中央空調節(jié)能措施管理論文

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摘要：以我校將要建設的小型智能化中央空調實驗室工程為例,探討此類建筑的節(jié)能措施與其原理,比較了幾種常用的熱回收設備的性能,指出了目前空調設計與應用的嚴重脫節(jié),說明中央空調節(jié)能的措施及重大意義。

關鍵詞：智能化中央空調節(jié)能措施原理

1.智能化中央空調節(jié)能意義重大

空氣調節(jié)是智能建筑創(chuàng)造舒適高效的工作和生活環(huán)境所不可或缺的重要環(huán)節(jié)。在智能建筑中，HVAC各系統(tǒng)的監(jiān)控點數(shù)量常常占全樓監(jiān)控點總數(shù)的50%以上；HVAC各系統(tǒng)的耗電量常常占全樓總耗電量的50%以上。由此可見，HVAC各系統(tǒng)在智能建筑的一次投資和運行費用中占有極其重要的位置。在不少建筑物中，或在建筑物的建設階段，BMS（樓宇管理系統(tǒng)）本身常常是整個智能化樓宇管理系統(tǒng)（IBMS）的主導成分，而HVAC各系統(tǒng)的控制部分又是BAS或BMS系統(tǒng)的主導成分；對于這類建筑，HVAC控制系統(tǒng)的位置就更是舉足輕重。在智能建筑中實現(xiàn)節(jié)電節(jié)能，特別是耗電耗能大戶──空調實現(xiàn)節(jié)電節(jié)能，本應是業(yè)主投資計算機控制（亦即使建筑具有“智能化”）所能期待的主要回報內容之一；然而目前國內在智能建筑的建設中，真正能做到這一點的是鳳毛麟角。也就是說，只有極少數(shù)智能建筑（屈指可數(shù)！）實現(xiàn)了節(jié)電節(jié)能，大多數(shù)智能建筑并沒有實現(xiàn)節(jié)電節(jié)能這一理應實現(xiàn)的回報。現(xiàn)在我們就從本文以小見大來探討一下智能化中空調之節(jié)能。

1.1空調及其控制系統(tǒng)的運行情況遠不理想

據(jù)調查所得：用戶對樓宇自控系統(tǒng)運行情況的評價是：滿意的僅占30%，一般的占40%，差的竟占到30%。在調查中發(fā)現(xiàn)：除少數(shù)建筑物技術先進、運行良好外，普遍存在著各種各樣的問題：有的技術不先進，有的在運行中存在嚴重缺陷，有的根本不能開通。經(jīng)投入巨資設計安裝的計算機控制系統(tǒng)，如果根本不能開通，或者在運行一段時間后由于這樣那樣的故障而被拆除，這不能不說是一種嚴重的教訓，有關各方都應正視問題、認真分析原因并采取切實有效的措施，避免重復發(fā)生。應該指出，空調及其控制系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)問題并非我們國家所獨有。一位英國專家，BuildingEnergyManagementSystems（建筑能量管理系統(tǒng)）一書的作者，G.J.Levermore在他著作的前言中寫到：“我確實經(jīng)常詢問設計人員、用戶和學生們，他們是否知道任何建筑物在調試后運行良好，然而回答是極為稀少。我希望我的書會幫助減輕此類問題。”在我國的智能建筑中，由于發(fā)展極為迅速，而市場管理和技術管理等方面又存在著一定程度的混亂，因此所暴露出來的問題就更廣、更深、更嚴重一些。

1.2空調自控設計與空調設計嚴重脫節(jié)

