建筑节能技术(李德英第2版)第7章空调系统运行调节与管理节能技术

主编张德英建筑节能技术空调系统运行调节与管理节能技术第7章空气处理系统与风系统的运行调节第一节空调水系统的节能第二节变风量空调系统的控制第三节空调系统的运行管理第四节目录Contents空气处理系统与风系统的运行调节空气处理系统与风系统的运行调节空调系统的空气处理方案和处理设备的容量是在室外空气处于冬、夏设计参数以及室内负荷为最不利时确定的。尽管空调系统在投入使用前已经调试过,在当时特定的室外参数和室内负荷条件下满足了预定的设计要求,但是,在我国大部分地区,全年室外空气参数是按春、夏、秋、冬周而复始地变化着,即在绝大多数时间内,室外空气参数是处于冬、夏设计参数之间;此外,室内冷(热)湿负荷也是经常变化的,在这种情况下,如果空调系统在运行过程中不做相应的调节,则不仅浪费了能量(设备供冷量和供热量),而且还会使室内空气参数偏离设计要求。因此,在空调系统设计和运行时,必须根据室外气象参数和室内冷(热)湿负荷的变化情况对空调系统进行全年运行工况的分析,从而提出合理的调节方案,以保证在全年(不保证时间除外)内,用最经济的运行方式运行,以满足室内温湿度的设计要求。空气处理系统与风系统的运行调节空调房间所要求的温湿度设计参数,一般允许有一定的波动范围,也称温湿度精度。允许的温湿度上下限可构成一个温湿度波动区。空调系统运行时,应该保证室内空气状态点始终处于这一波动区之内。在空调系统的运行过程中,往往同时存在室外空气参数的变化和室内负荷的变化,为便于分析,下面分别讨论室外空气参数变化时和室内负荷变化时的运行调节问题。空气处理系统与风系统的运行调节7.1.1室外空气状态变化时的运行调节室外空气状态的变化可以引起送风状态的变化和建筑外围护结构传热量的变化。这两种变化均会影响空调房间内的热湿环境。本节在假定室内负荷不变的前提下,讨论当室外空气状态变化时,保证送风状态不变的全年运行调节方法。根据室外空气状态的变化情况,在h-d图上可划分成若干个气象区域,每对应一个区域就有一种空气处理方式,称为工况,而区域则称为空调工况区。在每一个区域采用不同的运行调节方法,这样,全年就可按工况区进行调节。空调工况区划分的原则是在保证室内温湿度要求的前提下,力求系统运行经济、简便。同时还应考虑室外空气参数在某个区域内出现的频率高低,如果频率很低,则可将该区域合并到其他邻区,以减少调节的环节。空气处理系统与风系统的运行调节空调系统运行调节中常用的是“露点控制”调节法,它是通过控制喷水室(或表面冷却器)后的露点状态来控制送风状态的。露点控制调节法虽然控制简单,性能可靠,应用广泛,但由于全年各区域经常出现需把空气先冷却到露点,然后再加热的现象,这样就造成冷热量相互抵消,浪费了能量,所以,它并不是最经济的运行调节法。为节约能量,可采用无露点控制调节法,即把空气直接处理到要求的送风状态,以避免冷热量的抵消。后面介绍的一种分区运行工况,即属无露点控制调节法。值得提出的是,随着空调节能问题逐渐被重视,以及自动控制理论和设备的不断完善,有可能在确定空调设计方案和组织空调全年运行调节时,根据当地气象特点,将空调工况区域划分得更细更合理,使空调系统在各区域按相应的最佳运行工况(即最小运行费用的热湿处理工况)运行(称空调多工况节能运行),以达到最大限度节约能量的目的。空气处理系统与风系统的运行调节各工况区最佳运行工况的确定,主要考虑以下原则:1)条件许可时,不同季节尽量采用不同的室内环境设定参数以及充分利用室内被调参数的允许波动范围,以推迟用冷(或用热)的时间。2)尽量避免冷热量抵消的现象。3)在冬、夏季,应充分利用室内回风,保持最小新风量,以节省冷量或热量。空气处理系统与风系统的运行调节7.1.2室内冷(热)、湿负荷变化时的运行调节由于室内人体、照明和工艺设备的散热、散湿量随人员的出入和工艺过程而变化,以及房间围护结构的传热量随室外气象参数而变化,因而室内冷负荷(余热量为正值)或热负荷以及湿负荷随时都可能变化。