7_空调系统运行调节与管理节能技术

第七章空调系统运行调节与管理节能技术7.1空气处理系统风系统的运行调节•7.1.1室外空气状态变化时的运行调节–根据室内外空气状态的变化情况，在i-d图上划分成若干个气象区域，每对应一个区域就又一种空气处理方式，称为工况。每一个区采用不同的运行调解方法。–自控理论和设备的不断完善，有可能将空调设计方案和组织空调全年运行调节时，根据当地其后特点，将空调工况分区更合理，使空调系统在各区域按相应的最佳工况运行，最大限度节能。–各工况最佳运行工况确定原则•条件许可时，不同季节尽量采用不同的室内设定参数以及充分利用室内被调参数的允许波动范围，推迟用冷或用热的时间。•尽量避免冷热抵消现象。•冬夏尽量利用室内回风，保持最小新风量，以节省冷量或热量。过渡季7.1.2室内负荷变化时的运行调节1.调节再热量（a）余热量变、余湿量不变时；（b）余热量、余湿量均变时2.调节一、二次回风比3.调节旁通风与处理风混合比4.调节送风量7.2空调水系统的节能7.2.1空调水系统概述•空调水系统以水作为介质，在建筑物内部或建筑物之间通过热交换装置传递冷量或热量。分为冷冻水系统和冷却水系统。冷水机组末端空调机冷却塔室外空气冷却水循环冷冻水循环负荷（空气）7.2.2空调水系统的节能意义及节能途径•节能意义–空调水系统用电，冬季供热期间约占建筑动力的20％-25％，夏季供冷期间约占12％-24％。–空调输送动力能耗约占整个空调系统能耗的50％以上。–大型中央空调系统中冷冻水泵能耗占系统总耗电量的30％左右。•节能途径–循环水泵节能途径–冷却塔的节能。–循环水量的控制：冷冻水流量调节适应负荷变化，节省冷冻水泵能耗。–系统设计时应该认真计算各环路水阻力，采取相应措施保证环路水力平衡。–积极推广变频调速水泵和冬夏两用水泵。候选水泵型号不太合理，水力平衡问题，1.变流量水系统•冷冻水泵的容量是按照建筑物最大设计负荷选定的。•绝大多数时间是在部分负荷下运行，而且负荷率在50％以下的运行时间要占一半以上。•部分负荷时运行调节的传统方法是采用质调节（定流量，调节温度）。•在定流量水系统中，系统的水量变化基本上由水泵的运行台数决定。7.2.3空调水系统的几种节能方法两通阀：改变管路性能曲线，以使系统的工作点发生变化，结果是流量减少，压力增加，水泵的动力降低有限。转速控制：改变水泵性能，随着转速下降，流量和压力均降低，而水泵动力以转速比三次方的比例减少。所以这种方式具有极好的节能性。台数控制是目前采用较多的控制方式。它简便易行，其节能及经济效果显著，但不能实现无级控制。此外，还可以采用相互结合的控制方式，如台数+转速控制等。三通阀：对于空气处理设备可实现变水量，但整个水系统仍是定水量方式。因此，水泵的动力不可能节省。变水量调节水泵工况点变化AS2S1QHBN1N2CDQBQCQDQA图7-10不同变水量方式时水泵耗电量比较CWV-定水量；VC1-1台水泵台数控制；VC2-2台水泵台数控制；VC3-3台水泵台数控制；SP-变速水泵•工程设计中，经常采用的变流量水系统包括：单级泵变流量水系统、二级泵变流量水系统。在空调系统处于设计状态下，所有设备都满负荷运行，压差旁通阀开度为零，此时无旁通水流量。压差控制器两端接口处的压力差即用户侧供回水压差ΔP，即是控制器的设定压差值。当末端负荷变小后，末端的两通阀关小，供回水压差ΔP将会提高而超过设定值，在压差控制器的作用下，旁通阀将自动打开。由于旁通阀与用户侧水系统并联，它的开度加大将使总供回水压差ΔP减小，达到设定值时才停止，部分水从旁通间流过而直接进入回水管，与用户侧回水混合后进人水泵及冷水机组。在此过程中，基本保持了冷冻水泵及冷水机组的流量不变。（l）单级泵变流量水系统单级泵系统是一种应用较广泛，比较成熟的变水量系统。该系统比较简单，控制元件少，运行管理方便。但单级泵变流量水系统的设计必须基于一点：即整个水系统是一个线性系统。