暖通空調(diào)水系統(tǒng)效率優(yōu)化策略研究

玄良君

摘要：暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗是夏季建筑能耗的主要組成部分，就綜合建筑而言，給整個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)提供動(dòng)力的循環(huán)水泵耗電量占空調(diào)系統(tǒng)耗電量的18%左右。一般而言，空調(diào)能耗主要分為流體輸送設(shè)備運(yùn)行時(shí)所消耗的電能以及為了消除建筑物內(nèi)熱、濕負(fù)荷提供的冷、熱源能耗。因此，需要采取有效的優(yōu)化措施，提高暖通空調(diào)的運(yùn)行效率?；诖?，文章就暖通空調(diào)水系統(tǒng)效率優(yōu)化策略進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析，希望可以提供一個(gè)借鑒。

關(guān)鍵詞：暖通空調(diào)；水系統(tǒng)效率；優(yōu)化策略

1.暖通空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常見的問題

1.1水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

在我國(guó)暖通空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行過程中，大部分空調(diào)內(nèi)水系統(tǒng)都沒有區(qū)分高低區(qū)域，這一問題致使空調(diào)在使用過程中頻頻出現(xiàn)閥桿故障，極易造成空調(diào)水系統(tǒng)內(nèi)高層冷熱水壓不穩(wěn)，嚴(yán)重影響空調(diào)正常運(yùn)行情況。傳統(tǒng)的空調(diào)，都應(yīng)具備完善的空調(diào)水系統(tǒng)，空調(diào)中的冷水應(yīng)按照自上而下的方向進(jìn)行流動(dòng)，熱水在水系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)時(shí)不具備高低之分，如果水系統(tǒng)未分高低區(qū)域，就會(huì)對(duì)空調(diào)今后的運(yùn)行造成嚴(yán)重的安全隱患，間接引發(fā)嚴(yán)重的空調(diào)質(zhì)量問題。

1.2空調(diào)水系統(tǒng)選擇不合理

用戶在進(jìn)行空調(diào)水系統(tǒng)的選擇時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合房屋的各方面性質(zhì)，結(jié)合房屋實(shí)際需要，進(jìn)行正確的空調(diào)水系統(tǒng)選擇。我國(guó)空調(diào)用戶在進(jìn)行水系統(tǒng)選擇時(shí)，往往存在著嚴(yán)重的空調(diào)水系統(tǒng)選擇不合理的問題，不同性質(zhì)的房屋，在設(shè)計(jì)過程中所采用的風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)也都各不相同，這一情況導(dǎo)致空調(diào)水系統(tǒng)在實(shí)際安裝過程中，既要滿足室內(nèi)溫度的需要，又要保證屋內(nèi)的清潔，如果采用不正確的空調(diào)水系統(tǒng)，就會(huì)造成嚴(yán)重的屋內(nèi)空氣質(zhì)量問題，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。

1.3空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行故障

隨著我國(guó)智能技術(shù)的不斷發(fā)展，人們?cè)谑褂孟冗M(jìn)設(shè)備的過程中更容易忽視對(duì)這些設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行合理化的維護(hù)與保養(yǎng)，致使設(shè)備系統(tǒng)出現(xiàn)老化與故障的情況。我國(guó)大部分空調(diào)在使用過程中都存在不同程度的運(yùn)行故障問題，常見的運(yùn)行故障包括系統(tǒng)壓力不均、空氣過濾器出風(fēng)口堵塞、制冷系統(tǒng)中存在冰堵等，這些故障往往都會(huì)引發(fā)一系列的空調(diào)質(zhì)量問題，為用戶帶來極大的不便。

1.4單輸出控制

在空調(diào)制冷系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，以單個(gè)元件的形式，將壓縮機(jī)、膨脹閥、蒸發(fā)器等電子元件作為目標(biāo)，通過控制算法對(duì)這些元件在制冷工作中的效用進(jìn)行計(jì)算，控制算法在實(shí)際應(yīng)用過程中較為常用的一種是PID控制，這種算法在實(shí)際應(yīng)用該過程中實(shí)現(xiàn)了極大的高效性與準(zhǔn)確性，為我國(guó)空調(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了有效保障。

2.暖通空調(diào)水系統(tǒng)效率優(yōu)化的策略

2.1變水量空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)泵優(yōu)化研究

通過分析冷凍水管路特性隨空調(diào)負(fù)荷變化的特點(diǎn)，就可以得出計(jì)算空調(diào)冷凍水泵變頻調(diào)速運(yùn)行總能耗的一般關(guān)系式，還有的專家提出在DDC網(wǎng)絡(luò)控制下，將傳統(tǒng)二次泵系統(tǒng)改進(jìn)為全變速一次/加壓泵系統(tǒng)，取消一二次環(huán)路間的旁通管，使得節(jié)能效果更加明顯。針對(duì)常規(guī)空調(diào)變流量一次/二次泵分布式冷水系統(tǒng)存在的小溫差和低效率的問題及原因進(jìn)行理論分析，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)方案即全變速一次/加壓泵分布式冷水系統(tǒng)，并闡明改進(jìn)后系統(tǒng)的技術(shù)可行性及其優(yōu)點(diǎn)。二次泵主要用來克服管道的摩擦阻力，過濾網(wǎng)、用戶側(cè)控制閥及平衡閥形成的管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，通過變頻調(diào)節(jié)改變水泵的轉(zhuǎn)速，改變了傳統(tǒng)的模式，節(jié)能的效果大大的增加。循環(huán)水系統(tǒng)二次泵高效區(qū)可以通過限制流量范圍。水泵調(diào)速運(yùn)行時(shí)，不宜在額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行。

