暖通空調(diào)如何從系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面控制中央空調(diào)的能耗？

2022-04-26 瀏覽量：1185

今天，小編將為大家介紹有關(guān)暖通空調(diào)通過系統(tǒng)集成降低中央空調(diào)系統(tǒng)能耗的知識(shí)點(diǎn)，讓我們來(lái)看看吧~在公共建筑中，集中空調(diào)系統(tǒng)的能耗占建筑總能耗的30%～60%。其冷源部分（主機(jī)+冷凍水泵+冷卻水泵+冷卻塔）能耗占集中空調(diào)系統(tǒng)能耗的60%～90%。由此可見，中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗控制非常有必要。

中央空調(diào)能耗控制

1、中央空調(diào)能耗控制思路

控制中央空調(diào)能耗，需要整體性地去考慮，從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全程進(jìn)行精細(xì)化把關(guān)和服務(wù)：

1）超高效中央空調(diào)系統(tǒng)的精細(xì)化設(shè)計(jì)；2）BIM精細(xì)化制圖及施工督導(dǎo)；3）M-BMS多智能體自適應(yīng)節(jié)能控制系統(tǒng)的精細(xì)化監(jiān)控；4）暖通及自控系統(tǒng)的精細(xì)化運(yùn)行調(diào)試及優(yōu)化進(jìn)行詳細(xì)探討。

在這里，我們特別要提出：大多數(shù)的公共建筑中央空調(diào)系統(tǒng)中，能耗高的主要原因就是設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)問題。比如：（1）冷熱源方式選擇不當(dāng)；（2）冷凍機(jī)和水泵等容量選型偏大；（3）控制不精細(xì)；如上問題還有很大弊端：一旦成型投入使用，后期很難調(diào)節(jié)和改造優(yōu)化。

2、系統(tǒng)精細(xì)化設(shè)計(jì)

2.1 全年負(fù)荷模擬

方案設(shè)計(jì)前，我們建議根據(jù)建筑數(shù)據(jù)及暖通規(guī)范要求，通過模擬軟件對(duì)建筑物負(fù)荷逐時(shí)、逐日、逐月的計(jì)算，以獲取全年的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)：如制冷總負(fù)荷、最小制冷負(fù)荷，詳細(xì)的建筑物日負(fù)荷變化規(guī)律和年負(fù)荷變化規(guī)律。

2.2 全年變負(fù)荷工況能效計(jì)算

中央空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)工程，各系統(tǒng)設(shè)備之間相互聯(lián)系、相互影響。而建筑環(huán)境的變化是由多種因素所決定的一個(gè)復(fù)雜過程，其由室外氣象條件、室內(nèi)外的通風(fēng)狀況、室內(nèi)各種熱源的發(fā)熱狀況等因素所決定。因此建筑環(huán)境控制系統(tǒng)的運(yùn)行也必須隨著建筑環(huán)境的變化而不斷的進(jìn)行響應(yīng)調(diào)節(jié)。我們建議通過計(jì)算機(jī)的模擬計(jì)算的方法對(duì)建筑全年能效進(jìn)行計(jì)算。

2.3 空調(diào)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.3.1 主機(jī)優(yōu)化

根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的設(shè)計(jì)負(fù)荷及業(yè)主提供的設(shè)備使用規(guī)律進(jìn)行全年逐時(shí)冷負(fù)荷需求，模型進(jìn)行分析，結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)群控設(shè)備運(yùn)行策略，選取綜合能效更佳主機(jī)形式及組合。通常會(huì)選用大溫差，三流程蒸發(fā)器的雙一級(jí)能效變頻直驅(qū)主機(jī)，冷凝器選用二流程并自帶膠球清洗端蓋，保證常年自清潔達(dá)到全周期能效保持的效果。