为了保证室内温湿度要求,必须根据室内冷(热)湿负荷变化情况,对空调系统进行相应的调节。1调节再热量1)室内余热量变化,余湿量不变。采用定露点调节再热量的方法。如图7-1a所示,将送风状态由L加热到O之后,送入室内,就能使室内状态点保持在温湿度允许的范围内。空气处理系统与风系统的运行调节这种情况的一个特例是,当室内仅有余热量而没有余湿量或余湿量极小时,热湿比ε总是接近或等于∞,这时,随着余热量的减少,可调节加热量使送风状态温度沿着等dN逐渐提高,即可满足室内温湿度要求,如图7-1b所示。图7-1调节再热量空气处理系统与风系统的运行调节2)室内余热量和余湿量均变化。采用变露点调节再热量的方法。如图7-1c所示,当热湿比由ε变化到ε'后,若仍按原送风状态送风,则室内状态将为N',要想使室内状态仍满足N,则必须使送风状态点由L变为O',显然hO'hL、dO'dL,由此可见,为了处理得到这样的送风状态,不仅需要改变再热量,而且还须改变露点(L')。变露点的方法有以下几种:①调节余热器加热量;②调节新风、回风混合比;③调节喷水温度。空气处理系统与风系统的运行调节2调节一、二次回风比对于带有二次回风的空调系统,可以采用调节一、二次回风比的调节方法。当室内负荷变化时,可不同程度地利用回风的热量来代替再热量,以达到为满足室内空气状态要求所应有的新送风状态。如图7-2a所示,在设计工况时,空气调节过程为当室内余热量减少时(为简单起见,假设室内仅有余热量变化而余湿量不变),则室内热湿比由ε变为ε',这时可调节一、二次回风联动阀,在总风量保持不变的情况下,改变一、二次回风比,使一次回风量减小,二次回风量增大,送风状态点就从O点提高到O'点,然后送入室内到达N点。空气处理系统与风系统的运行调节如图7-2b所示,此时空气调节过程为:图7-2调节一、二次回风比在图7-2a中,机器露点之所以由L变成L',是由于通过喷水室(或表面冷却器)的风量减少的缘故。同理,当室内余热量和余湿量均变化时,同样可调节二次回风量和机器露点以保证所需的室内空气参数。由于调节一、二次回风比的方法可省去再热量,因此,该方法得到了广泛的应用。空气处理系统与风系统的运行调节3调节旁通风与处理风混合比对于设有旁通风门的空调箱,新风与室内回风混合后,除部分经过喷水室或表面冷却器处理外,其余部分流经旁通风门,然后该两部分空气混合后送入室内。根据室内负荷的变化,可调节旁通风与处理风的联动阀,以改变旁通风的混合比来改变送风状态,使其达到室内要求的空气参数。如图7-3所示,在设计工况时,旁通风门全关,空气调节过程为当室内冷负荷减少(为简单起见,假设室内余湿量不变)时,室内热湿比由ε变为ε',这时可开启旁通风门,并调节联动阀,使旁通风与处理风混合后的送风状态提高到O点,然后送入室内到N点(N'点在室内温湿度允许范围内)。此时空气调节过程如图7-3所示。空气处理系统与风系统的运行调节由图7-3可看出,该调节方法要求处理风的露点较低,因此,会由于要求冷水温度低而影响制冷机效率;此外,由于部分室外空气未经降温减湿处理就经旁通风门进入室内,所以,室外空气参数对室内空气参数影响较大。但是,该调节方法类似一、二次回风比调节方法,也可避免或减少冷热量的抵消,因而可节省能量,尤其是在过渡季节,则更为显著。图7-3调节旁通风与处理风混合比空气处理系统与风系统的运行调节如图7-4所示,该调节方法是部分空气经绝热加湿到L,再与经旁通的部分空气混合到O点,然后送入室内到N。此时空气调节过程为改变旁通风与处理风湿合比的调节方法可不开制冷机和加热器,因而节约能量。图7-4过渡季节调节方法空气处理系统与风系统的运行调节4调节送风量变风量调节不能同时保证温度和湿度两个参数(tN和dN)不变,只能保证其中一个参数不变,而另一个参数还须通过其他方法加以调节才能保证。