穆再排爾·安外爾+殷亮+陸雪蓮+劉笑+陳茜

【摘 要】隨著建筑物數(shù)量的增加，建筑能耗也在上升，空調(diào)系統(tǒng)作為建筑物的基礎(chǔ)設(shè)施，確保了人們的日常舒適度。 但空調(diào)系統(tǒng)帶來的能源問題也很明顯。 鑒于這種情況，考慮到中國建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)保型空調(diào)系統(tǒng)，節(jié)能設(shè)計非常重要。因此在建筑物的空調(diào)冷卻系統(tǒng)中控制冷凍水的分配是實現(xiàn)節(jié)能上的一種最佳研究點。而在過去，由于那些過時的設(shè)計和操作實踐的應(yīng)用，使得大量能源被浪費(fèi)。 因此，本文對空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水系統(tǒng)的變流量控制和節(jié)能方面進(jìn)行展開和討論。

【關(guān)鍵詞】冷凍水；變流量；節(jié)能

【Abstract】With the increase in the number of buildings， building energy consumption is also rising， air conditioning system as a building infrastructure， to ensure that people's daily comfort. But the air conditioning system to bring the energy problem is also very obvious. In view of this situation， taking into account China's construction of resource-saving and environmentally friendly air-conditioning system， energy-saving design is very important. Therefore， in the building air conditioning cooling system to control the distribution of chilled water is to achieve energy saving on a best point of study. In the past， due to the application of obsolete design and operational practices， a lot of energy was wasted. Therefore， this paper discusses the variable flow control and energy saving of chilled water system in air conditioning system.

【Key words】Chilled water； Variable flow； Energy saving

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中央空調(diào)在賓館、辦公大樓、商業(yè)中心、學(xué)校及其它建筑中已得到廣泛的應(yīng)用。空調(diào)系統(tǒng)的耗電量在整個建筑物總能耗中約占40%以上，是實現(xiàn)建筑節(jié)能降耗的關(guān)鍵。在中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，通常根據(jù)最大負(fù)荷選擇冷水機(jī)組，但對大多數(shù)建筑物而言，空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷將隨著環(huán)境溫度和建筑物使用變化而變化。有學(xué)者實際測試了香港的一些酒店，結(jié)果顯示，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行大于50%的負(fù)荷時間只占總運(yùn)行時間的33%；另以北京地區(qū)夏季負(fù)荷為例：在5～9月份內(nèi)空調(diào)共運(yùn)行2880h，1個空調(diào)季節(jié)中建筑物配用的冷水機(jī)組98%的時間負(fù)荷率在70%以下。在這種情況下很容易出現(xiàn)中央空調(diào)冷水機(jī)組大部分時間都處于部分負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)，而在這種狀態(tài)下的節(jié)能研究一直在處于該一領(lǐng)域中的熱門話題。丁云飛[1]提出了關(guān)于冷水機(jī)組在部分負(fù)荷工況下提高其性能參數(shù)的措施和方法，同時通過優(yōu)化冷水機(jī)組制冷系統(tǒng)提出了冷水機(jī)組部分負(fù)荷下的節(jié)能優(yōu)化策略；另外一方面2015年Thomas Hartman[2]針對中央空調(diào)系統(tǒng)本身，從冷卻水和冷凍水的調(diào)節(jié)控制策略入手，提出了一些有效的優(yōu)化運(yùn)行方法。目前，人們已經(jīng)逐漸開始認(rèn)同通過對冷卻水和冷凍水流量調(diào)節(jié)控制實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能。然而，在此過程中研究的重點主要集中在冷凍水變流量的控制方法和控制策略之上，而缺少有關(guān)變冷凍水流量對冷水機(jī)組性能的影響規(guī)律方面的研究，恰恰這又是優(yōu)化控制方法和策略的關(guān)鍵。

目前，變頻技術(shù)在市場上廣受歡迎，蓬勃發(fā)展。因此它在市場上的這種發(fā)展和應(yīng)用在提高變流量空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的節(jié)能效果方面也是起到了非常顯著的作用。 變流量系統(tǒng)作為其中之一，是實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)一步節(jié)能的重要指標(biāo)。 然而，空調(diào)水系統(tǒng)中對于變流量系統(tǒng)的應(yīng)用和節(jié)能指標(biāo)還未成熟，仍處于一個發(fā)展階段，而各項指標(biāo)也都需要進(jìn)一步的理論研究。