在智能中央空調中，其自控系統(tǒng)的工程實施，目前大體上經(jīng)過下列工程步驟：由土建設計院的暖通空調專業(yè)人員進行空調設計，并提出空調自控要求，有設計院自控專業(yè)人員進行空調自控設計，由自控設備廠商進行控制部分的方案設計和施工圖設計，并由自控設備廠商進行控制部分的安裝調試，然后移交給物業(yè)管理部門進行運行管理。在上述的工程環(huán)節(jié)中，需涉及的單位包括括設計院，土建施工單位，設備安裝單位，自控廠商等，當然還有起決定和控制作用的業(yè)主。這其中本應形成密切配合，一環(huán)扣一環(huán)的，平滑運轉的鏈條，然而，實踐證明：其中各個重要環(huán)節(jié)常常嚴重脫節(jié)，遺留后患，并給樓宇自動化系統(tǒng)的正常運行和節(jié)能效果帶來嚴重問題。脫節(jié)現(xiàn)象常常表現(xiàn)為：（1）設計院暖通空調專業(yè)人員對自控專業(yè)提的要求往往深度不夠；（2）設備安裝單位的設備安裝工作未按規(guī)程進行，在安裝完畢之后對各個風系統(tǒng)和水系統(tǒng)并未進行認真的測試和平衡；（3）自控設備供應廠商，在競標時，往往“什么工作都能做”；但在工程實施時，或者缺乏必要的專業(yè)人才，或者工程人員比例嚴重不足，因而無力針對具體工程進行具體分析，常常憑借一些“copy”來的東西甚至未經(jīng)消化來應付工程。自控設備廠商的調試工作也普遍不到位：比如針對建筑物特性和具體管網(wǎng)特征的一些參數(shù)選擇粗糙，夏季、冬季和過度季節(jié)等不同空調工況普遍未進行足夠調試等等。

1.3設計體制有待調整

暖通空調系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)的設計，特別是暖通空調系統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)的設計，是建立在系統(tǒng)日常運行的基礎上的，也就是說，本質上是一種非穩(wěn)態(tài)的動態(tài)設計。計算機控制系統(tǒng)要求動態(tài)分析資料，而暖通空調設計提供的是有限的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)──這大約是當前智能建筑建設中，暖通空調系統(tǒng)設計與暖通空調系統(tǒng)控制系統(tǒng)設計嚴重脫節(jié)的重要原因。

2．中央空調系統(tǒng)大致構成

中央空調系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

2.1冷凍主機與冷卻水塔

a、冷凍主機

冷凍主機也叫致冷裝置，是中央空調的“致冷源”，通往各個區(qū)間的循環(huán)水由冷凍主機進行“內部熱交換”，降溫為“冷凍水”。

近年來，冷凍主機也有采用變頻調速的，是由生產廠原配的，不必再改造。未采用變頻調速的冷凍主機，改造為變頻變速的例子還不多。

b、冷卻水塔

冷凍主機在致冷過程中，必然會釋放熱量，使機組發(fā)熱。冷卻水塔用于為冷凍主機提供“冷卻水”。冷卻水在盤旋流過冷凍主機后，將帶走冷凍主機所產生的熱量，使冷凍主機降溫。

2.2“外部熱交換”系統(tǒng)的組成

a.冷凍水循環(huán)系統(tǒng)

由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍主機流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，通過各房間的盤管，帶走房間內的熱量，使房間內的溫度下降。同時，房間內的熱量被冷凍水吸收，使冷凍水的溫度升高。溫度升高了的循環(huán)水經(jīng)冷凍主機后又成為冷凍水，如此循環(huán)不已。

從冷凍主機流出，進入房間的冷凍水簡稱為“出水”，流經(jīng)所有房間后回到冷凍主機的冷凍水簡稱為“回水”。無疑回水的溫度將高于出水的溫度形成溫差。

b.冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍主機在進行熱交換、使水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進行熱交換，然后再將降溫了的冷卻水，送回到冷凍機組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷凍主機釋放的熱量。

流進冷凍主機的冷卻水簡稱為“進水”，從冷凍主機流回冷卻塔的冷卻水簡稱為“回水”。同樣，回水的溫度將高于進水的溫度形成溫差。

c.冷卻風機有兩種情況：

盤管風機安裝于所有需要降溫的房間內，用于將由冷凍水管冷卻了的冷空氣吹入房間，加速房間內的熱交換。

冷卻塔風機用于降低卻塔中的水溫，加速將“回水”帶回的熱量散發(fā)到大氣中去。

可以看出，中央空調系統(tǒng)的工作過程是一個不斷地進行熱交換的能量轉換過程。在這里，冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。因此，對冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的控制便是中央空調控制系統(tǒng)的重要組成部分。

我們本次畢業(yè)設計中小型智能化中央空調也大體與此相一致，其中有兩套中央空調系統(tǒng)，由三臺冷卻水泵、三臺冷凍水泵、兩臺冷卻塔風機、兩臺冷水機組等主要設備組成兩套制冷系統(tǒng)，其中冷水機組是由設備生產廠成套供應的。根據(jù)本次設計的實驗室要求，我們選擇了2*5匹全封閉式壓縮機冷水機組。它一般是根據(jù)空氣調節(jié)原理及規(guī)律等由微處理器自動控制。冷水機組由壓縮機、冷凝器與蒸發(fā)器組成。壓縮機把制冷劑壓縮，壓縮后的制冷劑進入冷凝器，被冷卻水冷卻后，變成液體，析出的熱量由冷卻水帶走，并在冷卻塔里排入大氣。液體制冷劑由冷凝器進入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收熱量，使冷凍水降溫，然后冷凍水進入冷風機盤管吸收空氣中的熱量。

