摘要：隨著建筑數(shù)量的不斷增加，建筑能耗也在不斷攀升，空調(diào)系統(tǒng)作為建筑物中必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施，保證了人們的日常舒適度。但是空調(diào)系統(tǒng)帶來的能耗問題也十分明顯。針對(duì)這種情況，同時(shí)考慮我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的需求，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)就顯得十分重要。該文圍繞變流量空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的節(jié)能方面展開，旨在為實(shí)際的節(jié)能設(shè)計(jì)提供切實(shí)、可行的理論參考。

關(guān)鍵詞：變流量空調(diào) 冷凍水系統(tǒng) 節(jié)能

中圖分類號(hào)：TU831.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（b）-0048-02

目前市場(chǎng)上的變頻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用大大提高了變流量空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的節(jié)能效果。其中的變流量系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)一步節(jié)能的重要指標(biāo)。但空調(diào)水系統(tǒng)中對(duì)于變流量系統(tǒng)的運(yùn)用以及節(jié)能指標(biāo)還處于發(fā)展階段，各項(xiàng)指標(biāo)還需要進(jìn)行理論上的進(jìn)一步研究。

1 變流量系統(tǒng)對(duì)冷凍水系統(tǒng)的影響

冷凍水系統(tǒng)中通常采用壓縮式的冷水機(jī)組，根據(jù)冷卻介質(zhì)不同，壓縮式冷水機(jī)組分為風(fēng)冷式與水冷式，根據(jù)用途的不同，還可以分為冷水機(jī)組與冷熱水機(jī)組。要根據(jù)需求選擇最合適的冷水機(jī)組，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出最佳的節(jié)能方案。

考慮到不同的冷水機(jī)組負(fù)荷不同，主要從輸入功率與制冷量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。下圖是三種不同類型的冷水機(jī)組的性能數(shù)據(jù)曲線圖，見圖1。

從圖中的數(shù)據(jù)可以看出，螺桿機(jī)組的COP隨負(fù)荷率的升高先增大再降低，呈拋物線狀，平均COP高于100%負(fù)荷工況點(diǎn)。離心式機(jī)組COP隨負(fù)荷率的增大，緩慢上升，負(fù)荷率大于50%后，COP大于1。渦旋機(jī)組COP隨負(fù)荷率的增加呈“凹”型曲線，在30%和100%負(fù)荷點(diǎn)時(shí)的COP最高，其余負(fù)荷下的COP都小于100%負(fù)荷工況點(diǎn)。

當(dāng)蒸發(fā)器當(dāng)中的進(jìn)出水溫差保持一致時(shí)，蒸發(fā)器中的水流速度變小并不會(huì)影響到盤管水側(cè)換熱量[1]。還可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)冷水機(jī)組中的制冷劑流過蒸發(fā)器盤管時(shí)，其流速增大時(shí)盤管內(nèi)的沸騰換熱系數(shù)也會(huì)跟著增大，當(dāng)壓力降增大時(shí)其壓縮機(jī)的吸氣壓力減小，影響空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能。當(dāng)蒸發(fā)器采用變流量方式運(yùn)行時(shí)，制冷效果隨著末端負(fù)荷發(fā)生變化。末端負(fù)荷變小，蒸發(fā)器的冷凍水流量也會(huì)隨之變小，帶動(dòng)冷水機(jī)組的制冷劑的流量減小，最終導(dǎo)致蒸發(fā)器盤管的制冷劑流速未達(dá)到最佳的流速值，導(dǎo)致整體性能下降。圖1可以看出離心式冷水機(jī)組更適合于變流量系統(tǒng)。

2 冷凍水系統(tǒng)的變流量控制方法

2.1 定壓差控制法

定壓差控制法又分為供回水干管定壓差控制[2]。在不完全運(yùn)行的狀態(tài)下，室內(nèi)的溫度感應(yīng)器能夠隨時(shí)感受到室內(nèi)溫度變化，從而調(diào)節(jié)二通閥的開度大小，當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到一定值時(shí)會(huì)自動(dòng)減少水量與冷量的進(jìn)入。

末端定壓差控制是保證末端最不利環(huán)路設(shè)備的壓差，其能夠保證在恒壓的過程當(dāng)中閥門能夠進(jìn)行自主調(diào)節(jié)，并能夠不斷調(diào)整流量進(jìn)行重新分配。為了保證空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，末端定壓差控制方式的設(shè)定值一般是設(shè)計(jì)工況下最不利環(huán)路的壓差值，主要是保證空調(diào)系統(tǒng)能夠在任何工況下正常運(yùn)行[3]。