高能效變頻直驅(qū)離心機(jī)組

圖1 高能效變頻直驅(qū)離心機(jī)組

2.3.2 冷凍水大溫差及末端組空優(yōu)化

目前常規(guī)空調(diào)冷凍水系統(tǒng)采用5 ℃溫差設(shè)計(jì)，高能效機(jī)房一般采用不低于7 ℃的大溫差設(shè)計(jì)，可降低水泵運(yùn)行費(fèi)用。為適應(yīng)大溫差工況，末端選型加大，能夠適應(yīng)更寬的輸出能力要求，在負(fù)荷變高甚至超過設(shè)計(jì)更大負(fù)荷的情況下也可以輕松適應(yīng)該負(fù)荷，同時(shí)因?yàn)閼?yīng)對(duì)大小負(fù)荷都游刃有余，真正可以通過提高出水溫度和降低風(fēng)機(jī)風(fēng)量來(lái)進(jìn)行節(jié)能。

2.3.3 空調(diào)管網(wǎng)優(yōu)化選型

首先，需要將具有相同使用時(shí)間和相同使用負(fù)荷規(guī)律的末端用同一組管網(wǎng)進(jìn)行連接，盡量減少不同管道之間的相互影響。在此基礎(chǔ)上，由于水泵功率與揚(yáng)程成正比關(guān)系，因此降低水系統(tǒng)阻力是降低水輸送動(dòng)力的有效途徑，建議采取以下主要措施。

、選擇低阻力閥件

1）過濾器：市場(chǎng)上供應(yīng)的Y型水過濾器過濾面積小，阻力較大，一般為1～3 m。應(yīng)優(yōu)先選用水阻小于0.3 m籃式過濾器。還可以選擇直角式過濾器，安裝在水泵入口，可以連接水平管和豎向管道，節(jié)省一個(gè)彎頭及其阻力損失。2）止回閥：目前市場(chǎng)常用的蝶式止回閥，阻力較大，一般為1～2 m，應(yīng)優(yōu)先選用水阻小于0.3 m的靜音式止回閥。

第二、管網(wǎng)低阻力優(yōu)化

通過將水泵進(jìn)出水口高度與主機(jī)進(jìn)出口置平，可以減少管路彎頭，將主機(jī)與水泵水平對(duì)接，直進(jìn)直出，可以減少?gòu)濐^。如將水泵入口處彎頭改為直角式過濾器，或取消設(shè)計(jì)落地式分集水器則還可以減少?gòu)濐^。機(jī)房?jī)?nèi)水管路設(shè)置彎頭時(shí)應(yīng)盡量設(shè)置順?biāo)畯濐^，阻力可以降低50%。

第三、空調(diào)水系統(tǒng)仿真建模

暖通空調(diào)系統(tǒng)一般都是由許多的管路、設(shè)備等器件通過各種不同的連接方式組合在一起，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，各部分之間相互獨(dú)立而又相互影響，它們各自的物理參數(shù)不能夠單獨(dú)求解得到，需要對(duì)整個(gè)網(wǎng)路中的所有物理量進(jìn)行聯(lián)立求解。通過管網(wǎng)建模仿真軟件，對(duì)于較復(fù)雜的系統(tǒng)能夠快速有效的建立的系統(tǒng)模型，并進(jìn)行完備的分析。通過管道參數(shù)、阻力元件設(shè)定，主機(jī)、末端設(shè)備動(dòng)態(tài)水阻曲線設(shè)定，在給定設(shè)計(jì)流量下，模擬該流量下的系統(tǒng)總壓降，為水泵選型提供依據(jù)。在變流量工況下分別計(jì)算10%～工況下的水泵揚(yáng)程，并輸出系統(tǒng)所有設(shè)備的模擬參數(shù)，包括流量、流速、壓降等。

某機(jī)房的某機(jī)房的空調(diào)水系統(tǒng)仿真建模

圖2 某機(jī)房的某機(jī)房的空調(diào)水系統(tǒng)仿真建模

2.3.4 冷卻塔性能優(yōu)化

根據(jù)測(cè)算，冷凝溫度每增加 1 ℃，單位制冷量的耗功率約增加2%～3%。因此，降低冷卻系統(tǒng)供回水溫度，能顯著提高冷水機(jī)組COP值。但為達(dá)到此目的，需采取以下措施:1）提高冷凝器冷卻水側(cè)的放熱系數(shù)：提高放熱系數(shù)的有效途徑是減小水側(cè)的污垢熱阻，對(duì)冷卻水補(bǔ)水進(jìn)行有效的處理。2）增大冷卻塔的型號(hào)：考慮一定量的富余系數(shù)，根據(jù)項(xiàng)目當(dāng)?shù)刈畈焕m當(dāng)增大冷卻塔型號(hào)，力爭(zhēng)將冷卻塔設(shè)計(jì)工況逼近度降低至3 ℃以下。

