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中央空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計運行最佳節(jié)能方式

空調(diào)工程的能耗占建筑物總能耗比比較大?？照{(diào)工程設(shè)計、運行中的節(jié)能已成為暖通空調(diào)與建筑專業(yè)設(shè)計工程師和運行管理人員的迫切任務(wù)。 中央空調(diào)水系統(tǒng)最佳節(jié)能方式.不僅要考慮滿負待運行的能耗指標(biāo)。還應(yīng)特別注憊在部分負茍下運行的節(jié)能問題。空調(diào)制冷系統(tǒng)的冷凍水、冷卻水變流量系統(tǒng)可使冷水機組在部分負茍下運行帶來顯著的節(jié)能效果。單環(huán)路交流通冷凍水系統(tǒng)優(yōu)于一、二次環(huán)路變流量系統(tǒng)。

在當(dāng)今世界上充滿著“能源緊缺”的時刻，“節(jié)能”問題已成為世界各國最關(guān)心的首要問題，也是我國政府和研究部門廣大科學(xué)工作者探計中最注重的一環(huán)。各國政府都積極地頒布“節(jié)能”的法令、法規(guī)，已把節(jié)能問題列入考察監(jiān)定和衡量一個建筑工程優(yōu)劣的首要標(biāo)準(zhǔn)之一。一些發(fā)達國家空調(diào)工程的能耗，已占據(jù)建筑物總能耗的6O~70%。我國也占據(jù)50~60%。

所以，如何在空調(diào)工程設(shè)計與運行中節(jié)能，已成為廣大暖通空調(diào)與建筑專業(yè)設(shè)計工程師和運行管理人員的迫切任務(wù)。我國能源方針是“節(jié)能，與能源開發(fā)并重，并把節(jié)約能源放大優(yōu)先的地位。空調(diào)工程的節(jié)能主要包括:節(jié)電、節(jié)水、節(jié)省冷量和熱量.而空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗據(jù)考核已占空調(diào)工程能耗的一半以上。

在電信樞紐樓工程中由于工藝設(shè)備發(fā)熱量大，空調(diào)負荷比較大，且要求空調(diào)系統(tǒng)連續(xù)運行，空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗占據(jù)整個空調(diào)工程能耗的65%以上。因此，空調(diào)對制冷系統(tǒng)采取最佳的節(jié)能方案是至關(guān)重要的向題。

1、目前制冷系統(tǒng)節(jié)能指標(biāo)

制冷系統(tǒng)的節(jié)能指標(biāo)，意指在規(guī)定的參數(shù)，如：冷水機組冷凍水進、出水溫度，冷卻水進、出水溫度，室內(nèi)外環(huán)境空氣的溫度、濕度……，在這些條件下，每生產(chǎn)1kw的制冷量所耗用能量應(yīng)為最小，按目前的節(jié)能指標(biāo)：每生產(chǎn)lkW制冷量的耗電量不得大于0.213kW,或每產(chǎn)生一美國冷噸制冷量的耗電不得大于0.75kw。用以上這個能耗指標(biāo)來控制空調(diào)工程設(shè)計。

然而，空調(diào)的制冷系統(tǒng)僅僅考慮在設(shè)計工況下，即在滿負荷條件下運行時的能耗指標(biāo)是不夠的，還應(yīng)考慮空調(diào)制冷系統(tǒng)在部分負荷下運行的節(jié)能問題。

2、空調(diào)制冷系統(tǒng)在部分負荷下運行的概率

一般空調(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)計都是以最大負荷為設(shè)計工況，但在實際運行中，所有的因素綜合與設(shè)計工況相符合的情況是比較少的，因此空調(diào)制冷系統(tǒng)常常會在部分負荷下運行。據(jù)統(tǒng)計，空調(diào)制冷系統(tǒng)在滿負荷情況下運行只占20~30%，在70~80%的時間是在部分負待下運行。這就給空調(diào)設(shè)計工程師們提出了一個新問題，在部分負荷運行情況下如何設(shè)計才能使空調(diào)制冷系統(tǒng)符合節(jié)能的原則。這比在設(shè)計工況下提出能耗指標(biāo)更為重要。