（2）二级泵变流量水系统初级泵随冷水机组连锁启停，次级泵则根据负荷变化进行台数启停控制或者转速改变来调节负荷侧二次环路的循环水量。当次级泵组总供水量与初级泵组总供水量有差异时，相差的部分从AB平衡管中流过（可以从A流回B，也可以由B流向A）。这样就可以解决冷水机组与用户侧水量控制不同步问题。用户侧供水量的调节通过二级泵的运行台数及压差旁通阀V1来控制（压差旁通阀控制方式与一次泵系统相同），因此V1阀的最大旁通量为一台次级泵的流量。2.变频调速变流量水系统•在上述的二级泵变流量系统中，常见的负荷侧变流量方法是通过供回水压差对二次泵进行台数控制的。但实际工程表明，从控制角度看，压差信号对水系统中流量变化并不敏感，而且并联水泵越多，敏感度越低；从流量调节角度看，台数控制只能实现有级的流量调节，而且由于水泵实际工作点往往不能处于效率最高点，所以，即使流量减少了，实际用电量减少并不多，节能效果不显著。•真正意义上的变流量系统，应该不改变管路特性，而靠移动水泵工作点使之沿管路特性曲线移动，保持水泵在最高效率点运行，达到最大节能效果。•如图将水泵工作点自A移到B，只有靠改变水泵转速n才能实现。现在变频器价格较高，但增加的投资完全可以通过运行费的节约在较短运行年限内予以回收。•由于功率N与流量Q的关系式为•当流量减少时，耗功率相应按三次方的比例降低，这对于目前空调水系统的设计水量与实际运行水量差别很大的情况来说，具有非常明显的节能意义。空调水系统采用变频装置具有以下优点：–1）可以最大限度地节省水泵运行能耗。–2）选择合理时，冬夏可合用一套循环水泵。–3）对电网影响小，变频器无级调速，电机平滑启动，无冲击杂声，能改善其使用寿命。–4）可减少水泵台数，同时可实现对制冷机的自动控制，水泵运行启停均由程序控制，管理方便。323121QQNN7.2.4空调循环水泵运行过程节能途径•为了使水泵的供水流量和扬程与管路所需的流量和扬程相一致，普遍采用调节水泵出口阀门的办法，通过改变管路的水头损失而改变管路的Q-H特性曲线，使管路的Q-H特性曲线与水泵供水Q-H特性曲线相一致，这种方法虽简单易行，但仅仅起到调节流量和扬程的作用而已，却没有节省电能的效果。•图为3台同型号水泵并联运行工况图。图中的Qi-Hi为管路特性曲线，Q1-H1、Q2-H2、Q3-H3分别为单台水泵、两台水泵、三台水泵特性曲线。•并联水泵运行工作点由A点转移至B点，并联水泵的供水流量为QB，扬程为HB。由于单台水泵和并联水泵的Q-H都比较平缓，所以，HA与HB之间的扬程变化很小。•水泵并联，流量、扬程、效率如何变化？1)多台水泵并联运行2)更换水泵叶轮•将水泵叶轮车削缩小后，可改变水泵工作性能。叶轮直径不同的水泵，其供水流量，扬程和所需要的功率也不同。•由图可见，当管路所需要的流量、扬程为QA、HA时，水泵叶轮直径为D1时的供水流量、扬程和轴功率分别为QA、HA、NA。•管路所需要的流量减小到QB，扬程仍为HA。为了适应管路流量的变化，水泵应更换上直径为D2的小叶轮。此时，水泵运行工作点由A移至B点，水泵的供水流量、扬程和轴功率分别为QB、HA和NB即流量稍有减少时，水泵所需要的轴功率随着叶轮直径的减小而以更大的幅度减小，节电效果相当显著。3)调节水泵叶轮的转速•水泵叶轮调速后，它的性能也将发生一系列的变化。由图可见，当系统管路所需要的流量、扬程为QA、HA时，水泵的叶轮转速为n1。当管路所需要的流量仍为QA而扬程降低至HB时，为了适应管路扬程的变化，水泵的叶轮转速应降至n2。此时，水泵运行工作点由A点移至B点，水泵的供水流量、扬程和轴功率分别为QA、HB和NB。从图可看出用调节水泵叶轮转速的方法可收到较好的节电效果，而水泵叶轮转速的改变可用变频调速器来实现。4）冬夏及部分负荷时水泵分设7.2.5空调水系统中冷却塔节能•冷却塔性能–湿式，干式，混合式，用得多的是湿式（蒸发式）。–影响冷却塔性能的因素：冷却热负荷，冷却温度范围，空气干湿球温度。