2.2變水量空調(diào)系統(tǒng)冷水機(jī)組優(yōu)化研究

冷水機(jī)組是建筑空調(diào)系統(tǒng)中耗能量最大的部分，因此，降低其能耗對(duì)于整體的節(jié)能來說是非常重要的。大型建筑一般采用多臺(tái)冷水機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行。通過切換機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)，呈階梯狀的提供能量來滿足不同的要求。近年來，學(xué)者對(duì)冷水機(jī)組負(fù)荷的最優(yōu)配置問題進(jìn)行了深入的研究，尤其是對(duì)模型求解算法上，但模型中并未包括機(jī)組的啟停狀態(tài)。實(shí)際情況是，現(xiàn)有建筑空調(diào)系統(tǒng)冷水機(jī)組多采用多臺(tái)機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行。這樣機(jī)組能耗就與其負(fù)荷分配和機(jī)組的啟停狀態(tài)有關(guān)。優(yōu)化各冷水機(jī)組負(fù)荷分配及啟停狀態(tài)，以此達(dá)到節(jié)能的目的應(yīng)該成為我們關(guān)注的重點(diǎn)問題。

評(píng)價(jià)冷水機(jī)組運(yùn)行效率的一個(gè)有效的指標(biāo)就是機(jī)組運(yùn)行系統(tǒng)COP，COP值越大，機(jī)組運(yùn)行效率越高，相應(yīng)的就越節(jié)能。另外，對(duì)于單臺(tái)冷水機(jī)組而言，其最大COP值出現(xiàn)在機(jī)組滿負(fù)荷下，可以將制冷劑的COP值作為目標(biāo)函數(shù)，使用拉格朗日法求解最優(yōu)制冷機(jī)負(fù)荷，這種方法與傳統(tǒng)方法相比能耗低且精確度高。不過隨著計(jì)算機(jī)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，研究人員開始使用遺傳算法求解OCL問題，克服了拉格朗日法在低需求時(shí)系統(tǒng)可能不收斂的缺點(diǎn)。而這些并不是唯一的將COP值作為目標(biāo)函數(shù)的方法，使用B&B方法求解最優(yōu)制冷機(jī)啟停次序問題。隨著研究的不斷深入，通過模擬退火方法來解決OCL問題，其充分考慮了負(fù)荷平衡約束及制冷機(jī)運(yùn)行限制，可以很好地應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行，而使用進(jìn)化策略來完成OCL求解的方法，不僅能夠解決拉格朗日法及遺傳算法的問題且精確度高并能很好地應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中。

2.3暖通空調(diào)系統(tǒng)“兩低一高”現(xiàn)象的控制

在冷、熱源設(shè)備的節(jié)能方面，對(duì)冷、熱源設(shè)備進(jìn)行優(yōu)選及優(yōu)化配置。所謂設(shè)備的優(yōu)選和優(yōu)化配置，是指相對(duì)于工程所在地區(qū)能源結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)負(fù)荷特性等具體條件下，最適合機(jī)組的選型和配置，設(shè)備選型及配置的優(yōu)化主要依靠冷水機(jī)組或熱泵機(jī)組的性能系統(tǒng)。在水系統(tǒng)輸送節(jié)能方面，降低水系統(tǒng)輸送能耗主要依靠?jī)?yōu)選水泵，提高水泵運(yùn)行效率。

結(jié)束語

暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行普遍存在冷熱源和循環(huán)水泵負(fù)荷率低，能耗高的現(xiàn)象。因此，需要對(duì)水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。本文通過對(duì)暖通空調(diào)水系統(tǒng)效率優(yōu)化的探討，了解了當(dāng)前提高暖通空調(diào)水系統(tǒng)效率的前沿解決途徑，為在實(shí)際工作中提升系統(tǒng)效率提供了較好的方法論和研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建利，朱煥茹.大溫差變流量暖通空調(diào)水系統(tǒng)水力平衡調(diào)試技術(shù)[J].暖通空調(diào)，2011，12：62-65+10.

[2]畢崇寧.暖通空調(diào)水系統(tǒng)效率優(yōu)化策略研究[D].山東大學(xué)，2008.

[3]于秀國(guó).暖通空調(diào)水系統(tǒng)水力平衡閥應(yīng)用與調(diào)節(jié)[J].黑龍江科技信息，2010，22：268.