2.3.5 水泵優(yōu)化

空調(diào)水系統(tǒng)輸送動(dòng)力能耗占空調(diào)系統(tǒng)能耗的20%左右，因此優(yōu)化空間較大，主要措施有：1）優(yōu)化水泵揚(yáng)程選型：空調(diào)水系統(tǒng)最不利環(huán)路阻力加上機(jī)房各設(shè)備阻力之和作為確定水泵揚(yáng)程的依據(jù)，故千方百計(jì)地縮小最不利環(huán)路的長(zhǎng)度，選擇低阻力閥門閥件或增大管徑，能將水泵揚(yáng)程縮小下來(lái)。2）降低冷卻塔塔體揚(yáng)程：冷卻塔頂部進(jìn)水管與集水盤液面高度之差即塔體揚(yáng)程的大小，直接影響到水泵的揚(yáng)程，因此盡量選用塔體揚(yáng)程小的產(chǎn)品。

3、BIM精細(xì)化制圖及施工督導(dǎo)

因?yàn)槌咝Ю湓聪到y(tǒng)機(jī)房管道往往比較復(fù)雜，施工起來(lái)破費(fèi)精力和心思，而且這個(gè)過程容易造成很多施工隱患。因此在這個(gè)過程，現(xiàn)在很多單位和團(tuán)隊(duì)開始使用BIM技術(shù)。

BIM技術(shù)其實(shí)就是利用工具更好地進(jìn)行施工溝通協(xié)作。其優(yōu)勢(shì)如下：

1）三維可視化及定位：傳統(tǒng)機(jī)房利用CAD軟件來(lái)表達(dá)管道的走位。而BIM模型可以三維表達(dá)，清晰表達(dá)超高效機(jī)房系統(tǒng)各種有傾斜角度的管道走位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工設(shè)計(jì)找那個(gè)的問題。

2）設(shè)備參數(shù)復(fù)計(jì)算：在超高效中央空調(diào)系統(tǒng)安裝過程中，由于對(duì)管線進(jìn)行了深化設(shè)計(jì)以及路線調(diào)整，在此過程會(huì)增加或減少部分管線長(zhǎng)度和彎頭數(shù)量，對(duì)原有系統(tǒng)阻力參數(shù)產(chǎn)生一定的影響。而BIM技術(shù)可避免這個(gè)問題。

3）傳感器的定位：采用BIM技術(shù)可以在圖紙上定位傳感器，可提前判斷安裝空間及位置能否滿足要求，若不滿足及時(shí)調(diào)整管路系統(tǒng)，保證自控傳感器的順利安裝，為后續(xù)的數(shù)據(jù)采集提供保障，避免傳感器安裝空間、位置不滿足規(guī)范要求，在后續(xù)運(yùn)行中采集的數(shù)據(jù)有較大誤差的問題。

4、M-BMS多智能體自適應(yīng)節(jié)能控制系統(tǒng)的精細(xì)化監(jiān)控

我們先來(lái)了解下什么是M-BMS多智能體？

M-BMS多智能體是一定數(shù)量的自主個(gè)體通過相互合作和自組織。在這一系統(tǒng)中所有的單元（子系統(tǒng)）都是獨(dú)立平等的，可獨(dú)立完成各自的任務(wù)而不受其他單元的干預(yù)。同時(shí)各個(gè)單元之間也能協(xié)調(diào)工作來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

它由主機(jī)綜合節(jié)能控制系統(tǒng)，水泵智能節(jié)能控制系統(tǒng)，冷卻塔智能節(jié)能控制系統(tǒng)，末端智能節(jié)能控制系統(tǒng)等模塊以多智能體形式自協(xié)調(diào)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。

