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中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能策略分析

更新時(shí)間:2017-10-11      點(diǎn)擊次數(shù):1202

中央空調(diào)系統(tǒng)作為建筑的重要組成部分,在給人們帶來舒適建筑環(huán)境的同時(shí),也消耗了大量的能量,對中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化是建筑節(jié)能優(yōu)化的重點(diǎn)?;诖耍P者進(jìn)行了相關(guān)介紹。
1、中央空調(diào)工作原理
中央空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng),主要由2部分組成,即水系統(tǒng)部分和空氣處理系統(tǒng)部分。其中,制冷機(jī)組為中央空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供所需要的冷負(fù)荷,不僅將制造的冷量傳遞給冷凍水循環(huán)系統(tǒng),且把工作過程中釋放的熱量傳遞給冷卻水循環(huán)系統(tǒng),是中央空調(diào)系統(tǒng)中zui重要的組成部分。冷卻水泵、冷凍水泵以及冷卻塔為中央空調(diào)系統(tǒng)提供水循環(huán),是進(jìn)行熱交換的載體。冷凍水將制冷機(jī)組制造的冷量帶到風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)中與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換,并將室內(nèi)熱量帶回到制冷機(jī)組中;冷卻水將制冷機(jī)組在工作和熱交換中產(chǎn)生的大量廢熱排放到室外空氣中,經(jīng)過冷卻塔降溫后的冷卻水又流回制冷機(jī)組的冷凝器中進(jìn)行熱交換,如此循環(huán)往復(fù)。
2、控制策略
不同的控制策略對中央空調(diào)系統(tǒng)總能耗的影響特別明顯,由于中央空調(diào)的系統(tǒng)由冷水機(jī)組、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)組成,冷水機(jī)組的控制由其自身的控制策略直接控制,但其制冷效果會(huì)受中央空調(diào)系統(tǒng)中水系統(tǒng)控制的影響。某酒店主樓高18層,輔樓高4層,擁有178余間客房。酒店中央空調(diào)系統(tǒng)原控制策略采用冷凍水恒壓控制,冷凍水回水壓力作為反饋值,0.558MPa作為目標(biāo)值;冷卻水出水恒溫控制,冷卻水出水溫度作為反饋值,目標(biāo)值設(shè)為31℃;冷卻塔風(fēng)機(jī)工頻控制。經(jīng)過對系統(tǒng)運(yùn)行狀況的評估同時(shí)考慮現(xiàn)場條件,節(jié)能改造采用以下的控制方式:冷凍水恒溫差控制,冷凍水進(jìn)出水溫差作為反饋值,5℃做目標(biāo)值;冷卻水恒溫差控制,冷卻水進(jìn)出水溫差作為反饋值,目標(biāo)值為5℃;冷卻塔風(fēng)機(jī)采用回水溫度作為反饋值同時(shí)室外濕球溫度+冷幅作為目標(biāo)值的控制。
3、系統(tǒng)搭建
根據(jù)優(yōu)化的控制策略,進(jìn)一步搭建起新的中央空調(diào)系統(tǒng),其中,主要包括中央空調(diào)系統(tǒng)硬件和上位軟件設(shè)計(jì),從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能。整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)由4個(gè)模塊組成,即空調(diào)主機(jī)、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和冷卻塔系統(tǒng)。
空調(diào)主機(jī)模塊包括1臺(tái)水冷螺桿式冷水機(jī)組。1#機(jī)組名義制冷量為1050kW,制冷輸入功率為197kW,COP為5.33.冷水機(jī)組主要由PLC來實(shí)現(xiàn)采集信號(hào)并且控制冷水機(jī)組的運(yùn)行,監(jiān)測制冷機(jī)的運(yùn)行狀況以配合其他設(shè)備的運(yùn)行。冷凍水模塊主要由2臺(tái)冷凍水泵(1臺(tái)常開、1臺(tái)備用)、集水器、分水器、閥門組成;冷凍水泵額定功率為22kW,備用泵為30kW;冷凍水均采用變頻控制,變頻器是型號(hào)為ACS510 的ABB 變頻器。冷凍水系統(tǒng)是連接制冷主機(jī)與空調(diào)房間的重要部分,帶走空調(diào)末端的熱量回送到冷水機(jī)組。
冷卻水模塊主要由2臺(tái)冷凍水泵(1臺(tái)常開、1臺(tái)備用)、閥門組成;冷卻水泵額定功率為37kW,備用的為45kW;冷卻水均采用變頻控制,變頻器是型號(hào)為ACS510的ABB變頻器。冷卻水系統(tǒng)將機(jī)組的熱量吸收并送到冷卻塔降溫,zui后再回送到冷水機(jī)組。
冷卻塔模塊主要由2臺(tái)風(fēng)機(jī)組成,兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的額定功率分別為9kW和11kW,變頻器采用的是型號(hào)為ACS510的ABB變頻器。冷卻塔系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對冷卻水溫度的調(diào)節(jié)。
在優(yōu)化改造過程中,增加了中央控制柜、冷卻塔變頻控制柜、溫度變送器、壓力變送器、濕球溫度傳感器、電動(dòng)執(zhí)行器、電能表和工控機(jī)等。改造系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示,工控機(jī)作為整個(gè)采集控制系統(tǒng)的核心處理器,末端的參數(shù)采集以及控制設(shè)備通過RS485轉(zhuǎn)換器和工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
改造后冷凍水變頻控制主要采用變頻器恒溫差控制,比之前的恒壓控制更適合于負(fù)荷變化較大的中央空調(diào)系統(tǒng)。目標(biāo)設(shè)定溫差為5℃,通過調(diào)節(jié)變頻器的轉(zhuǎn)速來改變冷凍水的水量,使冷凍水變頻器的轉(zhuǎn)速隨著空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的變化而變化,zui終使冷凍水進(jìn)出水溫差穩(wěn)定在5℃左右,保證制冷量和系統(tǒng)的負(fù)荷相匹配,達(dá)到*的制冷效果和能耗。冷卻水變頻控制也類似于冷凍水的控制。