•冷却塔的冷却能力–室外空气湿球温度–入水口温度–冷却水量•冷却塔的运行与节能途径–通过温度调节器控制风机的起、停–通过调速装置改变风机用电动机的转速–控制风机用电动机的运转台数–封闭式冷却塔洒水泵的运行控制–冷却塔直接供冷系统变风量空调系统的控制•空调系统根据系统的风量固定与否，可以分为定风量和变风量空调系统。在空调设计中，选择什么样的系统形式，直接影响冷、热源耗能和动力耗能。•变风量系统（Variableairvolumesystem）是一种节能的空气调节方式，从当前形势来看，国外在办公、商业等大型公共建筑里（主要是内区），比较多的采用变风量（VAV）空调系统。•与定风量空调系统相比，它在满足空调要求的同时，又有明显的节能效果，全年空气输送能耗可节约1/3，设备容量减少20%~30%，据多种资料介绍，变风量系统一般情况下，节能可达50%左右。1.VAV空调系统构成•VAV空调系统根据建筑结构和设计要求的不同有多种设计方案可供选择。如单风道或双风道，节流型或旁通型末端装置，末端是否有再加热（温控精度高时采用），送风管道静压控制方式（定静压或变静压）等。总之，只要送风量随负荷变化而变化的系统，统称为变风量空调系统。•图为单风道VAV空凋系统简图。系统管路由新风、回风和排风阀门，VAV末端装置及管网组成。控制环路由室温控制、送风量控制、新风、回风和排风阀门联动控制及送风温度控制等部分组成。•(1)室温控制：VAV末端装置根据室内温度的变化调节进入室内的送风量，以维持室内温度稳定。•(2)送风量控制：根据送风管道静压的变化控制变频风机转速。•(3)新风、回风和排风阀门联动控制：根据新风量要求和季节变换调节新回风风量比，根据新风量的大小控制排风量以达到系统风量平衡。•(4)送风温度控制：根据送风温度调节供冷（热）量。•30m3/h.人；总风量的10％；保证室内5－10Pa的正压2.变风量末端装置•1.节流型•节流型变风量箱是最基本的变风量箱，其它如风机动力型、双风道型、旁通型等都是在节流型的基础上变化发展起来的。所有变风量箱的“心脏”都是一个节流阀，加上对该阀的控制和调节元件以及必要的面板框架就构成了一个节流型变风量箱。•节流式的缺点：（1）增加系统的能耗，变风量系统的主要目的之一是节能，可是节能式末端装置反其道而行之，由于节流，而增加了系统的能耗；（2）增加系统的噪声。由于节流，而增加了系统的噪声；（3）增加系统的复杂性，当采用变静压控制方式时，应给出实际阀位信号，对于目前的技术发展水平，要低价格、简单的实现有相当大的难度。•2.旁通型•这是利用旁通风阀来改变房间送风量的系统。由于其并不具备变风量系统的全部优点，因而在有些论文中称其为“准”变风量系统。该系统的特点是投资较低，但节能却很小，因为有大量送风直接旁通返回空调设备，并不怎么减小风机能耗，所以目前使用也不多。•3.风机动力型•风机动力型是在节流型变风量箱中内置加压风机的产物。根据加压风机与变风量阀的排列方式又分为串联风机型（SeriesFanTerminal）和并联风机型（ParallelFanTerminal）两种产品。•所谓串联风机型是指风机和变风量阀串联内置，一次风既通过变风量阀，又通过风机加压；所谓并联风机型是指风机和变风量阀并联内置，一次风只通过变风量阀，而不需通过风机加压。3.变风量系统的应用范围•（1）负荷变化较大的建筑物•（2）多区域控制的建筑物•（3）有公用回风通道的建筑物•（4）在医院中的隔离病房、实验室和厨房等不适合应用。4.变风量系统控制•变风量系统的控制系统一般可以分成四部分：（1）室内温度控制（包括变风量末端装置控制和送风机控制）；（2）室内正压控制；（3）送风参数控制；（4）新风量控制。四部分相对独立，又互相关联。•（1）室内温度控制•它是通过末端装置对送风量的控制来实现的，末端装置的控制可以分为三类：随压力变化的（又称压力相关型），限制风量的，不随压力变化的（又称压力无关型）。•l）随压力变化的末端装置对风量的控制•这类末端装置的控制部件，实