3.變頻調速的功能

3.1變頻節(jié)能功能

風機和水泵都是傳送流體的裝置，這類負載消耗的能量與流量的立方成正比，推算可得到能量消耗與轉速的關系，具體的關系表達式：

即Q=K1n；H=K2n2；P=Q×H=K1K2n2=K3n3

式中，K為常數(shù)，n為電機的轉速。

又：三相交流異步感應電機的轉速n=120×f×(1-s)/p，式中f為供電頻率，s為轉差率，p為電機極數(shù)。

電機一旦選定后，S、P基本確定，則n可近似為n=k0f，即與供電頻率成線性正比關系。

當頻率為50Hz時，n=k0×50轉/分，功率P1=K（k0×50）；當頻率為45Hz時，n=k0×45轉/分，功率P2=K（k0×45）。

P2/P1=K（k0×45）/K（k0×50）×100%=72.9%，由此可見，當電源頻率從50Hz降為45Hz時，就可節(jié)約電能達27.1%。

當用閥門的開度來控制水量的大小時，管阻檔板阻曲線與功率P變化（如圖1）。由曲線1到曲線2，水量減少了，而功率卻沒有減少多少。而通過改變轉速n來調節(jié)風量情況就不同了。

調節(jié)轉速時H-Q曲線由曲線1到曲線2，閥門的開度100%時，管阻曲線不變，功率節(jié)省了很多。其中n1為調節(jié)前的轉速，其中n2為調節(jié)后的轉速。

3.2軟啟動功能

由于電機全壓啟動時，空載啟動電流等于（3—7）倍于額定電流，因此通常在帶載電機啟動時，會對電機和供電電網(wǎng)造成嚴重的沖擊，導致對電網(wǎng)容量要求過高，而且啟動時對設備產生的大電流和震動對設備極為不利；而啟、停時，水錘效應(液擊)極易造成管道破裂，采用變頻器的軟啟動功能將會使啟動電流遠遠低于額定電流實現(xiàn)電機真正意義上的軟啟動。不但減少了對電網(wǎng)和管網(wǎng)的沖擊，且能延長設備使用壽命，減少設備維修費用。

3.3冷卻水系統(tǒng)的變頻調速

上述推算，可得到一個定性的概念。也就是說，對于一個傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)，由于空調設備均按設計工程選配，絕大多數(shù)時間設備均在低負荷情況下運轉，這樣無用功消耗掉很大一部分能量。如果改由變頻器進行變速驅動，可能此時電機只需以45Hz的速度運轉就能滿足對整個系統(tǒng)溫度控制要求。根據(jù)上面的理論推算可知，實際節(jié)能就可高達27.1%。因此在設有風機水泵的機械中，采用變頻調速的方式來調節(jié)風量或流量，在節(jié)能節(jié)電上是個有效的方法。

4.節(jié)能的其它方法與措施

4.1加強設計人員管理，加快推行設備工程師注冊制度

暖通空調工程項目，應有較詳細的冷熱負荷計算書和采取了上述節(jié)能措施，目前很多設計人員都是采取了上述節(jié)能措施，且基本上都是用概算指標一再加大，使冷、熱源主機長期在低負荷、低效率下。

4.2暖通空調室內設計溫度的確定

經(jīng)重慶、上海、廣州等地區(qū)的實踐證明，夏季室內溫度降低1℃或冬季升高1℃，除暖通空調工程的投資增加6％，能大8％外，加大室內外溫差也不符合衛(wèi)生學要求。舒適性空調夏季比較理想的室內溫度是比室外環(huán)境溫度低5-8℃為好。

4.3空調冷熱源

中央空調能耗一般包括三部分，即（1）空調冷熱源；（2）空調機組末端設;（3）水或空氣輸送系統(tǒng)。這三部分能耗中，冷熱源能耗約占總能耗的一半左右，是空調節(jié)能的重要內容。如果均把各自消耗的能量折算成一次能源，則各類機組均可用單位時間內一次能源消耗能量所制取的冷量或熱量進行比較，本文使用一個一次能源效率OEER(W/W)來表示。

