桂林市某公共建筑空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況測試及能耗分析

戴命和,周志平,薛 興,惲志東

(桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,桂林 541004)

桂林市某公共建筑空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況測試及能耗分析

戴命和,周志平,薛 興,惲志東

(桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,桂林 541004)

對桂林市兩江國際機(jī)場候機(jī)樓夏季空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行了測試,分析了該公共建筑夏季空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況,得出空調(diào)冷水機(jī)組制冷系數(shù)COP與冷凍水進(jìn)出口溫度差的關(guān)系,為空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行模式的優(yōu)化和建筑整體能耗的降低提供參考依據(jù).

共建筑;空調(diào)系統(tǒng);運(yùn)行測試;能耗分析

0 引 言

近年來我國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展,建筑能耗不斷增加,如何控制和降低建筑能耗變得越來越重要和緊迫.建筑能耗是指建筑日常運(yùn)行過程中消耗的能耗,約占總能耗的30%.夏熱冬冷地區(qū)有資料表明 ,建筑能耗中空調(diào)能耗占50%,照明系統(tǒng)占15%,其他動(dòng)力系統(tǒng)的能耗占35%.建筑空調(diào)日常運(yùn)行狀況直接決定著建筑整體的能耗水平,深入地掌握建筑空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況,有助于準(zhǔn)確分析空調(diào)系統(tǒng)能耗.《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ134-2001)節(jié)能50%的目標(biāo),為此本文于2009年5月26日至2009年7月25日對桂林市兩江國際機(jī)場候機(jī)樓夏季空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了測試和能耗分析.

1 桂林兩江國際機(jī)場候機(jī)樓概況

桂林兩江國際機(jī)場航站樓室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度夏季為25～27℃,冬季為19～20℃,夏季空調(diào)冷負(fù)荷為9.116×103kW.空調(diào)系統(tǒng)采用集中供冷,所需冷水由設(shè)在航站樓一層的冷凍站集中制備.夏季由冷水機(jī)組供給7～12℃冷水,采用R134a約克水冷離心式冷水機(jī)組4臺,其中制冷量為1.343×103kW、功率為256 kW 的一臺,制冷量為2.474×103kW 、功率為458 kW 的三臺.配置冷凍水泵30 kW ×1臺、75 kW×3臺,冷卻水泵30 kW×1臺、75 kW×3臺,冷卻塔風(fēng)機(jī)7.5 kW×7臺.冷水機(jī)組的開機(jī)按設(shè)定的程序指令啟動(dòng),第一臺投入運(yùn)行后,以后各機(jī)組根據(jù)負(fù)荷計(jì)算器、負(fù)荷調(diào)節(jié)器及程序控制器控制,每臺機(jī)組的投入與退出均由電腦控制.

航站樓根據(jù)其使用功能分為19個(gè)空調(diào)分區(qū)49個(gè)空調(diào)系統(tǒng),消防控制中心采用分體式熱泵空調(diào),航空公司和貴賓候機(jī)處采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)方式,其余各處均為低速風(fēng)管系統(tǒng).本文測試了候機(jī)樓空調(diào)系統(tǒng)的夏季運(yùn)行狀況,測試期間四臺冷水機(jī)組間歇運(yùn)行.

2 空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的測試

測試進(jìn)行了兩個(gè)月,測試時(shí)間從早上9:00至晚上11:00,測試開始后每小時(shí)記錄一次數(shù)據(jù).從冷水機(jī)組進(jìn)出口溫度、冷凍水流量隨時(shí)間的變化情況,壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力、冷水機(jī)組制冷量隨時(shí)間的變化情況,制冷系數(shù)與冷凍水進(jìn)出口水溫差的關(guān)系以及制冷系數(shù)隨時(shí)間的變化情況來了解空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況.

2.1 測試環(huán)境條件

圖1 室外溫度和相對濕度隨時(shí)間的變化圖

圖1是7月15日(桂林夏季氣候典型日)的室外溫濕度變化情況,室外干球溫度處于30℃以上,最高干球溫度在16:00時(shí),達(dá)到44℃,平均氣溫33℃.室外濕球溫度在25～30℃之間變化,室外相對濕度都大于60%,最大達(dá)到82%.后面的數(shù)據(jù)分析中主要使用選取7月15日這一天的測量數(shù)據(jù),7月15日開啟2#和3#冷水機(jī)組,其名義工況制冷量均為2.474×103kW,其余兩臺檢修.

2.2 測試內(nèi)容和測試方法

主要測試內(nèi)容有室內(nèi)外溫濕度、冷水機(jī)組的冷水流量、進(jìn)出口溫度、壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力、制冷量、耗功率、制冷系數(shù)等隨時(shí)間的變化情況.

