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空调节能技术_

发布时间:2021-09-24 02:00:04 来源:乐鱼体育官网

  空调节能技术 节能可以说是楼字自动控制系统的出发点和归宿。 众所周知, 在智能建筑中, HVAC(采暖、 通风和空调)系统所耗费的能量要占到大楼消耗的总能量的极大部分 比例,大致在 50%~60%左右。特别是冷:东机组、冷却塔、循环水泵和空调机 组、 新风机组, 都是耗能大户。 所以实有必要发展一种有效的空调系统节能方法, 尤其用是在改善现有大楼空调系统自动化上方面。 DDC(Directdigitalcontr01) 直接数字化控制,是一项构造简单操作容易的控制设备,它可借由接口转接设备 随负荷变化作系统控制,如空调冷水循环系统、空调箱变频自动风量调整及冷却 水塔散热风扇的变频操控等,可以让空调系统更有效率的运转,这样,不仅为物 业管理带来很大的经济效益,而且还可使系统在较佳的工况下运行,从而延长设 备的使用寿命以及达到提供舒适的空调环境和节能之目的。 一般大楼常用的空调系统有 CAV、VAV、VWV 等,各有不同操控方式,都可以用 DDC 控制。 1.定风量系统(ConstantAirVolume,简称 CAV)。 定风量系统为空调机吹出的风量一定,以提供空调区域所需要的冷(暖)气。当空 调区域负荷变动时,则以改变送风温度应付室内负荷,并达到维持室内温度于舒 适区的要求。常用的中央空调系统为 AHU(空调机)与冷水管系统(FCU 系统)。这 两者一般均以定风量(CAV)来供应空调区, 为了应付室内部分负荷的变动, AHU 在 定风量系统以空调机的变温送风来处理,在一般 FCU 系统则以冷水阀 ON/OFF 控制来调节送风温度。 2.变风量系统(VAV) 变风量系统(VarlableAirVolume,简称 VAV)即是空调机(AHU 或 FCU)可以调变风 量。常用的中央空调系统为 AHU(空调机)与冷水管系统 FCU 系统。这两者一般均 以定风量(CAV)来供应空调区,为了应付室内部分负荷的变动,在 AHU 定风量系 统以空调机的变温送风来处理, 在一般 FCU 系统则以冷水阀 ON/OFF 控制来调节 送风温度。然而这两者在送风系统上浪费了大量能源。因为在长期低负荷时送风 机亦均执行全风量运转而耗电,这不但不易维持稳定的室内温湿条件,也浪费大 量的送风运转能源。变风量系统就是针对送风系统耗电缺点的节能对策。变风量 系统可分为两种:一种为 AHU 风管系统中的空调机变风量系统(AHU—VAV 系统); 一种为 FCU 系统中的室内风机变风量系统(FCU-VAV 系统)。AHU-VAV 系统是在全 风管系统中将送风温度固定, 而以调节送风机送风量的方式来应付室内空调负荷 的变动。FCU-VAV 系统则是将冷水供应量固定,而在室内 FCU 加装无段变功率控 制器改变送风量,亦即改变 FCU 的热交换率来调节室内负荷变动。这两种方式透 过风量的调整来减少送风机的耗电量, 同时也可增加热源机器的运转效率而节约 热源耗电,因此可在送风及热源两方面同时获得节能效果。 3.变流量系统(VWV) 所谓变流量系统(VariableWaterVolume,简称 VWV),是以一定的水温供应空调 机以提高热源机器的效率,而以特殊的水泵来改变送水量,顺便达成节约水泵用 电的功效。 变水量系统对水泵系统的节能效率依水泵的控制方式和 VWV 使用比例 而异,一般 VWV 的控制方式有无段变速(SP)与双向阀控制方式。以上三种空调系 统是目前大楼空调最常被设计的系统。中央空调控制也就是把管路、管件、阀体 或阀门集中设定控制流体提供冷气。 所以有效组合中央空调控制即能有效控制耗 能,设计合乎节能的空调系统。 空调节能系统概况 1)通过负荷控制,达到节能目的。①炎热季节新风负荷占到整个冷负荷的 25-40%,减少新风负荷,降低新风能耗,选择最小必要新风量,也能达到目的。 但是新风量的最小供应一方面国家已有标准,另外新风量不足将影响空气质量, 危及人体健康。②优化建筑外围护结构的节能设计,采用保温隔热材料技术,降 低空调负荷,实现建筑节能,但同时也导致建筑成本上升,推广受到一定的限制 2)蓄能空调。通过冰蓄冷,避开白天的用电高峰,夜间将空调冷冻水制冷 储存起来, 白天不开动空调主机仅使用水系统循环。 这种方法本身并不节能省电, 而是优化了电网供电,对已经实行分时电价的地区,起到省钱不节能的作用, 具地区性推广意义。 3)水源热泵。相对于空气和土壤而言,水是最为理想的空调用冷热源,水 源热泵也因此具有环保、高效、节能等众多优点,但我国水源热泵技术研究还不 是很成熟,与一些发达国家相比还存在一定的差距。同时,水源热泵尽管具有很 多优点,但所受的地质、环境、政策等的限制也比较大,这就使得水源热泵在我 国更广泛的应用受到了限制。 4)中央空调系统中单个耗能设备节能改造。①风机和水泵通用变频器调速 节能,这是目前采用较多的技术。