單位從能耗角度考慮夏季制冷：離心式、螺桿式冷水機組OEER值最高，蒸氣兩效LiBr吸收式冷水機組OEER最小；冬季供熱：螺桿式、活塞式熱泵冷熱水機組OEER最高，電熱水機組最低，即能耗最高。

4.4空調機組和末端設備

97年統(tǒng)計，國內生產風機盤管的廠家有200多個，年產量為60-80萬臺；空調機組也有100余有，產量在5萬臺左右。

4.4.1空調機組

應該選用機組的風機風量、風壓匹配合理，漏風量少，空氣輸送系統(tǒng)數(shù)教大的機組。

4.4.2風機盤管

風機盤管從總體水平看與國外同類產品相比差不多，但與國外先進水平比較，主要差距是耗電量、盤管重量和噪聲方面。

4.4.3空調水系統(tǒng)

一般空調水系統(tǒng)的輸配用電，在冬季供暖期間約占整個建筑動力用電的20-25％；夏季供冷期間約占12-24％，設計人員應重視水系統(tǒng)設計，積極推廣變頻調速水泵，冬、夏兩用雙速水泵等節(jié)能措施。因此水系統(tǒng)節(jié)能具有重要意義。

（1）選擇水泵是按設計值查找水泵樣本的銘牌參數(shù)確定，而不是按水泵的特性曲線選定水泵型號；

（2）未對每個水環(huán)路進行水力平衡計算，對壓差相差懸殊的回路也末采取有效措施，因此水力、熱力失調現(xiàn)象嚴重；

（3）大流量、小溫差現(xiàn)象普遍存在，設計中供、回水溫差一般取5℃，但經(jīng)實測，夏季冷凍水回水溫差較好的為3℃，較差的只有1-1.5℃，造成實際水流比設計水量大1.5倍以上，使水泵電耗大大增加。

4.4.4冷卻塔

制冷系統(tǒng)冷卻水進水溫度的高低對主機耗電量有著重要影響，一般推算，在水量一定情況下，進水溫度升高1℃，電壓縮主機電耗約增加2％，溴化鋰冷水機組能耗高6％。

目前國產玻璃鋼冷卻塔主要存在如下問題：

（1）冷卻效率低，達不到產品樣本規(guī)定的冷幅。

（2）漂水嚴重，它不僅污染環(huán)境，而且浪費水源。

（3）噪聲大，噪聲影響周圍居民生活的環(huán)境。

因此，從節(jié)能角度看，我們應盡量避免選用國產玻璃鋼冷卻塔為宜。

4．5加強中央空調的管理

4.5.1加強對空調操作人員的培訓，提高管理人員素質，實行空調操作人員操作證制度。

4.5.2中央空調系統(tǒng)實行獨立耗電（能）核算制。克服用電吃"大鍋飯"，做到浪費電（能）罰，節(jié)約電（能）獎的制度。

除上述幾點外，還應根據(jù)具體工程情況。積極推廣水環(huán)路熱泵，采用熱回收、變風量、變水量系統(tǒng)等節(jié)能技術

5．結束語

關于智能化中央空調節(jié)能問題,在以前的某些工程中,設計方往往對設計工況下的節(jié)能比較重視,而對其它工況則完全依靠自控系統(tǒng)或設幾個手動調節(jié)閥了事,實際上,大量的節(jié)能空間在非設計工況。要實現(xiàn)節(jié)能,首先設計方在使系統(tǒng)滿足設計工況的基礎上,應盡量多作調查研究,使系統(tǒng)的設計盡量貼近全年運行實際情況;同時,管理方在日常工作中應充分了解系統(tǒng)中各設備及部件的功能及作用,并積極靈活地應用。若雙方共同努力,節(jié)能降耗問題是不難解決的。

參考文獻

1．《中央空調工程設計與施工》吳繼紅李佐周編著/高等教育出版社

2．《制冷空調自動控制》張子慧等編著/科學出版社

3.《流體輸配管網(wǎng)》付祥釗王岳人王元梁棟編著/中國建筑工業(yè)出版社

4.《空調與制冷技術手冊》陳沛霖、岳孝萬主編/同濟大學出版社

5.《中央空調設備選型手冊》周邦寧主編/中國建筑工業(yè)出版社

6.三菱公司，三菱微型可編程控制器編程手冊，2000