其中室內(nèi)外溫濕度、壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力和水溫用儀表直接測量.室內(nèi)溫濕度用單通道自記式溫濕度記錄儀,相對濕度測量范圍0%～100%,精度為±3%,分辨率為0.1%;溫度測量范圍-40～100℃,精度為±0.5℃,分辨率為0.1℃.室外溫濕度用通風(fēng)干濕球溫度計(jì)測量,精度0.1℃/1%;壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力用一般工業(yè)用壓力表,精確度等級為2.5,測量范圍為0～1.6MPa;水溫用玻璃水銀溫度計(jì),精度0.1℃.

制冷量、耗功率、制冷系數(shù)間接測量通過計(jì)算得出[3].設(shè)備制冷量在t時(shí)刻的計(jì)算Q0(t)=cm(tintout),Q0(t)C為設(shè)備在t時(shí)刻制冷量(kW);為冷凍水比熱容(kJ/(kg·℃)),通過文獻(xiàn)查取相關(guān)值;m——冷凍水流量(kg/s),使用手持式超聲波流量計(jì),精度為示值的1%,線性度為0.5%;tin為制冷機(jī)組冷水進(jìn)口溫度(℃);tout為制冷機(jī)組冷水出口溫度(℃),水溫直接測量.設(shè)備耗功率在t時(shí)刻的計(jì)算 P(t)=UI cosφ/1000,P(t)是設(shè)備在 t時(shí)刻的耗功率(kW);U為交流電壓值(V),用鉗形表測量,精度為1.2%,I交流電流值(A),用鉗形表測量,精度為2%;cosφ——功率因數(shù).設(shè)備制冷系數(shù) COP值在t時(shí)刻的計(jì)算

2.3 測試結(jié)果及分析

為了清楚地表達(dá)各組數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化情況以及各組數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,將所測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并繪制成圖2～圖7.

2.3.1 冷水機(jī)組冷凍水進(jìn)出水溫度隨時(shí)間的變化情況

由圖2可知在9:00時(shí)冷水機(jī)組冷水進(jìn)出口水溫分別為13℃和9.2℃,在以后的時(shí)間段冷凍水進(jìn)出口溫度升高,其中在16:00時(shí)至21:00時(shí)進(jìn)水溫度一直處于較高的狀態(tài),在16.9～18.2℃之間,出水溫度也隨之一起變化,在13.6～14.8 ℃之間.這與桂林市室外的氣溫在16:00時(shí)處于最高的測試結(jié)果相一致.

圖2 冷水機(jī)組冷凍水進(jìn)出水溫度隨時(shí)間的變化圖

2.3.2 冷卻水進(jìn)出水溫度隨時(shí)間的變化情況

圖3為冷水機(jī)組冷卻水進(jìn)出水溫度隨時(shí)間的變化圖,在9:00開機(jī)時(shí)冷卻水進(jìn)出口水溫分別為33℃和38℃,運(yùn)行一段時(shí)間之后達(dá)到穩(wěn)定,進(jìn)出口水溫分別為32℃和37℃.

圖3 冷水機(jī)組冷卻水進(jìn)出水溫度隨時(shí)間的變化圖

2.3.3 冷凍水流量隨時(shí)間的變化情況

圖4為冷凍水流量隨時(shí)間的變化圖,圖中冷水機(jī)組在9:00到15:00時(shí)間段流量在538 m3/h左右變化,在16:00及其以后時(shí)段該流量有所增加,但變化幅度小,處于540 m3/h左右,但總體來看,冷凍水流量基本保持穩(wěn)定.

圖4 冷凍水流量隨時(shí)間的變化圖

2.3.4 壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力隨時(shí)間的變化情況

圖5為壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力隨時(shí)間變化圖(制冷劑為R134a).

圖5 壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力隨時(shí)間變化圖

由圖2到圖5可知,冷水機(jī)組冷凍水和冷卻水進(jìn)出口溫度在冷水機(jī)組運(yùn)行時(shí)處于比較穩(wěn)定的狀況,說明冷水機(jī)組運(yùn)行正常和測試結(jié)果準(zhǔn)確,也進(jìn)一步證實(shí)了該建筑空調(diào)冷水系統(tǒng)所采用的定流量系統(tǒng)方案是合理的.

2.3.5 冷水機(jī)組制冷量隨時(shí)間的變化關(guān)系

圖6為冷水機(jī)組制冷量變化圖.由圖可知,冷水機(jī)組制冷量在16:00以前,基本保持在2400 kW左右,從16:00到23:00冷水機(jī)組的制冷量有所降低,在1827～2331 kW之間變化,該時(shí)段的制冷量明顯減少.

圖6 冷水機(jī)組制冷量隨時(shí)間變化圖

2.3.6 冷水機(jī)組制冷系數(shù)COP隨時(shí)間的變化關(guān)系

圖7為冷水機(jī)組制冷率COP變化狀況,可以看出在9:00到16:00時(shí)間段冷水機(jī)組COP在5.54左右,在 16:00及其以后時(shí)段冷水機(jī)組COP在4.24～5.41之間變化.

圖7 冷水機(jī)組COP隨時(shí)間變化圖

3 空調(diào)系統(tǒng)機(jī)組性能及能耗分析

3.1 冷凍水溫度對冷水機(jī)組性能影響

氣象條件的變化和運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié),會影響空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效果.其中氣象參數(shù)無法控制,但可以通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),使空調(diào)系統(tǒng)在較高的效率下運(yùn)行,以達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的.根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的變化情況,在部分負(fù)荷時(shí)調(diào)整制冷機(jī)運(yùn)行參數(shù),適當(dāng)提高制冷機(jī)蒸發(fā)溫度及冷凍水供水溫度,可以提高機(jī)組的運(yùn)行效率,降低運(yùn)行能耗.

冷水機(jī)組COP與冷凍水進(jìn)出口溫差、以及冷水機(jī)組COP與冷凍水出口溫度之間的關(guān)系,根據(jù)所測數(shù)據(jù)繪出散點(diǎn)圖如圖8和圖9.測試結(jié)果表明:冷凍水進(jìn)出口溫差增大,冷水機(jī)組COP值也逐步增大,如圖8所示;但提高冷水機(jī)組的出口冷凍水溫度,冷水機(jī)組COP值從整體來看卻呈現(xiàn)逐步減小的趨勢.雖然在理論上冷凍水溫度的升高使冷水機(jī)組的蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度升高,可以改善主機(jī)的制冷性能.但是冷凍水溫度不能盲目提高,否則將會產(chǎn)生相反的結(jié)果,從而降低主機(jī)的制冷性能.在桂林市兩江國際機(jī)場候機(jī)樓中由于盲目提高冷水機(jī)組供冷凍水溫度造成冷水機(jī)組COP值明顯下降,如圖9所示.

以上分析表明,在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中,可以通過調(diào)節(jié)冷凍水進(jìn)出口溫差和冷凍水出口溫度的大小來改善冷水機(jī)組的制冷性能,但是不能盲目增大冷凍水進(jìn)出口溫差和冷凍水出口溫度.只有合理地確定它們的大小,才能有效地提高冷水機(jī)組運(yùn)行效率,達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的.

3.2 COP與冷凍水進(jìn)出口溫差關(guān)系分析

從圖8中可以看出,坐標(biāo)點(diǎn)大致都落在一條直線的附近,采用一元線性回歸方法[4]得到散點(diǎn)的回歸方程為^y=-0.28+1.67x,可知冷水機(jī)組COP與冷凍水進(jìn)出口溫差之間的變化關(guān)系.

4 結(jié) 語

本文測試了桂林兩江國際機(jī)場候機(jī)樓空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中冷水機(jī)組的能耗、冷水流量、進(jìn)出口溫度以及冷水機(jī)組穩(wěn)定性、各層室內(nèi)溫濕度、相應(yīng)的室外氣候狀況以及建筑各部分的用電量;分析了該候機(jī)樓內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程以及能耗利用狀況.并且探討了在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下可以通過調(diào)節(jié)冷凍水進(jìn)出口溫差和冷凍水出口溫度的大小來改善冷水機(jī)組的制冷性能,但是也不能盲目增大冷凍水進(jìn)出口溫差和冷凍水出口溫度.只有合理地確定它們的大小,才能有效地提高冷水機(jī)組運(yùn)行效率,達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的.

[1]李崢嶸,彭 嬌.上海市公共建筑能耗與運(yùn)行管理現(xiàn)狀調(diào)查[J].暖通空調(diào),2005,35(5):134-136.

[2]中國建筑科學(xué)研究院,重慶大學(xué).JGJ134-2001夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

[3]趙榮義,范存養(yǎng),薛殿華,等.空氣調(diào)節(jié)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1994.

[4]盛 驟,謝式千,潘承毅.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,1997.

Operational Status Test and Energy Consumption Analysis of Air-conditioning Systems of a Certain Public Building in Guilin

DAI Ming-he,ZHOU Zhi-ping,XUE Xing,YUN Zhi-dong
(Mechanical&Electrical Engineering School,Guilin University of Electronic Technology,Guilin 541004,China)

In this paper,the actual operation status of summer air-conditioning systems in Guilin LiangJiang International Airport Terminal is tested and analysed.The relationship of COP coefficient of airconditioning chillers and chilled water temperature difference between import and export is given,and reference for the air-conditioning system operation mode optimization and the reduction of overall energy consumption is provided.

public building;air-conditioning system;operational status test;energy consumption analysis

TU248.6;T U831

A

1671-119X(2011)01-0016-04

2010-09-07

戴命和(1971-),女,講師,研究方向:暖通空調(diào).