3、離心式冷水機組運行時的節(jié)能特性

離心式冷水機緞的工作效率，除了考慮離心式壓縮機本身的效率外，還與冷凝器和蒸發(fā)器的換熱效率有關(guān)，所以判斷離心式冷水組的效率應(yīng)該判斷離心式壓縮機及冷凝器和燕發(fā)器的綜合效率，這就為離心式冷水機組在部分負荷情況下的運行如何節(jié)能創(chuàng)造了條件。從各廠家離心式冷水機組運行特性曲線看，發(fā)現(xiàn)各種系列冷水機組特性曲線基本相同，差別很小。以美國約克公司生產(chǎn)制冷量650Rt/h的離心式冷水機組特性曲線為例，在部分負荷運行，節(jié)能情況列人表1。

從表1數(shù)據(jù)可以看出負荷在100%~40%之間隨著負荷的下降，每產(chǎn)生1kw冷量的耗電比滿負荷時少，而負荷在10%~40%時，隨著負荷的下降每產(chǎn)生1kw冷量的耗電均比滿負荷大，因此，為了“節(jié)能”必須將冷水機組控制在100%~40%之間運行。

4、在部分負荷下運行時離式冷水機組的節(jié)能狀況

對于制冷機組側(cè)來說，冷水機組在部分負荷下運行就是通過改變?nèi)丝趯?dǎo)向翼的啟閉調(diào)節(jié)制冷劑的循環(huán)量，也就是當(dāng)負荷下降時在蒸發(fā)器中需要蒸發(fā)吸熱的制冷劑量減少了，則意味著增大了蒸發(fā)器的熱交換面積，即降低了蒸發(fā)器單位面積上的蒸發(fā)強度，這就大大提高了蒸發(fā)器的熱效率。

離心式冷水機組在水一側(cè)的負荷為:

Q=G*Δt*C (1)

式中:Q—離心式冷水機組的負荷w/h或kcal/h,

G—流經(jīng)蒸發(fā)器的冷凍水量kg/h,

C—冷凍水的比熱，清水C=1

Δt—T2-T1，由負荷要求決定的，一般空調(diào)用冷凍水Δt =5℃，

T1—蒸發(fā)器出水溫度，℃，一般T1=7C，

T2—為蒸收器進水溫度，℃，一般T2=120C。

由上面式(1)中可知，如負荷Q發(fā)生變化，則式(1)中的唯一變量是冷凍水量G，只有一臺冷水機組的冷凍水系統(tǒng)，當(dāng)負荷Q增大時，冷凍水量G增大，當(dāng)負荷降低時冷凍水量G也隨之減少，由此可知，冷凍水量應(yīng)隨負荷的變化而變化，因為冷凍水量G的變化會使冷水機組在部分負荷下運行帶來顯著的節(jié)能效果。這一論點就是離心式冷水機“節(jié)能”的理論依據(jù)。

目前冷水機組各設(shè)備廠，控制系統(tǒng)均能保證離心式冷水機組的負荷在100%一10%間隨空調(diào)末端負荷的變化而變化，冷水機組的耗電量也隨負荷變化而變化，以達到“節(jié)能”的要求。對于設(shè)備廠家最關(guān)心是，用最快最簡便的方法測出冷水機組耗電量隨負荷的變化的精確結(jié)果，而對于冷凍水循環(huán)泵，冷卻水循環(huán)泵的耗電量大小并不關(guān)心。對于設(shè)計者來講最關(guān)心的應(yīng)是冷凍水量G的變化。因為G的變化可以給冷凍水制冷系統(tǒng)帶來顯著的“節(jié)能”效果。

