暖通空調(diào)通過系統(tǒng)集成降低中央空調(diào)系統(tǒng)能耗

2022-06-13 瀏覽量：1029

今天，小編將為大家介紹暖通空調(diào)如何通過系統(tǒng)集成降低中央空調(diào)系統(tǒng)能耗。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+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。今天我們就來分享下，如何從系統(tǒng)設(shè)計方面來控制中央空調(diào)的能耗。

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、施工、運維全程進行精細(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；2）BIM精細(xì)化制圖及施工督導(dǎo)；3）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)化運行調(diào)試及優(yōu)化進行詳細(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)計方案出現(xiàn)問題。比如：（1）冷熱源方式選擇不當(dāng)；
（2）冷凍機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
2.1 全年負(fù)荷模擬
方案設(shè)計前，我們建議根據(jù)建筑數(shù)據(jù)及暖通規(guī)范要求，通過模擬軟件對建筑物負(fù)荷逐時、逐日、逐月的計算，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)荷工況能效計算
中央空調(diào)系統(tǒng)是一個龐大而又復(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)的運行也必須隨著建筑環(huán)境的變化而不斷的進行響應(yīng)調(diào)節(jié)。我們建議通過計算機的模擬計算的方法對建筑全年能效進行計算。
2.3 空調(diào)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計
2.3.1 主機優(yōu)化根據(jù)設(shè)計院提供的設(shè)計負(fù)荷及業(yè)主提供的設(shè)備使用規(guī)律進行全年逐時冷負(fù)荷需求，模型進行分析，結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)群控設(shè)備運行策略，選取綜合能效更佳主機形式及組合。通常會選用大溫差，三流程蒸發(fā)器的雙一級能效變頻直驅(qū)主機，冷凝器選用二流程并自帶膠球清洗端蓋，保證常年自清潔達到全周期能效保持的效果。

圖1 高能效變頻直驅(qū)離心機組
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，高能效機房一般采用不低于7 ℃的大溫差設(shè)計，可降低水泵運行費用。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)計更大負(fù)荷的情況下也可以輕松適應(yīng)該負(fù)荷，同時因為應(yīng)對大小負(fù)荷都游刃有余，真正可以通過提高出水溫度和降低風(fēng)機風(fēng)量來進行節(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間和相同使用負(fù)荷規(guī)律的末端用同一組管網(wǎng)進行連接，盡量減少不同管道之間的相互影響。在此基礎(chǔ)上，由于水泵功率與揚程成正比關(guān)系，因此降低水系統(tǒng)阻力是降低水輸送動力的有效途徑，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)省一個彎頭及其阻力損失。2）止回閥：目前市場常用的蝶式止回閥，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)化通過將水泵進出水口高度與主機進出口置平，可以減少管路彎頭，將主機與水泵水平對接，直進直出，可以減少彎頭。如將水泵入口處彎頭改為直角式過濾器，或取消設(shè)計落地式分集水器則還可以減少彎頭。機房內(nèi)水管路設(shè)置彎頭時應(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，形成一個網(wǎng)絡(luò)。在整個網(wǎng)絡(luò)中，各部分之間相互獨立而又相互影響，它們各自的物理參數(shù)不能夠單獨求解得到，需要對整個網(wǎng)路中的所有物理量進行聯(lián)立求解。通過管網(wǎng)建模仿真軟件，對于較復(fù)雜的系統(tǒng)能夠快速有效的建立的系統(tǒng)模型，并進行完備的分析。通過管道參數(shù)、阻力元件設(shè)定，主機、末端設(shè)備動態(tài)水阻曲線設(shè)定，在給定設(shè)計流量下，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算10%～工況下的水泵揚程，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。

圖2 某機房的某機房的空調(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，能顯著提高冷水機組COP值。但為達到此目的，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，對冷卻水補水進行有效的處理。2）增大冷卻塔的型號：考慮一定量的富余系數(shù)，根據(jù)項目當(dāng)?shù)刈畈焕m當(dāng)增大冷卻塔型號，力爭將冷卻塔設(shè)計工況逼近度降低至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)化水泵揚程選型：空調(diào)水系統(tǒng)最不利環(huán)路阻力加上機房各設(shè)備阻力之和作為確定水泵揚程的依據(jù)，故千方百計地縮小最不利環(huán)路的長度，選擇低阻力閥門閥件或增大管徑，能將水泵揚程縮小下來。2）降低冷卻塔塔體揚程：冷卻塔頂部進水管與集水盤液面高度之差即塔體揚程的大小，直接影響到水泵的揚程，因此盡量選用塔體揚程小的產(chǎn)品。

3、BIM精細(xì)化制圖及施工督導(dǎo)
因為超高效冷源系統(tǒng)機房管道往往比較復(fù)雜，施工起來破費精力和心思，而且這個過程容易造成很多施工隱患。因此在這個過程，現(xiàn)在很多單位和團隊開始使用BIM技術(shù)。
BIM技術(shù)其實就是利用工具更好地進行施工溝通協(xié)作。其優(yōu)勢如下：
1）三維可視化及定位：傳統(tǒng)機房利用CAD軟件來表達管道的走位。而BIM模型可以三維表達，清晰表達超高效機房系統(tǒng)各種有傾斜角度的管道走位，及時發(fā)現(xiàn)施工設(shè)計找那個的問題。
2）設(shè)備參數(shù)復(fù)計算：在超高效中央空調(diào)系統(tǒng)安裝過程中，由于對管線進行了深化設(shè)計以及路線調(diào)整，在此過程會增加或減少部分管線長度和彎頭數(shù)量，對原有系統(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)運行中采集的數(shù)據(jù)有較大誤差的問題。