硬件形式可以按模塊組合類型和數(shù)量不同，適用于不同形式的機(jī)房系統(tǒng)，同時(shí)，也適用于強(qiáng)弱電一體解決方案和弱電+強(qiáng)電解決方案，另外可以與云端進(jìn)行實(shí)時(shí)交互、檢測(cè)和分析。如果某一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，也可以通過智能識(shí)別禁止開啟有故障的設(shè)備，而用其他設(shè)備代償運(yùn)行。

M-BMS多智能體自適應(yīng)節(jié)能控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖3 M-BMS多智能體自適應(yīng)節(jié)能控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

M-BMS多智能體自適應(yīng)節(jié)能控制系統(tǒng)的作用：

（1）主機(jī)綜合節(jié)能控制系統(tǒng)模塊將根據(jù)建筑負(fù)荷實(shí)時(shí)變化，使空調(diào)主機(jī)自動(dòng)調(diào)整空調(diào)組合及輸出負(fù)荷從而控制空調(diào)水系統(tǒng)冷熱量的質(zhì)/量，從而使空調(diào)主機(jī)在高能效狀態(tài)運(yùn)行，同時(shí)確保冷凍水泵、冷卻水泵處于低能耗狀態(tài)，確保系統(tǒng)性能系數(shù)更高（即系統(tǒng)整體能耗更低）。

（2）水泵智能節(jié)能控制系統(tǒng)模塊通過變頻器柔性啟動(dòng)水泵，水泵起動(dòng)后，按控制器輸出的控制參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)效率加減載，并調(diào)節(jié)各水泵變頻器的輸出頻率，控制水泵的轉(zhuǎn)速。冷凍水泵組將使系統(tǒng)在保證末端空調(diào)用戶的舒適度的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)更大限度的節(jié)能。冷卻水泵組將使冷卻傳輸系數(shù)達(dá)到更優(yōu)值。

（3）冷卻塔智能節(jié)能控制系統(tǒng)模塊通過依據(jù)所采集的實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算出更佳冷卻水溫度，并與檢測(cè)到的實(shí)際參數(shù)作比較，根據(jù)其偏差值控制冷卻風(fēng)機(jī)的啟停和變速運(yùn)行，從而改變冷卻塔的散熱量，使冷卻水系統(tǒng)的回水溫度趨于更優(yōu)值。

（4）末端智能節(jié)能控制系統(tǒng)，通過室內(nèi)溫濕度可以進(jìn)行模塊內(nèi)部的調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度，水閥開度及風(fēng)機(jī)頻率，在保證末端舒適度的前提下，使供冷量與需求相匹配，更大限度地降低風(fēng)機(jī)能耗。

5、暖通及自控系統(tǒng)的精細(xì)化運(yùn)行調(diào)試及優(yōu)化

5.1 空調(diào)設(shè)備精細(xì)化調(diào)試

5.1.1 主機(jī)的精細(xì)化調(diào)試

冷水主機(jī)完成主機(jī)運(yùn)行調(diào)試工作，提供調(diào)試報(bào)告、更佳部分負(fù)荷率電子表格或曲線，更大及最小冷凍、冷卻水流量工況，更高及更低的冷卻水進(jìn)水溫度、冷凍水出水溫度工況下的主機(jī)能效狀態(tài)，確定每臺(tái)主機(jī)的更佳效率運(yùn)行負(fù)荷段。并出具冷水主機(jī)的診斷、分析報(bào)告。

5.1.2 冷凍、冷卻水泵的精細(xì)化調(diào)試

根據(jù)優(yōu)化后的機(jī)房平面布局和管網(wǎng)設(shè)計(jì)圖紙、采購(gòu)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算比較，測(cè)試確定全部水泵的更佳運(yùn)行技術(shù)參數(shù)。并出具水泵的診斷、分析報(bào)告。

