王鋼

有效降低空調(diào)系統(tǒng)總功率實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能目標

王鋼

Point

本文針對暖通空調(diào)運行能耗較高的問題進行了分析，并依托節(jié)能優(yōu)化模型給出了暖通空調(diào)系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)，研究結(jié)果表明，只要相關(guān)參數(shù)選擇的合理，便可以有效降低空調(diào)系統(tǒng)的總功率，由此便可以實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能的目標。

一、暖通空調(diào)工程施工階段的節(jié)能問題分析

近年來，隨著我國城市化進程的不斷加快，建筑工程日益增多，與此同時，建筑中的各種設(shè)備和設(shè)施也隨之相應(yīng)增多，從而導(dǎo)致了能耗增大，為了避免能耗過高影響到建筑業(yè)的發(fā)展，對其進行節(jié)能已經(jīng)勢在必行。在建筑總體能耗當中，暖通空調(diào)能耗所占的比重較大，故此在暖通空調(diào)工程的施工和設(shè)計階段必須采取合理、可行的節(jié)能措施，借此來降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗?，F(xiàn)階段，在暖通空調(diào)工程中應(yīng)用較多的節(jié)能技術(shù)有以下幾種：排風熱回收系統(tǒng)、冷凍水大溫差系統(tǒng)、冰蓄冷技術(shù)、熱回收技術(shù)、全新風量運行等，其中每一種節(jié)能技術(shù)都有著自己的特點和適用項目，具體應(yīng)用時需要從技術(shù)性和經(jīng)濟性等多方面進行綜合考慮。相關(guān)研究結(jié)果表明，空調(diào)系統(tǒng)的能耗除了與氣候環(huán)境、圍護結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)之外，還與系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)有關(guān)，若是在暖通空調(diào)工程施工階段的參數(shù)設(shè)計不合理，則會導(dǎo)致系統(tǒng)的能耗過高。所以，必須在工程設(shè)計階段，通過相關(guān)的計算和模型合理確定系統(tǒng)參數(shù)，以此來達到節(jié)能的目的。

二、暖通空調(diào)工程的節(jié)能設(shè)計方法

想要使暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗達到最低，就必須采取最為合理的節(jié)能設(shè)計方法，按照上文的分析可知，設(shè)計參數(shù)是影響系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵性因素。故此，本文基于節(jié)能優(yōu)化模型，對暖通空調(diào)系統(tǒng)進行設(shè)計。

1.模型與決策變量的確定

為了便于研究，本文提出的暖通空調(diào)系統(tǒng)是由以下幾個部分組成：變頻送風機1臺、變速冷凍水泵1臺、制冷機1臺、定速冷卻水泵1臺、單速冷卻塔1臺，系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化模型如下：

minPtotal=+Pfan+Ppump+Pchillsr+Pcondpump+Pcoolingtower

在該模型當中，Ptotal代表空調(diào)系統(tǒng)的總功率；Pfan代表風機功率；Ppump代表制冷機功率；Pcondpump代表冷卻水泵功率（因本次研究中選用的冷卻水泵為定速水泵，故此，Pcondpump為常數(shù)）Pcoolingtower代表冷卻塔風機功率。在該節(jié)能優(yōu)化模型當中，決策變量共計4個，分別為：

mair（空調(diào)系統(tǒng)的送風量）、mwater（冷凍水流量）、tcwt（制冷機出水溫度）、tctset（冷卻塔出水溫度）。

2.關(guān)鍵參數(shù)的確定

由于該節(jié)能優(yōu)化模型當中涉及的參數(shù)相對較多，其中一部分為常數(shù)，另一部分則與氣候或設(shè)備有關(guān)，故此在對模型進行求解前，需要合理確定關(guān)鍵參數(shù)值。本次研究采用的是Energy Plus 軟件進行仿真模擬，主要參數(shù)如下：冷負荷357.7kW；室內(nèi)溫度23.9℃；室外溫度25.6℃；相對濕度54%；新風量5kg/s；照明負荷105.3kW。該空調(diào)系統(tǒng)中冷卻水泵為定速水泵，其基本參數(shù)如下：額定流量為0.036m3/s；額定壓力為179352Pa；額定功率為9172.30W；電機功率為0.9。

3.模型求解

節(jié)能優(yōu)化模型實質(zhì)上是一個非線性、多變量的數(shù)學(xué)模型，為了便于求解，決定采用Lingo9.0軟件，該軟件最為顯著的特點是能夠?qū)P、QP、NLP以及MIP進行求解，其不但能夠進行快速求解，而且還能對結(jié)果進行分析。系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化模型建立的最終目標是在滿足冷負荷要求的基礎(chǔ)上，降低空調(diào)系統(tǒng)的總功率，故此可結(jié)合mair、mwater、tcwt、tctset這4個變量以及與之相關(guān)的送風溫度和表冷器進出水溫差，并利用Lingo對模型進行求解。

4.節(jié)能效果對比分析

最優(yōu)解就是該空調(diào)系統(tǒng)的最優(yōu)工作點，在上述條件下，暖通空調(diào)系統(tǒng)的總功率為122.55kW。為了評估該工作狀態(tài)是否節(jié)能，可使空調(diào)運行在非最優(yōu)狀態(tài)下計算總功率，隨后通過對比便可得出相關(guān)結(jié)果。例如：在該最優(yōu)解中，送風溫度為11.37℃，與之相對應(yīng)的最優(yōu)送風量為28.27kg/s，下面將送風溫度的設(shè)定值由8℃逐步提升至15℃，在保持其它參數(shù)不變的前提下，分別求出每個溫度對應(yīng)的暖通空調(diào)系統(tǒng)總功率，具體結(jié)果如下：溫度為8℃時，總功率為124.56；9℃時，總功率為123.59；10℃時，總功率為122.93；11℃時，總功率為122.58；12℃時，總功率為122.65；13℃時，總功率為123.30；14℃時，總功率為124.85；15℃時，總功率為127.90。11.37℃時的系統(tǒng)總功率為122.55，由此可見，該送風溫度為最優(yōu)。若是想要驗證其它參數(shù)是否最優(yōu)，也可采取相同方法，以制冷機的出水溫度為例，得出的最優(yōu)解為5.84℃，下面將該溫度由1℃逐步提升至10℃，然后分別計算出與各個溫度相對應(yīng)的系統(tǒng)總功率，再與最優(yōu)解進行比較，結(jié)果表明，5.84℃時的總功率最低。

（作者單位：中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司）