1 冷凍水系統(tǒng)的變流量控制方法與分析

1.1 定壓差控制法

定壓差控制法可分為供回水干管定壓差控制。在部分負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下室內(nèi)溫度傳感器始終可以做到對室內(nèi)溫度的變化的感受，從而對二通閥開度大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，而當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到一定值時，便會自動減少水量和進(jìn)入的冷量。

末端定壓差控制是保證末端最不利環(huán)路設(shè)備的壓差，這可以保證閥門的恒定壓力過程可以自我調(diào)節(jié)，并可以繼續(xù)調(diào)節(jié)流量進(jìn)行重新分配。末端定壓差控制法壓差設(shè)定值的選取對于保證空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行而言是極其重要的，因此一般是設(shè)計工況下最不利環(huán)路的壓差值，主要是確?？照{(diào)系統(tǒng)能在任何情況下運(yùn)行。

空調(diào)一次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)作為常見的冷凍水變水量系統(tǒng)，兩者都涉及冷凍水供回水壓差設(shè)定值的問題，而兩者不一樣的是，在一次泵系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)分集水器間的旁通閥開度時常用壓差設(shè)定值來調(diào)節(jié)，在二次泵系統(tǒng)中，則常用壓差設(shè)定值控制二次冷凍泵的運(yùn)行頻率。

在平常的施工過程中，往往很容易出現(xiàn)壓差設(shè)定值的作用被施工單位或相關(guān)調(diào)試人員所忽視的情況，如果設(shè)置不適當(dāng)，壓差控制系統(tǒng)或壓差旁通閥就沒什么作用了。從水力工況的角度來分析，若壓差設(shè)定值偏低，使得旁通閥容易打開，就會造成流經(jīng)末端的冷凍水流量較少，末端設(shè)備供冷不足，造成室內(nèi)環(huán)境溫濕度無法保證，而若壓差設(shè)定值偏大，對于一次泵系統(tǒng)而言，旁通閥門旁通流量偏小[3、4]，影響冷水機(jī)組正常所需運(yùn)行臺數(shù)的調(diào)節(jié)，增加空調(diào)系統(tǒng)冷水系統(tǒng)的電耗；對于二次泵系統(tǒng)，二次泵接近額定轉(zhuǎn)速而達(dá)不到節(jié)能目的。endprint

1.2 流量控制法

流量控制法是一種通過監(jiān)測用戶末端的實際冷凍水水量從而調(diào)節(jié)冷凍水泵的流量的控制方法，從理論上而言這種方式是可以正常運(yùn)行的，但實際運(yùn)行時，就很難做好并達(dá)到不同支路之間壓差要求，其主要原因就在于實際運(yùn)行中空調(diào)系統(tǒng)對冷凍水與水壓都存在著一定的要求。

目前的冷凍水系統(tǒng)中往往存在由于水泵選型過大問題而出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。這就使得泵的效率只有40%-50%左右，直接造成功率偏大，浪費(fèi)大量的水泵能量的這么一個結(jié)果。

在此同時，水泵選型過大還會造成空調(diào)機(jī)組電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)溫度時在很小的行程上工作以及末端空調(diào)機(jī)組電動調(diào)節(jié)閥兩端壓降過大等一系列的狀況，使得水泵的能量都浪費(fèi)在閥門的壓降上，同時對末端設(shè)備的控制精度也會造成影響。此外若系統(tǒng)水力平衡沒做好也會在造成末端水力不足，因此不能把水泵功率不夠歸結(jié)于空調(diào)末端水量不足。

因此目前有兩種方法可以減少能量的浪費(fèi)。其中一個是直接更換水泵，而另一種方法則是使用變頻水泵，通過利用其變頻來達(dá)到減少能量浪費(fèi)的目的。冷凍泵的動力消耗與流量的三次方成正比，比如當(dāng)冷凍水流量為額定流量70%時，泵的能源消耗為70%的三次方35%。泵的動力消耗可以減少65%。冷凍水側(cè)為了避免出現(xiàn)旁通流量產(chǎn)生的能量損失，宜采用變流量控制系統(tǒng)，即采用變頻器控制冷凍水流量，使冷凍水流量隨系統(tǒng)變化，并且可以更好地保證系統(tǒng)壓差。

采用變頻轉(zhuǎn)速控制可以很好地減少能源的消耗，因此這種控制方法對于空調(diào)系統(tǒng)常出現(xiàn)在部分負(fù)荷情況下運(yùn)行的情況而言是一種最佳控制手段，通過變頻轉(zhuǎn)速控制可以減少60%-75%的能源消耗。一般來說變流量系統(tǒng)的壓差旁通閥只要保證冷凍機(jī)組蒸發(fā)器冷凍水最低流量就可以了，因此不需要很大口徑的閥門。