例如,如图7-5所示,当室内的余热量和余湿量均变化时,热湿比也发生了变化,由ε变为ε‘或ε″,如果用变风量的调节方法保持(tN-tO)不变,则为保证N状态不变,必然要求一个新的(dN-dO’)或(dN-dO″),即要求一个新的dO‘或dO″,而这样就须配合以改变露点的调节方法才能达到。当然,如果不改变露点,仍按送风状态O送风,室内状态变成N’和N″,此时,虽室内相对湿度有所增减,但若在室内相对湿度允许范围内,亦即认为满足要求,否则,就必须配合以改变露点的调节方法。图7-5保持tN-tO不变的变风量调节方法空气处理系统与风系统的运行调节同理,如果保持(dN-dO)不变,则为保证N状态不变,必然要求一个新的(tN-tO')或(tN-tO″),即要求一个新的tO'或tO″,而这就须配合以改变再加热量的调节方法才能达到,如图7-6所示。由以上分析可知,当室内的余热量、余湿量不按比例变化时,企图单用变风量的调节方法同时保证恒温和恒湿确实是不可能的。换言之,只是在仅有恒温或仅有恒湿要求的场合,才能使用单一的变风量调节方法。尚需注意,在使用变风量调节方法时,风量不能被调得过小,以免处理设备处理不出所需的过干的dO和过冷的tO。同时,风量过小还会导致室内气流组织恶化和正压降低,从而影响空调效果。图7-6保持dN-dO'不变的变风量调节方法空气处理系统与风系统的运行调节5直接调节送风状态含湿量直接改变送风状态的含湿量,冬、夏季可有不同的方法。冬季可采用喷蒸汽加湿法;夏季除采用前面叙述的调节喷水室(或表面冷却器)旁通风量的方法以及调节喷水(或进水)的水温或水量的方法外,一般可采用吸湿剂(固体或液体)减湿。在冬季,以一次回风空调系统为例,采用喷蒸汽加湿法时,为达到新的送风状态,除喷蒸汽外,还需用加热器配合以改变加热量,这可以有两种情况,即先加热后喷蒸汽和先喷蒸汽后加湿。它们均不必把空气先处理到露点状态,然后再加热到送风状态,而只要相应地改变加热量和喷蒸汽量,就能得到所需的送风状态,以满足室内空气参数的要求。空调水系统的节能空调水系统的节能7.2.1空调水系统概述空调水系统是一个大型的热交换装置,它以水作为介质,在建筑物内部或建筑物之间传递冷量或热量。如图7-7所示,冷源以适当的流量供冷冻水到末端装置,以满足末端冷负荷的需求。空调水系统分为冷冻水系统和冷却水系统。图7-7水冷式冷水机组的空调制冷循环空调水系统的节能冷冻水系统由集中的冷冻站和冷水机组对各分散的空调用户供应冷量。以冷水作为输送冷量的介质,由泵及管道输送至各用户点,使用后的回水经管道返回冷水机组的蒸发器中,如此循环,构成冷冻水系统。冷却水系统是冷冻站或冷水机组的冷凝器的冷却用水。在机组运行时,经过冷凝器后水温将升高,经水泵及管道输送至冷却塔,经冷却塔冷却后水温下降,然后经管道重新返回主机组冷凝器中利用。如此循环,构成一个冷却水系统。空调水系统的节能7.2.2空调水系统的节能意义及节能途径一般空调水系统的输配用电,在冬季供暖期间占整个建筑动力的20%~25%,夏季供冷期间占12%~24%,这是一个可观的数字。另外从空调系统能耗分配情况来看,输送动力能耗占整个空调系统能耗的50%以上,如何降低这部分能耗是空调节能的重要环节之一。因此空调水系统的节能具有重要意义。在空调水系统设计时,冷冻水系统和冷却水系统可以设计成不同的类型。人们应该从节能的角度出发,综合考虑设计中各个方面的问题,包括系统的流量控制,循环水泵的节能途径及冷却水系统中冷却塔的节能等。空调水系统的节能许多大型建筑的中央空调系统中,空气-水系统由于同时具有全空气通风换气好和全水系统占用空间小的优点而得到大量采用。该系统中,室内冷负荷主要由冷水机组提供的冷冻水来承担,因此,整个冷冻水系统就十分庞大和复杂,不仅需要较大的管路和设备投资,而且还要消耗大量的水泵输送能量。大中型中央空调系统中冷冻水泵的耗电量占整个系统耗电量的30%左右。因此,在空调水系统的设计过程中,如何减少冷冻水泵的能耗是节省整个系统能耗、实现系统运行节能的关键之一。空调系统的负荷由于影响因素的变化而总是处于变化状态,且系统绝大部分时间都在低于额定负荷的情况