这种方法简便实用,节电效果明显,但水泵、 风机等产品属系统辅机部分,占整个系统能耗约为 40%,所以挖掘空间有限。② 制冷主机,制冷机组的耗电量在空调系统中占有很大份额,节约这部分的耗能是 整个空调系统经济运行的关键。目前一般都采用降低室内温度标准、提高冷水初 温等措施实现制冷主机的节能。上面几种方法的不足之处是仅考虑了局部的节 能,而没有从整个系统的全局去考虑。 5)动态负荷跟踪的节能控制系统以整个中央空调系统为一体,根据空调区 负荷不断变化的状况,通过改变主机及循环系统内各参数运行变化情况,同步跟 踪负荷的变化,以实现在满足负荷需求的前提下及时定量供给冷量,即做到“按 需供应”,基本达到“不滞后、不多给、不少给”的目的。这种方法不但与恒流 量的水泵和风机相比实现了辅机最大幅度的节能,而且优化了主机运行工况,可 达到整个系统节能 15-35%。传统的中央空调系统的调节方案是:采用恒流量模 式或冷源侧恒流量但负荷侧变流量模式,系统所需负荷是按最大负荷、最恶劣的 气象条件及最差的使用工作环境来设计,而实际运行时 50%以上的时间,系统 所需负荷都在 50%以下,存在有极大的能量浪费。且当负荷 Q 在变化时,传统 的系统运行参数根本不能做到同步调节, 滞后的调节手段除通过主机被动地加载 卸载外,几乎没有什么其他的控制手段。该方案将摒弃以往的控制方案,以模型 辨识、随动控制系统理论、智能控制系统理论为基础,与中央空调主机制冷技术 与冷媒循环系统控制相结合,以变频技术为辅助手段,实现中央空调全系统的整 体协调运行和综合性能优化。本研究是空调节能的新理念,代表了节能技术的新 的发展趋势。 ①循环系统节能:以系统的角度,通过对末端负荷参数、中央空调主机、辅 机的运行工况变化,采集温度、压力等多种变化参数,然后通过负荷随动计算, 改变系统冷冻水流量,冷却水流量和冷却塔风机风量来适应空调负荷的变化,同 时使主机运行工况始终处于优化的最佳工作点上。 对冷冻水系统采用最佳输出能 量控制。 当环境温度、 空调末端负荷发生变化时, 各路冷冻水供回水温度、 温差、 压差和流量亦随之变化,流量计、压差传感器和温度传感器将检测到的这些参数 送至智能控制器,控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据,实时计 算出末端空调负荷所需的制冷量,以及各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流 量的最佳值,并以此调节各变频器输出频率,控制冷冻水泵的转速,改变其流量 使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量运行在控制器给出的最优值。由 于冷冻水系统采用了输出能量的动态控制, 实现空调主机冷媒流量跟随末端负荷 的需求供应,使空调系统在各种负荷情况下,都能既保证末端用户的舒适性,又 最大限度地节省了系统的能量消耗。冷却水系统采用最佳热转换效率控制。冷却 水及冷却塔风机系统采用最佳转换效率控制。当环境温度、空调末端负荷发生变 化时,中央空调主机的负荷率将随之变化,主机冷凝器的最佳热转换温度也随之 变化。智能控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据,计算出主机冷 凝器的最佳热转换温度(拐点温度)及冷却水最佳出、入口温度,并以此调节冷 却水泵和冷却塔风机变频器的输出频率,控制冷却水泵和冷却塔风机转速,动态 调节冷却水的流量和冷却塔风机的风量,使冷却水的进、出口温度逼近智能控制 器给出的最优值,从而保证中央空调主机随时处于最佳转换效率状态下运行。 由于冷却水系统采用最佳转换效率控制, 保证了中央空调主机在满负荷和部份负 荷的情况下,均处于最佳工作状态,始终保持最佳的能源利用率(即 COP 值) , 从而降低了空调主机的能量消耗, 同时因冷却水泵和冷却塔风机经常在低于额定 负荷下运行,也最大限度地节约了冷却水泵和冷却塔风机的能量消耗。 ②辅机节能:各种泵类(冷冻泵、冷水泵、风机等)的运行节能。采用带有 空间矢量控制的变频调速方式,将定量泵改为变量泵。辅机节能不少于 40%。 ③优化辅机运行模式:一般在满负荷时泵机需全速运行,没有节能空间,但采 用冗余技术与变频技术相结合,定量泵与变量泵相配合,优化运行模式,可使辅 机机组综合节能。 ④多参量非线性控制:本系统为多参量、时变、非线性系统,以计算机为控 制手段,设计一套具有自寻优自适应的智能控制、功能完善的稳定安全的控制系 统。 本中央空调动态负荷跟踪节能控制系统,与中央空调系统配套使用,可实现中央 空调系统的高效节能,效果显著。经理论计算,与恒流量中央空调系统相比,全 年平均节电率可达 20%-30%。 该项目技术含量高, 是集暖通空调技术、 制冷技术、 智能控制理论和计算机控制技术为一体的中央空调高效节能系统。


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