大減少風機的耗能量。適當減小風管的尺寸，降低管路長度都是減少送風量的措施，可以達到節(jié)能的目的。

3.換氣節(jié)能

在過渡季節(jié)中，有些房間仍需要供冷，此時室外溫度較低，可以采用室內(nèi)新風降低室內(nèi)溫度，同時也能改善空氣質(zhì)量。在室外溫度三十二攝氏度、濕度百分之七十的條件下，熱焓值為20.6kcal/kg，室內(nèi)外空氣的焓差較大。將該焓值充分利用起來可以節(jié)約新風負荷，可在很大程度上的降低能耗。因此，在引入新鮮空氣與排氣時，可以引入全熱交換器，使兩股氣流形成熱（或焓）交換。焓值20.6kcal/kg的新風在百分之七十的交換效率下，進入室內(nèi)焓值可降為15.3kcal/kg，大約可以節(jié)約百分之七十的能量消耗。

4.冷凍水側(cè)的節(jié)能

變流量系統(tǒng)（VWV）利用一個共同管接口，將熱源與負載側(cè)的送水系統(tǒng)分開控制，空調(diào)主機房內(nèi)的水循環(huán)系統(tǒng)為主回路，二次回路是負載側(cè)方面。水循環(huán)系統(tǒng)的主機數(shù)量取決于負載，負載較大時可適當增加主機的運轉(zhuǎn)數(shù)量。每個主機都有一個對應的泵負責定量送水工作，循環(huán)水的總量為開啟主機水量的總和。運轉(zhuǎn)主機的數(shù)量決定了送水量的大小，主機側(cè)的送水距離又短，因而主回路耗能較小。而二次回路的送水距離較長，耗能較大。變流量系統(tǒng)根據(jù)空調(diào)需求負載來改變送水量，達到節(jié)能的目的。采用變頻技術(shù)調(diào)節(jié)送水量也可以節(jié)約流體。

5.提升冷卻水塔的運轉(zhuǎn)效率

保證冷卻水塔高效率運轉(zhuǎn)可從以下幾方面著手：冷卻水塔周圍要保證空氣暢通，使空氣能夠自由進入冷卻水塔，而塔內(nèi)的濕熱空氣也能夠快速排出。在設計冷卻水塔時要保證周圍留有一定的空間，這樣就避免了濕熱空氣形成回流被抽回進風口而使塔內(nèi)空氣短路。多組冷卻水塔一起運轉(zhuǎn)，備用冷卻水塔也一起運行可以大大提高塔的運轉(zhuǎn)效率，采用變頻器來控制冷卻水塔運行風扇的轉(zhuǎn)速。冷卻水溫度越低，冷凍水主機的耗能量也就越小，每降低1℃可減小耗電量1.5%～2.0%。因此，盡可能降低冷卻水的入口溫度可以降低冷凍水主機的耗電量。不均勻的水流或氣流會降低冷卻水塔的效率，會導致耗能增大。因此要經(jīng)常檢查灑水管的灑水是否均勻。

四、結(jié)束語

通過對對中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設計問題的研究分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，在當前各種條件下，該項工作的順利進行，有賴于對其多項關(guān)鍵環(huán)節(jié)與要素的充分掌控，有關(guān)人員應該從中央空調(diào)系統(tǒng)應用的客觀實際需求出發(fā)，研究制定最為符合實際的節(jié)能設計實施策略。

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