圖1 酒店中央空調(diào)改造系統(tǒng)構(gòu)架圖
4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
為了驗(yàn)證改進(jìn)后的控制策略優(yōu)于之前的原策略,讓某酒店中央空調(diào)在原有的控制方式和新改造的控制方式下各運(yùn)行1d,并采集系統(tǒng)各部分能耗。
為了讓采集的數(shù)據(jù)具有對比性,選取的酒店的人員入住率幾乎相同。除此之外,選取這2d的外界環(huán)境參數(shù)要盡量接近,從外界環(huán)境參數(shù)可以看出,外界的條件雖有差別,但是差別非常微??;外界氣溫相差0.07%,外界濕度相差13.43%,外界失球溫度相差5.39%.通過不同控制策略下系統(tǒng)總能耗對比可以看出,現(xiàn)控制總能耗比原有的控制策略下的能耗小很多。原控制方式當(dāng)天電能量2630.4kW·h,現(xiàn)控制方式系統(tǒng)總能耗為2 353 kW·h,比原控制方式系統(tǒng)1d多節(jié)約277.3 kW·h,總能耗節(jié)能率10.5%,空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行1d各子系統(tǒng)的能耗對比如表1所示。


 冷水機(jī)組冷凍水泵冷卻水泵冷卻塔總系統(tǒng)
原控制2089286.4113.3126.42630.4
現(xiàn)控制2025141.987.6832353.1
節(jié)能64144.525.743.4277.3
節(jié)能率/(%)3.0650.522.734.310.5
表1不同控制方式下各子系統(tǒng)的日能耗(單位:kW·h)
由表1可知,現(xiàn)控制方式下比原控制方式下的能耗低,節(jié)能效果明顯。其中,現(xiàn)場常用的機(jī)組額定功率為197 kW,對應(yīng)的冷凍水泵為22kW,冷卻水為37kw,冷卻塔風(fēng)機(jī)為9kW,可見,冷水機(jī)組功率占總額定功率的74.3%,在部分負(fù)荷下,理論上冷水機(jī)組的能耗節(jié)能空間是比較大的。但現(xiàn)場由于不可直接對空調(diào)主機(jī)進(jìn)行控制,想要間接地影響制冷機(jī)的制冷效率,zui重要的是改變冷凍水系統(tǒng)的流量大小。對于冷凍水系統(tǒng)而言,如果當(dāng)前系統(tǒng)負(fù)荷減小,則要保證制冷量與系統(tǒng)負(fù)荷相匹配,必須減小冷凍水的流量。原冷凍水變頻器控制策略是冷凍水回水恒壓控制,這樣保證了整個(gè)系統(tǒng)的水力平衡,不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)因流量不足而出現(xiàn)空調(diào)主機(jī)故障,但相比于改造后的冷凍水進(jìn)出水恒溫差控制策略而言,節(jié)能效果較差。冷凍水吸收了空調(diào)末端房間里的熱量,這些熱量需要冷卻水循環(huán)系統(tǒng)將其帶到大氣中去,當(dāng)冷凍水系統(tǒng)的流量減小時(shí),空調(diào)主機(jī)的制冷量下降,冷卻水系統(tǒng)的需要帶走的熱量就會(huì)降低。此時(shí),冷卻水泵轉(zhuǎn)速在可以滿足整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下降低了,從而達(dá)到了節(jié)能的目的。
綜上所述,中央空調(diào)系統(tǒng)在建筑工程中的應(yīng)用越來越普遍,其能耗占建筑總能耗的50%以上。因此,相關(guān)技術(shù)人員要采取有效的節(jié)能控制策略,對中央空調(diào)的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造,從而降低中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗。該中央空調(diào)系統(tǒng)采取上述控制策略進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化后,取得了良好的成效,可供類似系統(tǒng)改造參考。

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