戴軍

(中廣核工程有限公司，廣東深圳，518000)

0 引言

暖通空調(diào)是具有采暖、通風(fēng)功能的空調(diào)器，通過控制空氣中的溫、濕度，提高室內(nèi)空氣的舒適度[1]。在城市化進(jìn)程影響下，建筑行業(yè)迅速發(fā)展，對(duì)大溫差變流量暖通空調(diào)系統(tǒng)的需求也不斷增長[2]。在全球能源短缺的環(huán)境下，如何調(diào)試暖通空調(diào)系統(tǒng)的平衡、減少空調(diào)系統(tǒng)帶來的消耗成為了當(dāng)今研究的重點(diǎn)。為此，研究一種大溫差變流量暖通空調(diào)系統(tǒng)平衡調(diào)試方法。國外在研究暖通空調(diào)系統(tǒng)起步較早，提出了多種節(jié)能平衡控制方法，并實(shí)際運(yùn)用到空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制上。國內(nèi)平衡調(diào)試空調(diào)系統(tǒng)研究起步較晚，雖然近年來發(fā)展較快，但整體水平還處于起步階段，仍需不斷地學(xué)習(xí)研究。

1 暖通空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)平衡調(diào)試研究

大溫差變流量暖通空調(diào)系統(tǒng)是指，相較于常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)溫差大，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)冷卻水、冷水溫度均為5℃，大溫差空調(diào)箱系統(tǒng)中供回水溫差大于常規(guī)溫差。當(dāng)前國內(nèi)已有部分工程采用了大溫差暖通空調(diào)技術(shù)，這一技術(shù)也將成為未來暖通空調(diào)系統(tǒng)的主流發(fā)展方向，因此研究大溫差變流量暖通空調(diào)系統(tǒng)的平衡調(diào)試是至關(guān)重要的。

■1.1 計(jì)算暖通空調(diào)大溫差變流量特性

暖通空調(diào)在實(shí)際運(yùn)行過程中需要同時(shí)滿足室內(nèi)的舒適性和節(jié)能的需求[3-5]。在實(shí)際工作時(shí)，調(diào)節(jié)暖通空調(diào)的溫控閥，能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)的換熱過程，此時(shí)換熱過程就可表示為：

其中，Q表示暖通空調(diào)中暖水的流量大小，tw表示未調(diào)節(jié)溫控閥時(shí)室內(nèi)溫度，t1w表示調(diào)節(jié)后溫度，μ表示暖通空調(diào)內(nèi)的換熱參數(shù)，?t表示調(diào)節(jié)前后溫度差。根據(jù)上述公式的數(shù)量關(guān)系可知，調(diào)節(jié)溫控閥前后，暖通空調(diào)的相對(duì)冷水流量與暖水流量數(shù)值呈現(xiàn)線性變化，空調(diào)內(nèi)的流體在管道中與管壁產(chǎn)生一定的摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生一定的阻力損失，該部分損失就可表示為：

其中，? Py表示流體沿程產(chǎn)生的阻力損失，D表示管道的直徑，ρ表示管道密度，v表示流體在管道進(jìn)口的體積。在大溫差的室內(nèi)溫度控制中，暖通空調(diào)在管網(wǎng)管道的各支路分配不同大小的水流量，處在不同管網(wǎng)的管道有一定水力度數(shù)值，為了確保管道能夠正常運(yùn)行，需控制管網(wǎng)的水力失調(diào)度，可表示為：

其中，Qs,i表示管網(wǎng)支路i實(shí)際的流量數(shù)值，Qd,i表示管網(wǎng)支路i設(shè)定的流量數(shù)值，其余參數(shù)含義不變。根據(jù)上述計(jì)算得到的失調(diào)度數(shù)值，當(dāng)暖通空調(diào)設(shè)定的管網(wǎng)流量數(shù)值與實(shí)際流量數(shù)值相同時(shí)，滿足了室內(nèi)大溫差的溫度需求，為了貫徹節(jié)能減排的目標(biāo)，預(yù)測(cè)大溫差變流量暖通空調(diào)的運(yùn)行負(fù)荷，設(shè)定平衡調(diào)試方法。