5.1.3 冷卻塔的精細(xì)化調(diào)試

根據(jù)冷水主機(jī)的更佳部分負(fù)荷率電子表格或曲線，測(cè)試出不同負(fù)荷段的冷卻塔運(yùn)行臺(tái)數(shù)及冷卻效果。并出具冷卻塔的診斷、分析報(bào)告。

5.1.4 冷源機(jī)房系統(tǒng)的精細(xì)化調(diào)試

在機(jī)房系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備完成單設(shè)備精細(xì)化調(diào)試工作后進(jìn)行，冷源機(jī)房系統(tǒng)全部啟動(dòng)，測(cè)試每臺(tái)設(shè)備在各個(gè)負(fù)荷段的協(xié)同運(yùn)行性能參數(shù)在更優(yōu)效率點(diǎn)。并出具冷源機(jī)房系統(tǒng)的診斷、分析報(bào)告。

5.1.5 末端系統(tǒng)診斷、分析

當(dāng)機(jī)房冷源系統(tǒng)精細(xì)化調(diào)試完成后，冷凍水供水溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值±0.5 ℃條件下，末端系統(tǒng)滿負(fù)荷及部分負(fù)荷運(yùn)行的條件下，冷凍水主管供回溫差≥設(shè)計(jì)溫差-0.5 ℃，確定末端系統(tǒng)在不同的負(fù)荷段運(yùn)行，冷凍水供回水溫差均可以達(dá)到≥設(shè)計(jì)溫差-0.5 ℃，并出具末端系統(tǒng)診斷、分析報(bào)告。

5.2 節(jié)能控制系統(tǒng)調(diào)試

5.2.1 傳感器校正

根據(jù)傳感器技術(shù)要求數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的溫度、流量等傳感器進(jìn)行校正，以達(dá)到技術(shù)文件要求為目標(biāo)。

5.2.2 半自動(dòng)模式調(diào)試

單機(jī)組自動(dòng)運(yùn)行模式，一鍵啟動(dòng)機(jī)組，機(jī)組內(nèi)的冷卻、冷凍水泵、電動(dòng)閥門、冷卻塔自動(dòng)聯(lián)鎖運(yùn)行，自控系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)冷凍、冷卻水泵流量，實(shí)現(xiàn)單機(jī)組高效運(yùn)行。

5.2.3 全自動(dòng)模式調(diào)試

（1）主機(jī)的優(yōu)化控制

根據(jù)更佳部分負(fù)荷率電子表格或曲線，對(duì)應(yīng)冷卻水的進(jìn)水溫度及冷凍水出水溫度設(shè)定值確定機(jī)組的更佳負(fù)荷值。根據(jù)末端負(fù)荷實(shí)測(cè)需求，計(jì)算需要投入的機(jī)組規(guī)格和臺(tái)數(shù)，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)臺(tái)數(shù)控制。

（2）冷凍水泵的變頻控制

根據(jù)實(shí)測(cè)末端冷凍水流量需求、最不利環(huán)路的壓差變化和冷凍水進(jìn)出水溫差變化，控制流量分配和水泵的運(yùn)行頻率，確保冷凍水的供回水溫差大于或等于設(shè)計(jì)值，杜絕大流量小溫差的不節(jié)能現(xiàn)象。

（3）冷卻水泵的變頻控制

根據(jù)實(shí)測(cè)水流量需求和冷卻水進(jìn)出水溫差變化控制冷水主機(jī)并聯(lián)回路的動(dòng)態(tài)壓力平衡和水泵運(yùn)行頻率，確保冷卻水的供回水溫差不小于設(shè)計(jì)值，杜絕大流量小溫差的不節(jié)能現(xiàn)象，并能保證冷水主機(jī)在更高效率區(qū)間運(yùn)行。

（4）冷卻塔自控系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)實(shí)測(cè)冷卻水流量自動(dòng)控制投入運(yùn)行的冷卻塔臺(tái)數(shù)；根據(jù)出水溫度與室外濕球溫度的差值變化控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率，確保逼近度在合理水平。

展覽會(huì)

好了，那么以上就是有關(guān)暖通空調(diào)如何從系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面控制中央空調(diào)的能耗問題介紹，希望可以幫助到大家哦~

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