2.2 流量控制法

流量控制法是對(duì)用戶端的實(shí)際冷凍水水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)從而調(diào)節(jié)冷凍水泵的流量[4]。從理論上講這種方式是能夠正常運(yùn)行的，實(shí)際上由于空調(diào)系統(tǒng)對(duì)冷凍水與水壓都存在一定的要求，流量控制法難以真正做好不同的支路之間的壓差要求。

2.3 溫差控制法

溫差控制法的工作原理是通過供回水干管的供回水溫差作為控制器的采樣輸入信號(hào)，控制器將該信號(hào)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)值進(jìn)行比較，根據(jù)輸出信號(hào)控制冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，保證正常溫度供應(yīng)。冷凍水在流動(dòng)過程中容易受到外界環(huán)境溫度的影響，且必須經(jīng)過一個(gè)循環(huán)之后才能夠反映出溫度變化，存在滯后性[5]。供回水溫差能夠反映出不同用戶端的負(fù)荷差別，該方法雖然能夠保證供回水溫差的穩(wěn)定性，但并不能有效根據(jù)負(fù)荷的變化去精準(zhǔn)分配用戶端的冷凍水量，因此，該控制法從穩(wěn)定性與可靠性兩個(gè)方面都不如壓差控制法。

3 變流量空調(diào)冷凍水系統(tǒng)節(jié)能改造具體措施

3.1 基礎(chǔ)情況

以下通過實(shí)際案例探討變流量空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的節(jié)能改造。案例選擇某棟大樓，其整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)責(zé)1-6層，空調(diào)冷凍水系統(tǒng)采用的是一次泵冷源測(cè)定流量系統(tǒng)，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中采用冷量控制的方式，水泵運(yùn)行能耗較大，其節(jié)能效果不明顯。針對(duì)整棟大樓的負(fù)荷情況，制作了一個(gè)統(tǒng)計(jì)表[5]。具體見表1。

3.2 設(shè)計(jì)方案

需要對(duì)該系統(tǒng)的冷凍水系統(tǒng)進(jìn)行改造與優(yōu)化。針對(duì)上文中提到的控制方法，結(jié)合該大樓的具體情況，考慮到溫差控制方式節(jié)能的效果更加明顯、改造起來更加簡(jiǎn)單，因此即使壓差控制法比溫差控制法存在一定優(yōu)勢(shì)，本文仍然根據(jù)實(shí)際需求采用定溫差控制方式，將供回水溫差控制在4.5至5.5℃。采用RS-485網(wǎng)絡(luò)總線，通過計(jì)算機(jī)控制輸出信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)采用的變頻器發(fā)出控制指令與數(shù)據(jù)采集請(qǐng)求命令。其控制計(jì)算機(jī)的作用一方面是通過變頻器改變冷凍泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制水系統(tǒng)流量的目的，另一方面是采集冷凍水的溫度。

3.3 能耗分析

通過冷凍水泵的能耗分析，可以發(fā)現(xiàn)一次泵變流量系統(tǒng)的節(jié)能效果十分明顯，將其與一次泵定流量系統(tǒng)進(jìn)行性能比較發(fā)現(xiàn)，一次泵變流量系統(tǒng)中的旁通管能夠保證冷水機(jī)組不低于最小流量啟動(dòng)運(yùn)行，而一次泵定流量系統(tǒng)當(dāng)中的旁通管其作用只是保證流量恒定。通過數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)在保證了室內(nèi)用房最基本的溫度需求的情況下冷水系統(tǒng)最小流量大于60%的情況下采用冷凍水泵的變頻式運(yùn)行節(jié)能效果十分明顯。

3.4 冷水機(jī)組優(yōu)化

冷水機(jī)組的部分負(fù)荷綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)IPLV，IPLV=0.01×A+0.42×B+0.45×C+0.12×D，其中A、B、C、D分別表示機(jī)組在100%、75%、50%、25%負(fù)荷時(shí)COP。公式中的系數(shù)0.01、0.42、0.45、0.12是機(jī)組在不同負(fù)荷率下工作的時(shí)間頻數(shù)比。該指標(biāo)能夠反映出不同類型的冷水機(jī)組部分負(fù)荷性能的一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，得到的IPLV值高說明其運(yùn)行性能較好，該指標(biāo)能夠在選擇合適的冷水機(jī)組時(shí)提供一個(gè)較為可行的參考。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行變流量改造，不僅能夠有效降低空調(diào)的能耗，同時(shí)還能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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