■1.2 預(yù)測(cè)運(yùn)行負(fù)荷

在實(shí)際運(yùn)行過程中，大溫差變流量暖通空調(diào)受到外部影響因素較多，預(yù)測(cè)運(yùn)行負(fù)荷時(shí)較為復(fù)雜，所以將暖通空調(diào)的運(yùn)行過程劃分為不同的識(shí)別周期[6-8]。按照周期內(nèi)的末端數(shù)據(jù)與曲線擬合的相似性處理為周期末端數(shù)據(jù)，構(gòu)建一個(gè)時(shí)間移動(dòng)窗口算法，假設(shè)暖通系統(tǒng)的時(shí)間周期為t，以暖通空調(diào)的周期末期作為統(tǒng)計(jì)點(diǎn)，構(gòu)建一個(gè)周期性的負(fù)荷預(yù)測(cè)過程。

其中，ai(t)表示暖通空調(diào)周期時(shí)間的系數(shù)項(xiàng)，xn表示暖通空調(diào)的觀測(cè)參數(shù)。

設(shè)定負(fù)荷預(yù)測(cè)過程的移動(dòng)步長為固定數(shù)值，調(diào)節(jié)暖通空調(diào)的初始時(shí)間后，按照時(shí)間周期參數(shù)，計(jì)算暖通空調(diào)的熱負(fù)荷數(shù)據(jù)，將不同數(shù)值的時(shí)間周期參數(shù)，設(shè)定為不同的時(shí)間序列窗口，以一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)的暖通空調(diào)熱負(fù)荷數(shù)值序列變化作為基礎(chǔ)，構(gòu)建一個(gè)周期性動(dòng)態(tài)變化過程，實(shí)現(xiàn)周期性運(yùn)行負(fù)荷的預(yù)測(cè)。周期性的末端負(fù)荷數(shù)據(jù)能夠針對(duì)不同周期內(nèi)暖通空調(diào)的自適應(yīng)性，完成對(duì)暖通空調(diào)不同運(yùn)行階段的預(yù)測(cè)。根據(jù)構(gòu)建得到的預(yù)測(cè)過程，設(shè)定平衡調(diào)試策略。

■1.3 構(gòu)建變流量調(diào)節(jié)變化曲線

根據(jù)上述設(shè)定的預(yù)測(cè)周期，以管網(wǎng)管道中的總流量管道以及分支流量管道作為研究對(duì)象，構(gòu)建一個(gè)變流量調(diào)節(jié)變化曲線，如圖1 所示。

圖1 變流量調(diào)節(jié)變化曲線

由上圖所示的變流量調(diào)節(jié)變化曲線可知，在設(shè)定的周期范圍內(nèi)，兩種流量變化會(huì)產(chǎn)生三種調(diào)節(jié)方式，不同的調(diào)節(jié)方式能耗不同，所以在設(shè)定平衡調(diào)節(jié)策略時(shí)，以序號(hào)1～4 作為調(diào)節(jié)工作點(diǎn)，當(dāng)暖通空調(diào)的流量為Q1時(shí)，固定管網(wǎng)內(nèi)的總管道的揚(yáng)程為周期T4的數(shù)值，并以此作為起點(diǎn)，將管網(wǎng)分管道內(nèi)的流量設(shè)定為Q2，此時(shí)在不同的負(fù)載周期內(nèi)產(chǎn)生了多種2、3、4 三種的揚(yáng)程數(shù)值，計(jì)算對(duì)應(yīng)揚(yáng)程數(shù)值水泵的性能參數(shù)n1～ n3，當(dāng)水泵的性能參數(shù)為n1時(shí)，周期參數(shù)為T4～T5，管網(wǎng)閥門處的阻力增加，管道內(nèi)阻力變大，此時(shí)控制暖通空調(diào)系統(tǒng)調(diào)整總閥門調(diào)節(jié)，控制總管網(wǎng)管道中的流量為定值。當(dāng)暖通空調(diào)的水泵性能參數(shù)為n2時(shí)，時(shí)間周期參數(shù)處于T2，管道對(duì)水流產(chǎn)生的阻力最大，為此采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)，控制管網(wǎng)中產(chǎn)生的阻力。當(dāng)水泵性能參數(shù)為n3時(shí)，暖通空調(diào)的負(fù)載周期為T3，工況點(diǎn)較為穩(wěn)定，故可控制空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的水壓差數(shù)值為一個(gè)固定值，保證空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。綜合上述處理過程，最終完成對(duì)大溫差變流量暖通空調(diào)系統(tǒng)平衡調(diào)試方法的設(shè)計(jì)。