空調(diào)冷凍水變水氣系統(tǒng)形式。

(1)傳統(tǒng)的變流量冷凍水系統(tǒng)，一般都采用一、二次雙環(huán)路方式如圖1。

圖1 一/二次冷凍水環(huán)路

這種變水量系統(tǒng)包括各自帶有獨立泵一次和二次環(huán)路。通常一次環(huán)路中與冷水機一一對應(yīng)的低揚程一次泵保持恒定的冷凍水流量，而一臺或多臺高揚程的變流量二次泵對二次環(huán)路冷凍水量進行調(diào)節(jié)以滿足實際制冷需要，一、二次環(huán)路間流量的不平衡引起旁通管道內(nèi)冷凍水流動，顯然這種系統(tǒng)達到了保持恒定冷凍水流量通過冷水機的目的，但它不能在部分負荷時獲得最高的冷水機效率，并且由于大多數(shù)運行工況下兩個環(huán)路的流量不相等而限制了冷水機的能力，同時由于設(shè)兩套泵不僅增加設(shè)備投資而且增加泵房面積。

(2)過去在空調(diào)冷凍水變流量系統(tǒng)中經(jīng)常采用方法

在空調(diào)供回水總管上設(shè)差壓旁通裝置，雖然既可以滿足末端空調(diào)，負荷變化，冷凍水量也隨之變化，又保證了冷水機組正常運行，但系統(tǒng)的電耗沒有變化所以不節(jié)能，只能說這種方式是制冷系統(tǒng)安全運行的一種措施。

(3)單環(huán)路變流量冷凍水系統(tǒng)見圖2

圖2 單環(huán)路變流量冷凍水系統(tǒng)

目前的自動控制、系統(tǒng)和變頻技術(shù)都已經(jīng)很完善，通過完善的一體化控制系統(tǒng)可以在冷凍水流量太低而不能有效的供冷或者可能引起，冷水機的運行接近極限時，準(zhǔn)確的作出判斷調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的運行。如圖2單環(huán)路冷凍水變流量系統(tǒng)，冷水機組本身能量調(diào)節(jié)在100%一10%內(nèi)調(diào)節(jié)，它在制冷負荷減少時體現(xiàn)出高調(diào)節(jié)比和增大的性能系數(shù)(COP)。冷水機所需的流量是由制冷負荷的大小決定的。因為負荷端接有兩通電動調(diào)節(jié)閥使負荷側(cè)的流量隨負荷變化而變化。采取這種方案，冷凍水流量和冷水機的容量都可以有效配合各種負荷情況，制冷量極限值的定義和目前冷水機系統(tǒng)一樣，是低于它時系統(tǒng)不能運行的數(shù)值。圖2所示單環(huán)路變流量冷凍水系統(tǒng)的潛在優(yōu)點是：

1)初投資和維修費較低。

2)冷水機設(shè)備的總運行效率較高。

3)在高峰負荷時利用冷水機的全部容量有較大的靈活性。

4)此系統(tǒng)在部分負荷時有顯著的節(jié)能效果。

5)系統(tǒng)的控制精度高。

6)簡單的設(shè)備配置節(jié)省了泵房的面積。

5、空調(diào)制冷系統(tǒng)冷卻水變流量運行的“節(jié)能”特性

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)也同冷凍水循環(huán)系統(tǒng)一樣可以隨冷負荷的變化，用變水量，運行的方法來達到“節(jié)省能耗”的目的，這里不在詳細分析。

6、空調(diào)冷凍水和冷卻水單環(huán)路變流量系統(tǒng)在工程設(shè)計中的應(yīng)用

杭州第二長途電信樞紐樓建筑面積約80000m2,空調(diào)冷凍水系統(tǒng)分為低區(qū)、中區(qū)、高區(qū)三個系統(tǒng)，冷水機組共8臺，冷凍站總制冷量為4300Rt/h,冷凍水總循環(huán)氣2610m3/h冷卻水總循環(huán)量3260m3/h，冷凍水系統(tǒng)，冷卻水系統(tǒng)均設(shè)計為單環(huán)路變流量系統(tǒng)。冷水機冷凍水和冷卻水流量可調(diào)范圍都有一定限制，超出這個范圍會影響主機的運行或發(fā)生意外，一般的冷水機組，目前設(shè)備廠家提供可調(diào)范圍為100%~50%，所以變頻的范圍僅為100%~70%，耗電指標(biāo)范圍為100%~34.3%，耗電可節(jié)約65%左右，具體如何靈活地在空調(diào)水系統(tǒng)運用變流量系統(tǒng)，以達到更大范圍的節(jié)能，需要廣大設(shè)計者共同不斷深人探討。