1.3 溫差控制法

溫差控制法是一種將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，控制器再將該信號與系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)值進(jìn)行比較，根據(jù)輸出信號控制冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，保證正常溫度供應(yīng)的控制方法。而冷凍水在流動過程中往往很容易就受到外界環(huán)境溫度的影響，因此需要經(jīng)過一個循環(huán)之后才能夠反映出溫度變化，存在滯后性[5]。具體設(shè)計思路見圖1。

冷凍水供水溫度的優(yōu)化控制是用來優(yōu)化冷水機(jī)組和冷凍水分配系統(tǒng)的運(yùn)行，因此它不僅僅滿足建筑所需要的冷負(fù)荷，同時也能夠很好地實現(xiàn)制冷水機(jī)組和冷凍水泵能耗的最小。

一般來說空調(diào)末端系統(tǒng)的傳熱效果跟冷凍水的供水溫度有著緊密的關(guān)系，其溫度越高，傳熱效果會更差。因此需要更多的冷凍水量，冷凍水泵能耗將增加。相應(yīng)地當(dāng)冷凍水供水溫度降低時，末端的傳熱效果就會有所改善，因此需要較少的冷凍水量，但是此時又會引出一個問題，也就是隨著冷凍水量的減少，制冷水機(jī)組蒸發(fā)溫度及蒸發(fā)壓力也會降低，這樣就使得制冷壓縮機(jī)的能耗增加，因此合理的優(yōu)化方法就應(yīng)該使冷水機(jī)組和冷凍泵的總能耗最小。

在設(shè)計負(fù)荷時冷凍水溫度應(yīng)該在設(shè)計溫度7℃，而冷機(jī)運(yùn)行多數(shù)情況是在部分負(fù)荷。因此在部分負(fù)荷時冷凍水供水溫度不一定要在設(shè)計溫度，可以通過系統(tǒng)再設(shè)定適當(dāng)提高冷凍水供水溫度到7-9℃，通常情況下可以節(jié)電5%-10%。在實際施工運(yùn)行過程中，應(yīng)根據(jù)具體項目所對應(yīng)的設(shè)備具體性能參數(shù)，建立好與之相應(yīng)的冷水機(jī)組及冷凍水泵的能耗模型，并通過求取其能耗的最小值，來得到冷凍水供水溫度優(yōu)化設(shè)定值。

2 總結(jié)

在建筑物的空調(diào)冷卻系統(tǒng)中控制冷凍水的分配是實現(xiàn)節(jié)能上的一種最佳研究點。而在過去，由于那些過時的設(shè)計和操作實踐的應(yīng)用，使得大量能源被浪費(fèi)。因此在本文中對冷凍水的流量分配方法進(jìn)行了具體討論，通過分別對定壓差法、流量控制法和溫差控制法的具體分析，最終發(fā)現(xiàn)其中的定壓差控制法存在著比較大的缺陷，并不能很好的達(dá)到節(jié)能的目的，而流量控制法和溫差控制法則可以比較好的達(dá)到我們所希望的節(jié)能的目的。而我國在這方面現(xiàn)有的技術(shù)還不夠成熟，需要加大力度研究并通過大量實驗操作才能使其投入實際空調(diào)系統(tǒng)中進(jìn)行操作和運(yùn)行，并通過實踐使其得到優(yōu)化。

【參考文獻(xiàn)】

[1]丁云飛.部分負(fù)荷性能對冷水機(jī)組運(yùn)行能耗的影響評價[J].節(jié)能，2000（01）：3-5+2.

[2]Thomas Hartman， P.E； Strategies for Design and Control of Low Energy Chilled Water Distribution Systems；Heating/Piping/Air Conditioning；July 13，2015

[3]高亞鋒，李百戰(zhàn)，陳玉遠(yuǎn)，劉曉慶，金振星.一次泵空調(diào)冷水系統(tǒng)的水力特性與節(jié)能分析[J].土木建筑與環(huán)境工程，2010（06）：100-104.

[4]劉金平，鄒偉，劉雪峰.采用旁通閥定壓差控制的冷水泵功耗特性試驗研究[J].土木建筑與環(huán)境工程，2010（06）：80-85.

[5]劉金平，唐娟.中央空調(diào)系統(tǒng)變水溫調(diào)節(jié)可適用性研究[J].建筑科學(xué)，2011（02）：78-82.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint