中央空調(diào)系統(tǒng)質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方案模擬分析

邵宗義 韋梓春 馬長(zhǎng)明

北京建筑大學(xué)供熱供燃?xì)馔L(fēng)與空調(diào)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

中央空調(diào)系統(tǒng)質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方案模擬分析

邵宗義 韋梓春 馬長(zhǎng)明

北京建筑大學(xué)供熱供燃?xì)馔L(fēng)與空調(diào)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

冷水機(jī)組作為空調(diào)系統(tǒng)中的主要耗能設(shè)備，實(shí)際運(yùn)行中的絕大多時(shí)間是處于部分負(fù)荷。本文針對(duì)上海某公共建筑的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)例分析，提出了分階段變冷水溫度的運(yùn)行方案。利用DeST-c軟件對(duì)冷水機(jī)組進(jìn)行了全工況模擬，預(yù)測(cè)了其節(jié)能效果。

冷水機(jī)組 冷凍水 質(zhì)調(diào)節(jié) DeST-c

在部分負(fù)荷下適當(dāng)調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)冷水機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)使設(shè)備出力與實(shí)際部分負(fù)荷相當(dāng)，可在滿足室內(nèi)舒適度要求的情況下，為業(yè)主節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。適當(dāng)提高供冷水溫度，可提高冷水機(jī)組蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度，提高冷水機(jī)組的能效比，從而節(jié)約其能耗[1]。本文針對(duì)某公共建筑根據(jù)其負(fù)荷特點(diǎn)制定了分階段的質(zhì)調(diào)節(jié)方案，并利用DeST-c模擬分析了預(yù)期的節(jié)能效果。主要對(duì)比定流量定冷水供水溫度（7℃）的空調(diào)水系統(tǒng)，由分析和負(fù)荷變化情況得出該公共建筑的變水溫運(yùn)行方案，利用DeST-c模擬驗(yàn)證了變水溫方案對(duì)室內(nèi)舒適度的影響，和其可能達(dá)到的節(jié)能效果。

1 建筑及空調(diào)系統(tǒng)概況

1.1 建筑概況

本工程位于上海市?？偨ㄖ娣e28000m2，地下一層為連體地下室，地上分為2棟建筑，一側(cè)為科技館，5500m2，地上5層，建筑高度20.4m；另一側(cè)為活動(dòng)中心，22500m2，地上6層，建筑高度23.7m。利用DeST-c軟件建立其立體模型（圖1）。

圖1 建筑的DeST立體模型

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)：外墻傳熱系數(shù)K=0.8W/ (m·2K)；屋頂傳熱系數(shù)K=0.6W/(m·2K)；外窗為普通雙層6mm厚玻璃，中間色內(nèi)窗簾/淺色活動(dòng)百葉，傳熱系數(shù)K=3.01W/(m2·K)；內(nèi)墻與樓板傳熱系數(shù)K= 1.57W/(m·2K)。

各房間室內(nèi)計(jì)算溫度18℃～28℃，相對(duì)濕度35%～65%，最低新風(fēng)量17～30m3/人。不同功能房間具體狀態(tài)參數(shù)，熱擾，作息時(shí)間在DeST-c中設(shè)置。

1.2 空調(diào)系統(tǒng)概況

該建筑冷源為兩臺(tái)規(guī)格相同的電制冷離心式冷水機(jī)組。水系統(tǒng)形式為一次泵定流量系統(tǒng)，控制策略為“一機(jī)對(duì)一泵”。DeST-c系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 空調(diào)水系統(tǒng)示意圖

各設(shè)備額定參數(shù)如下：

1）冷水機(jī)組：制冷量為1231kW；輸入功率為228kW；蒸發(fā)器流量為212.4m3/h；蒸發(fā)器壓力降為92.0kPa；冷凝器流量為252m3/h；冷凝器壓力降為75kPa。

2）冷卻塔：額定水流量為250m3/h；額定冷卻量為1458kW；冷卻塔壓降為51kPa；額定風(fēng)量160000m3/h；風(fēng)機(jī)功率為7.5kW；補(bǔ)水量為12.5m3/h。

3）冷凍水泵：額定流量為209m3/h；額定揚(yáng)程為380kPa；額定效率為81%。

4）冷卻水泵：額定流量為254m3/h；額定揚(yáng)程為286.2kPa；額定效率為70%。

2 負(fù)荷特性分析

利用DeST-c對(duì)該建筑全年8759個(gè)小時(shí)進(jìn)行全年冷熱負(fù)荷的動(dòng)態(tài)計(jì)算，其全年逐時(shí)冷熱負(fù)荷逐時(shí)曲線如圖3所示。由圖3可以看出，全年冷負(fù)荷時(shí)間較熱負(fù)荷大很多，并且供冷時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)置供冷時(shí)間為4月1日至11月31日。

圖3 建筑全年逐時(shí)負(fù)荷

表1為空調(diào)冷負(fù)荷時(shí)間頻數(shù)統(tǒng)計(jì)。

表1 空調(diào)冷負(fù)荷時(shí)間頻數(shù)（%）

由表1可以看出：

1）全供冷季有92.2%的時(shí)間是在低于80%最大供冷量的工況下運(yùn)行；

2）全供冷季只有極少時(shí)間（大約2.4%左右時(shí)間）是處于90%以上最大供冷量的工況運(yùn)行。

綜上，全年只有很少時(shí)間是處于最大供冷量的工況下運(yùn)行的，這給提高供水溫度運(yùn)行提供了很大空間，尤其是在過(guò)渡季節(jié)。根據(jù)DeST-c模擬出的空調(diào)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果和文獻(xiàn)[2]中部分負(fù)荷率與冷水供水溫度的關(guān)系公式，以及考慮管網(wǎng)冷量損失等不利因素得出分階段冷凍水供水溫度變化方案（表2）。

表2 分階段冷凍水供水溫度變化方案

3 典型房間室內(nèi)狀態(tài)參數(shù)分析

針對(duì)提高供水溫度可能會(huì)降低表冷器的除濕能力這一點(diǎn)[2]，為了驗(yàn)證變供水方案后房間的室內(nèi)狀態(tài)參數(shù)是否滿足舒適度的需求，選取了該建筑一層人員負(fù)荷較大的一個(gè)典型房間，對(duì)比兩種方案過(guò)渡季節(jié)三個(gè)典型日的室內(nèi)濕度狀態(tài)變化。如圖4～6分別表示4月15日，5月10日，9月18日室內(nèi)濕度變化對(duì)比。

圖4 4月15日典型房間濕度對(duì)比

圖5 5月10日典型房間濕度對(duì)比

圖6 9月18日典型房間濕度對(duì)比

由圖4～6可以看出在過(guò)渡季節(jié)，空調(diào)冷水溫度提高確實(shí)使得空調(diào)除濕能力有所下降，室內(nèi)相對(duì)濕度幾乎都比恒定7℃供水時(shí)要高，其中前兩個(gè)典型日的相對(duì)濕度變化較為平穩(wěn)，而9月18日的濕度變化幅度相對(duì)較大，但可以看出室內(nèi)最大濕負(fù)荷幾乎不會(huì)超過(guò)65%，而由模擬得出的室內(nèi)溫度幾乎都在22～26℃之間，所以說(shuō)室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)基本還是處于舒適區(qū)范圍內(nèi)的。該方案對(duì)室內(nèi)的舒適度幾乎不會(huì)有太大影響。

4 能耗分析

該空調(diào)季總供冷量為4726827.66kWh（圖7），兩種方案冷水機(jī)組提供的制冷量幾乎相同，可以看出在七八月份最熱的季節(jié)，冷水機(jī)組供冷量比較恒定，幾乎可以滿負(fù)荷運(yùn)行，而在其他月份冷水機(jī)組制冷量波動(dòng)較大，所以僅在最熱月份冷水出水溫度設(shè)置為7℃或者更低6℃，其余月份分階段變供水溫度運(yùn)行。圖8統(tǒng)計(jì)了冷水機(jī)組在兩種運(yùn)行方案下逐月的電耗對(duì)比，可以看出在滿足制冷量要求的情況下，在5、6、9、10、11月變水溫運(yùn)行方案的節(jié)電量較為明顯，節(jié)能率超過(guò)12%，變水量調(diào)節(jié)方案的供冷季節(jié)總累計(jì)電耗為840345.3kWh，COP平均為5.62。全年恒定供水溫度的累計(jì)電耗為955129.49kWh，COP平均為4.94，節(jié)能率約為12%。由此可見(jiàn)在不需要額外投入的情況下，只需要在不同季節(jié)根據(jù)室外溫度變化合理改變冷水供水溫度，就可以節(jié)約相當(dāng)可觀的電耗。

圖7 冷機(jī)總制冷量逐時(shí)變化

圖8 冷水機(jī)組在兩種運(yùn)行方案下逐月的電耗對(duì)比

5 結(jié)論

提高冷水機(jī)組的冷水出水溫度可以提高其制冷循環(huán)的蒸發(fā)溫度，有效地提高了冷水機(jī)組的運(yùn)行效率，降低了冷水機(jī)組這部分的運(yùn)行能耗。表冷器的供水溫度會(huì)降低表冷器的降溫除濕能力，主要降低了除濕能力使得空調(diào)房間濕度增加。但由于人體在溫度降低的情況下可以在較大的濕度范圍內(nèi)感到舒適，提高供冷水溫度對(duì)于一般的舒適性空調(diào)不會(huì)影響其工作性能。利用能耗模擬軟件DeST-c對(duì)上海地區(qū)某公共建筑進(jìn)行了工況的模擬分析，通過(guò)建筑負(fù)荷模擬的結(jié)果可以看出在全部供冷季，建筑絕大多數(shù)時(shí)間都處在部分負(fù)荷下，尤其是在過(guò)渡季節(jié)，這給變供水溫度運(yùn)行提供了可能。通過(guò)空氣處理設(shè)備的模擬可以發(fā)現(xiàn)在過(guò)渡季節(jié)水溫變化后房間的逐時(shí)相對(duì)濕度確實(shí)有所增大，但綜合室溫因素室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)仍在人體感覺(jué)的舒適范圍內(nèi)。通過(guò)對(duì)冷機(jī)的模擬驗(yàn)證了變水溫運(yùn)行方案節(jié)能性，在過(guò)渡季節(jié)節(jié)能效果明顯，全年空調(diào)的節(jié)能率約為12%左右。此外考慮到還可以與水泵變頻技術(shù)結(jié)合起來(lái)，同時(shí)進(jìn)行空調(diào)水系統(tǒng)的質(zhì)調(diào)節(jié)，量調(diào)節(jié)將節(jié)約更多的能量。

[1]范圓圓,王旭.空調(diào)水系統(tǒng)質(zhì)調(diào)節(jié)研究[J].制冷與空調(diào),2006, (1):20-23

[2]張雅銳,袁東立.建筑空調(diào)冷水系統(tǒng)變水溫運(yùn)行的節(jié)能分析[J].暖通空調(diào),1991,21(5):12-15

[3]燕達(dá),張野,江億.建筑環(huán)境設(shè)計(jì)模擬軟件DeST第7講-空氣處理設(shè)備方案模擬[J].暖通空調(diào),2005,35(1):49-58

[4]燕達(dá),夏建軍,劉燁,等.建筑環(huán)境設(shè)計(jì)模擬軟件DeST第9講-冷熱源與水系統(tǒng)模擬分析(下)[J].暖通空調(diào),2005,35,(4):42-53

[5]陸瓊文,劉傳聚,曹靜.浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)變空調(diào)供水溫度節(jié)能運(yùn)行方案分析[J].暖通空調(diào),2003,33(2):123-125

The Sim ula tion a nd Ana lys is a bout Cons ta nt Flow Control Ope ra tion of Ce ntra l Air-c onditioning

SHAO Zong-yi1,WEI Zi-chun2,MA Chang-ming3
HVAC Key Laboratory in Beijing,Beijing University of Civil Engineering and Architecture

Chiller as the major energy-consuming equipment in central air-conditioning system,the majority of its actual operating time is in part load.This paper gives the operating scheme about changing the chilled water temperature in different time for the central air-conditioning system of a public building in Shanghai.Finally a simulation about the chillers in its whole operating time is made to verify our scheme’s energy saving effect.

chiller,chilled water,flow control operation,DeST-c

1003-0344（2015）01-055-3

2013-10-8

邵宗義（1961～），男，碩士，設(shè)備總工；北京市西城區(qū)展覽館路1號(hào)北京建筑大學(xué)3號(hào)樓526室（100044）；E-mail:shaozongyi@126.com