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

上述分析中從理論上證明了調(diào)試方法的可行性，為驗(yàn)證其實(shí)際應(yīng)用效果，將設(shè)計(jì)方法與其他兩種方法做對(duì)比，進(jìn)行下述實(shí)驗(yàn)。

■2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

準(zhǔn)備可替代蒸發(fā)冷卻空調(diào)設(shè)備的傳統(tǒng)機(jī)械制冷空調(diào)以及水泵，選定的水泵參數(shù)和數(shù)量如表1 所示。

表1 選定的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

使用如表1 參數(shù)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備，控制冷水機(jī)組、空調(diào)機(jī)組、冷凍循環(huán)水泵以及冷卻塔的數(shù)量均為2，使用8 個(gè)新風(fēng)機(jī)組，采用1 組軟化水處理以及補(bǔ)水裝置。組裝完畢后，分別使用傳統(tǒng)平衡調(diào)試方法、文獻(xiàn)[3]中的平衡調(diào)試方法以及文中設(shè)計(jì)的平衡調(diào)試方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比三種調(diào)試方法的性能。

■2.2 結(jié)果及分析

設(shè)定三種調(diào)試方法控制下的暖通空調(diào)系統(tǒng)，平均每天工作10 小時(shí)，根據(jù)三種調(diào)試方法的調(diào)試功能，以三天作為一個(gè)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)暖通空調(diào)在一個(gè)月內(nèi)的耗電量，耗電量結(jié)果如表2 所示。

表2 三種調(diào)試方法產(chǎn)生的耗電量

由表2 可知，設(shè)定三種平衡調(diào)試方法控制相同的暖通空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)定相同的統(tǒng)計(jì)時(shí)間點(diǎn)，根據(jù)設(shè)定的統(tǒng)計(jì)時(shí)間點(diǎn)可知，傳統(tǒng)平衡調(diào)試方法在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)產(chǎn)生的耗電量最多，在統(tǒng)計(jì)時(shí)間點(diǎn)10 時(shí)，實(shí)際的耗電量數(shù)值為29929.7kW，實(shí)際的耗電數(shù)值較大，而文獻(xiàn)[3]中的平衡調(diào)試方法最終產(chǎn)生的電量數(shù)值在34043.7kW，實(shí)際產(chǎn)生的耗電量數(shù)值最大，而文獻(xiàn)[3]中的調(diào)試方法最終產(chǎn)生的電量數(shù)值在14968.0kW，與兩種現(xiàn)有的調(diào)試方法相比，文中設(shè)計(jì)的調(diào)試方法實(shí)際產(chǎn)生的耗電量數(shù)值最小，適合在大溫差變流量暖通空調(diào)系統(tǒng)中運(yùn)用。

3 結(jié)束語

大溫差變流量暖通空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)際工作過程中，不同的溫度會(huì)產(chǎn)生不同動(dòng)態(tài)變化過程，針對(duì)該過程，設(shè)計(jì)一種平衡調(diào)試方法，在確定暖通空調(diào)大溫差變流量特性后，預(yù)測(cè)其運(yùn)行負(fù)荷，并根據(jù)預(yù)測(cè)周期繪制曲線。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對(duì)比充分證明了設(shè)計(jì)的有效性，希望通過本文研究能夠改善現(xiàn)有平衡調(diào)試方法的不足，為今后平衡調(diào)試暖通空調(diào)提供一定的研究方向。