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技術(shù)
中國節(jié)能網(wǎng)

智能建筑中空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能方法

   2014-08-14 中國節(jié)能網(wǎng)4550
核心提示:中央空調(diào)是現(xiàn)代建筑中不可缺少的能耗運行系統(tǒng),它在給人們提供舒適的生活和工作環(huán)境的同時,又消耗掉了大量的能源。近年來,我國空調(diào)事業(yè)得到
中央空調(diào)是現(xiàn)代建筑中不可缺少的能耗運行系統(tǒng),它在給人們提供舒適的生活和工作環(huán)境的同時,又消耗掉了大量的能源。近年來,我國空調(diào)事業(yè)得到了迅猛 地發(fā)展,中央空調(diào)的應用日益廣泛,隨之而來的能量供需矛盾也越來越突出。據(jù)統(tǒng)計,我國建筑物能耗約占能源總消耗量的30%。在有中央空調(diào)的建筑物中,中央 空調(diào)的能耗約占總能耗的70%,而且呈逐年增長的趨勢[1]。因此,如何高效利用中央空調(diào)系統(tǒng)的能源和節(jié)能就成為迫切需要解決的問題。對中央空調(diào)的能耗系 統(tǒng)進行控制,可以減少無效能耗、減少熱量排放,對于提高能源利用效率具有重要的經(jīng)濟效益和社會效益,尤其是對于我國這樣一個能源并不十分豐富的國家,是非 常有意義的事情。

1溫濕度控制

從中央空調(diào)系統(tǒng)空氣處理過程可以看出,夏季室內(nèi)溫度越低、相對濕度愈低,系統(tǒng)設備耗能愈大;冬季室內(nèi)溫度越高、相對濕度愈高,系統(tǒng)設備耗能愈大,相應的初期投資和運行費用也隨之增大。
 
由于每個人對舒適感的要求標準差別很大,故對民用中央空調(diào)可有一個范圍較寬的舒適區(qū)。在該舒適區(qū)范圍內(nèi),夏季降溫時,取較高的溫濕度值,溫度保持在 25~27℃,濕度在50%~60%比較合適;冬季采暖時,取較低的溫濕度值,溫度保持在16~20℃,濕度在40~50%,人的感覺比較好;這樣可獲得 一定的節(jié)能效果。建筑內(nèi)溫濕度的變化與建筑節(jié)能有著緊密的相關(guān)性,根據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計資料表明,如果在夏季將設定值溫度下調(diào)1℃,將增加9%的能耗;如果在冬季 將設定值溫度上調(diào)1℃,將增加12%的能耗。因此將建筑內(nèi)溫濕度控制在設定值精度范圍內(nèi)是大樓中央空調(diào)節(jié)能的有效措施。
 
為降低能耗,空調(diào)房間室內(nèi)溫濕度基數(shù),在滿足生產(chǎn)需要和人體健康的情況下,夏季盡可能提高,冬季應盡可能降低?,F(xiàn)在有些業(yè)主盲目追求“夠冷”境界,大幅度提高室內(nèi)溫濕度設計標準,這樣做,不僅無謂地浪費大量能源,而且還會產(chǎn)生舒適感的負面效應。
 
空調(diào)系統(tǒng)溫濕度控制精度越高,舒適性越好,同時節(jié)能效果也越明顯。而空調(diào)系統(tǒng)前端所測信號準確性直接影響到中央空調(diào)系統(tǒng)的精確控制程度。所以,所測信號,尤其是象溫濕度這樣的模擬信號,必須盡可能準確。為此,可采取以下措施:

(1) 合理配置前端傳感器數(shù)量。探測點數(shù)設置過少,則無法取得精確的前端信號;而前端傳感器數(shù)量(點數(shù)表)過多的話,易造成信號之間耦合,也使系統(tǒng)成本增大。根 據(jù)空間的使用情況來決定探測點的數(shù)量,若空間有較大隔斷時則保證每個隔斷內(nèi)至少有一個探測點,若是大空間則每間隔約20m左右一個探測點較為合適。

(2) 正確選擇傳感器的安裝位置。舉例來說,安裝于送風管道內(nèi)的溫度傳感器如果安裝在靠近機組送風口處,則傳感器檢測得到的溫度值可能偏低;如果安裝在離送風口較遠,則傳感器測得溫度值可能要高一些。這就必須根據(jù)風管的實際情況合理 選擇傳感器安裝位置。

風管溫度傳感器位置選擇在溫度能夠被準確檢測的區(qū)域,一般來說,安裝在送風風道上,安裝位置距離送風機2~3m處。安裝在回風風道上,安裝位置可以在回風風道任意處,一般在接近空調(diào)箱的回風風道上。
 
此外,一定要選用高控制精度的BAS對中央空調(diào)進行控制。因為,BAS采用DDC(直接數(shù)字控制器)直接控
制電動水閥閥門的開度,而無須中間調(diào)節(jié)器;另外,DDC內(nèi)含有豐富的計算控制軟件,如比例積分微分(PID)算法、模糊控制算法、遺傳算法等,來保證控制的精確度。
 