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

我們先來了解下什么是多智能體？
多智能體是一定數(shù)量的自主個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)）都是獨立平等的，可獨立完成各自的任務(wù)而不受其他單元的干預(yù)。同時各個單元之間也能協(xié)調(diào)工作來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運行。
它由主機綜合節(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房系統(tǒng)，同時，也適用于強弱電一體解決方案和弱電+強電解決方案，另外可以與云端進行實時交互、檢測和分析。如果某一個設(shè)備出現(xiàn)故障，也可以通過智能識別禁止開啟有故障的設(shè)備，而用其他設(shè)備代償運行。

圖3 多智能體自適應(yīng)節(jié)能控制系統(tǒng)架構(gòu)圖
多智能體自適應(yīng)節(jié)能控制系統(tǒng)的作用：
（1）主機綜合節(jié)能控制系統(tǒng)模塊將根據(jù)建筑負(fù)荷實時變化，使空調(diào)主機自動調(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)主機在高能效狀態(tài)運行，同時確保冷凍水泵、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水泵，水泵起動后，按控制器輸出的控制參數(shù)值，實現(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，可實現(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)所采集的實時氣象數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運行數(shù)據(jù)計算出更佳冷卻水溫度，并與檢測到的實際參數(shù)作比較，根據(jù)其偏差值控制冷卻風(fēng)機的啟停和變速運行，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)溫濕度可以進行模塊內(nèi)部的調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度，水閥開度及風(fēng)機頻率，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)機能耗。

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

5.1 空調(diào)設(shè)備精細(xì)化調(diào)試
5.1.1 主機的精細(xì)化調(diào)試?yán)渌鳈C完成主機運行調(diào)試工作，提供調(diào)試報告、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水溫度、冷凍水出水溫度工況下的主機能效狀態(tài)，確定每臺主機的更佳效率運行負(fù)荷段。并出具冷水主機的診斷、分析報告。
5.1.2 冷凍、冷卻水泵的精細(xì)化調(diào)試根據(jù)優(yōu)化后的機房平面布局和管網(wǎng)設(shè)計圖紙、采購設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，進行計算比較，測試確定全部水泵的更佳運行技術(shù)參數(shù)。并出具水泵的診斷、分析報告。
5.1.3 冷卻塔的精細(xì)化調(diào)試根據(jù)冷水主機的更佳部分負(fù)荷率電子表格或曲線，測試出不同負(fù)荷段的冷卻塔運行臺數(shù)及冷卻效果。并出具冷卻塔的診斷、分析報告。
5.1.4 冷源機房系統(tǒng)的精細(xì)化調(diào)試在機房系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備完成單設(shè)備精細(xì)化調(diào)試工作后進行，冷源機房系統(tǒng)全部啟動，測試每臺設(shè)備在各個負(fù)荷段的協(xié)同運行性能參數(shù)在更優(yōu)效率點。并出具冷源機房系統(tǒng)的診斷、分析報告。
5.1.5 末端系統(tǒng)診斷、分析當(dāng)機房冷源系統(tǒng)精細(xì)化調(diào)試完成后，冷凍水供水溫度達到設(shè)計值±0.5 ℃條件下，末端系統(tǒng)滿負(fù)荷及部分負(fù)荷運行的條件下，冷凍水主管供回溫差≥設(shè)計溫差-0.5 ℃，確定末端系統(tǒng)在不同的負(fù)荷段運行，冷凍水供回水溫差均可以達到≥設(shè)計溫差-0.5 ℃，并出具末端系統(tǒng)診斷、分析報告。
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)，對系統(tǒng)內(nèi)的溫度、流量等傳感器進行校正，以達到技術(shù)文件要求為目標(biāo)。
5.2.2 半自動模式調(diào)試單機組自動運行模式，一鍵啟動機組，機組內(nèi)的冷卻、冷凍水泵、電動閥門、冷卻塔自動聯(lián)鎖運行，自控系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)冷凍、冷卻水泵流量，實現(xiàn)單機組高效運行。
5.2.3 全自動模式調(diào)試
（1）主機的優(yōu)化控制根據(jù)更佳部分負(fù)荷率電子表格或曲線，對應(yīng)冷卻水的進水溫度及冷凍水出水溫度設(shè)定值確定機組的更佳負(fù)荷值。根據(jù)末端負(fù)荷實測需求，計算需要投入的機組規(guī)格和臺數(shù)，實現(xiàn)更優(yōu)臺數(shù)控制。
（2）冷凍水泵的變頻控制根據(jù)實測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出水溫差變化，控制流量分配和水泵的運行頻率，確保冷凍水的供回水溫差大于或等于設(shè)計值，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)實測水流量需求和冷卻水進出水溫差變化控制冷水主機并聯(lián)回路的動態(tài)壓力平衡和水泵運行頻率，確保冷卻水的供回水溫差不小于設(shè)計值，杜絕大流量小溫差的不節(jié)能現(xiàn)象，并能保證冷水主機在更高效率區(qū)間運行。
（4）冷卻塔自控系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)實測冷卻水流量自動控制投入運行的冷卻塔臺數(shù)；根據(jù)出水溫度與室外濕球溫度的差值變化控制風(fēng)機的運行頻率，確保逼近度在合理水平。

那么上述就是有關(guān)暖通空調(diào)如何通過系統(tǒng)集成降低中央空調(diào)系統(tǒng)能耗的介紹，希望對您有益~

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