2 分區(qū)域控制

根據(jù)不同功能分區(qū)對溫濕度的要求,進行合理的溫濕度控制區(qū)域的劃分,實行分區(qū)中央空調(diào)控制,不但舒適性好,而且節(jié)能效果明顯。對于公共區(qū)域主要提供 一個過渡的區(qū)域,適當放寬控制要求,提高設定溫度。如進門的前廳,在夏季將溫度設定值設在28℃~30℃,比室外低4℃~5℃,人們已感覺舒適。

人們在大堂、公共休息廳、廊及其它公共區(qū)域停留時間都比較短,所以廊道的溫度設定值設在27℃~28℃已滿足要求。而且,夏季無濕度要求,不設置再 熱盤管。考慮到冬季,如濕度過高,殼體和水下通廊的玻璃易結(jié)露,所以可不設置加濕器。資料室、檔案室、設備儀器室等空調(diào)區(qū)域,由于較高標準的溫濕度要求, 尤其是濕度的嚴格要求,應設置全空氣空調(diào)系統(tǒng)。夏季可采用控制露點溫度再根據(jù)室內(nèi)負荷變化進行二次加熱的方案,冬季可采用能夠較精確控制加濕量的電蒸汽加 濕器。

而對于辦公室、會議室等小空間空調(diào)區(qū)域,其溫濕度要求不嚴格。為提高節(jié)能效率,辦公區(qū)溫度定在26℃左右,同樣令人感覺舒適。該區(qū)域為控制靈活,可采用風機盤管加新風系統(tǒng),考慮到人員長期停留,新風空調(diào)機組可設置價格較便宜、使用壽命較長且節(jié)電的高壓噴霧加濕器。

3 新風量控制

由于新風負荷占建筑物總負荷的20%~30%,控制和正確使用新風量是空調(diào)系統(tǒng)最有效的節(jié)能措施之一。除了嚴格控制新風量的大小之外,還要合理利用 新風。對夏季需供冷、冬季需供熱的中央空調(diào)房間,室外新風量越大,系統(tǒng)耗能越大。在這種情況下,室外新風應該控制到滿足衛(wèi)生要求的最小值。根據(jù)季節(jié)變化, 進行合理的新風量有效調(diào)節(jié)是節(jié)能的另一個措施。例如:春秋季或冬季,有些房間仍需供冷,此時當室外空氣焓值小于室內(nèi)空氣設計狀態(tài)的焓值時,可采用室外新風 為室內(nèi)降溫,可減少冷機的開啟量,節(jié)省能耗。所以,充分利用室外空氣作為冷源,過渡季可使用全新風,冬季可調(diào)節(jié)新風量,對于大型樓宇建筑,其節(jié)能效果會非 常明顯。

以上海地區(qū)為例,在設計工況(夏季室溫26℃,相對濕度60%;冬季室溫22℃,相對濕度55%)下,處理1kg室外新風量需冷量6.5kw,熱量 12.7kW,故在滿足室內(nèi)衛(wèi)生的前提下,適當減少新風量,有顯著地節(jié)能效果。新風量的大小主要根據(jù)室內(nèi)允許CO2濃度來確定,CO2允許濃度值取 0.1%(1000ppm),每人所需新風量約為30m3/h左右。可以實現(xiàn)新風量控制的措施有以下方法:
(1)在回風位置設置CO2檢測器,根據(jù)回風中CO2氣體濃度自動調(diào)節(jié)新風風門的開啟度。
(2)根據(jù)不同季節(jié)的新風溫度濕度計算焓值,自動調(diào)節(jié)新風與回風比,在冬夏兩季采用最小新風運行,過度季則全新風運行。保證回風溫度為設定值。
(3)根據(jù)室內(nèi)人員變動規(guī)律,并采用統(tǒng)計學的方法,建立新風風閥控制模型,以相應的時間而確定的運行程式進行程序控制新風閥,以達到對新風的控制。

4 冷源效率控制

評價冷源制冷效率的性能指標是制冷系數(shù)(COP,Coefficient Of Performance )。制冷系數(shù)指單位功耗所能獲得的冷量。制冷系數(shù)與制冷劑的性質(zhì)無關(guān),僅取決于被冷卻物的溫度T0和冷卻劑溫度Tk, T0越高,Tk越低,制冷系數(shù)越高。所以空調(diào)系統(tǒng)冷機的實際運行過程中不要使冷凍水溫度太低、冷卻水溫度太高,否則制冷系數(shù)就會較低,產(chǎn)生單位冷量所需消 耗的功量多,耗電量高,增加建筑的能耗。提高冷源效率可采取以下措施:

(1)降低冷卻水溫度

由于冷卻水溫度越低,冷機的制冷系數(shù)就越高。冷卻水的供水溫度每上升1℃,冷機的COP下降近4%。降低冷卻水溫度就需要加強冷卻塔的運行管理。首 先,對于停止運行的冷卻塔,其進出水管的閥門應該關(guān)閉。否則,因為來自停開的冷卻塔的水溫度較高,混合后的冷卻水水溫就會提高,冷機的制冷系數(shù)就減低了。 其次,冷卻塔使用一段時間后,應及時檢修,否則冷卻塔的效率會下降,不能充分地為冷卻水降溫。

(2)提高冷凍水溫度

由于冷凍水溫度越高,冷機的制冷效率就越高。冷凍水供水溫度提高1℃,冷機的制冷系數(shù)可提高3%,所以在日常運行中不要盲目降低冷凍水溫度。首先, 不要設置過低的冷機冷凍水設定溫度。其次,一定要關(guān)閉停止運行的冷機的水閥,防止部分冷凍水走旁通管路,否則,經(jīng)過運行中的冷機的水量就會減少,導致冷凍 水的溫度被冷機降到過低的水平。

5 運行規(guī)律控制

建筑內(nèi)部各區(qū)域溫濕度控制的設備運行有很強的規(guī)律性。如上、下班,白天、夜晚,節(jié)假日等。根據(jù)時間的不同,通過事先排定的工作表自動啟停中央空調(diào)系 統(tǒng),自動確定投入運行的制冷機臺數(shù),同時平均分配各冷水機組的工作時間;另外,根據(jù)時間表,得出中央空調(diào)負荷的時間分布規(guī)律,采用統(tǒng)計學的方法計算調(diào)節(jié) 量。這樣,可使中央空調(diào)系統(tǒng)有顯著的節(jié)能效果。具體控制方式如下:
(1)最佳啟動時間:通過對中央空調(diào)設備進行預冷時間的計算和控制,以縮短不必要的預冷時間,達到節(jié)能的目的。在保證人員進入時環(huán)境舒適的前提下,提前時 間最短為最佳啟動時間。最佳啟動在工作時間開始前,先啟動空調(diào)系統(tǒng),以便先行改變工作區(qū)內(nèi)溫度,令其到工作時間時室內(nèi)環(huán)境進入舒適(或要求)范圍內(nèi),按一 定的時間間隔不停地采樣溫度計算到達設定的舒適極限所需的時間,以此確定最佳啟動時間。
(2)最佳關(guān)機時間:根據(jù)人員使用情況,在人員離開之前的最佳時間[胡安娣4] ,關(guān)閉中央空調(diào)設備,既能在人員離開之前空間維持舒適的水平,又能盡早地關(guān)閉設備,減少設備能耗。最佳停止在工作結(jié)束前的某一時間切斷系統(tǒng),這一時間既不 能太早,也不能太遲,太早了就難以保證環(huán)境的舒適水平,太遲則達不到節(jié)能的目的。這一最佳停止時間的計算要根據(jù)具體設備、空間、人員等因素的綜合使用情況 統(tǒng)計得出。
(3)設定值再設定:根據(jù)室外空氣的溫度、濕度的變化對新風機組和中央空調(diào)機組的送風或回風溫度設定值進行再設定,使之恰好滿足區(qū)域的最大需要,以將中央空調(diào)設備的能耗降至最低。
(4)負荷間隙運行:在滿足舒適性要求的極限范圍內(nèi),按實測溫度和負荷,確定循環(huán)周期與分段時間,通過固定周期性或可變周期性間隙運行某些設備來減少設備開啟時間,減少能耗。
(5)分散功率控制:在需要功率峰值到來之前,關(guān)閉一些事先選擇好的設備,以減少高峰功率負荷。
(6)夜間循環(huán)程序:分別設定低溫極限和高溫極限,按采樣溫度決定是否發(fā)出“制冷”命令,實現(xiàn)冷卻循環(huán)控制。在涼爽季節(jié),夜間只送新風,以節(jié)約中央空調(diào)能耗。
(7)夜間空氣凈化程序:采樣測定室內(nèi)、外空氣參數(shù),并與設定值進行比較,依據(jù)是否節(jié)能,發(fā)出(或不發(fā)出)凈化執(zhí)行命令。

冷水機組群控模式: 根據(jù)末端設備所需冷量負荷,合理配置冷水機組供出的冷負荷,動態(tài)調(diào)整設備運行和投入臺數(shù),保證冷量供求平衡,讓冷源設備運行在最高效率特性上,避免大馬拉小車,有效克服由于暖通設計中帶來的設備容量和動力冗余而造成的能源浪費。

6 結(jié)束語
綜上所述,對于中央空調(diào)系統(tǒng)采用有效的節(jié)能措施,使系統(tǒng)的調(diào)整和控制更準確,能源的消耗更合理,運行和管理的費用更節(jié)省。這是中央空調(diào)系統(tǒng)高效節(jié)能、高回報率的具體體現(xiàn),也是空調(diào)工程設計追求的目標。
 
 
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