基于变流量控制的中央空调水系统节能优化及水力工况研究

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公共建筑由于建筑体量较大、人员活动密集,一般采用中央空调系统营造室内的热舒适环境。部分公共建筑的中央空调系统针对不同热湿负荷的调适和控制存在欠缺,在实际运行时出现了能耗较高、能效低下以及水力工况恶化等情况,其中,中央空调水系统在空调系统总能耗中的占比最高。因此,研究中央空调水系统的节能策略及其水力工况对于实现建筑节能具有重要意义。本文选择重庆市渝中区某商场中央空调水系统为研究对象,对其冷源设备工作状况、能耗及水力工况进行了实测研究;并采用DeST对该商场的建筑空调负荷进行了模拟计算,将其计算结果导入由TRNSYS所建立的原中央空调水系统能耗仿真平台,根据夏季平均工作日下实测数据、模拟数据的对比结果,验证了能耗模拟的可靠性;此外,在SPSS中对负荷与建筑外扰参数进行了逐步多元回归分析,建立了负荷预测模型。随后,针对实测研究所发现的问题,本文在对各变流量控制策略节能机理及适应性分析的基础上提出了集成冷冻水系统定压差控制变流量、冷却水系统定温差控制变流量及冷却塔变风量运行的优化方案,将其TRNSYS模拟计算结果与优化前系统进行对比,分析了集成优化方案的有效性和经济性,并总结了变流量系统在供冷季内的流量与温差变化规律。最后采用Flowmaster建立了该商场空调冷冻水系统水力工况仿真平台,在验证了模拟的可靠性后以集成优化方案为基础,对变负荷工况下不同定压差控制模式的水力工况进行了研究,以得出水力工况较优的节能优化方案。研究结论如下:(1)实测研究发现,若水泵和冷却塔风机在设定最小运行频率的控制方式下运行,当建筑空调负荷整体偏低且在最小设定工况附近波动时,水泵和冷却塔的启停较为频繁,易造成电机损耗增大;当建筑空调负荷整体高于最小设定工况时,水泵和冷却塔风机为定频运行,易造成系统能耗上升。(2)实测结果表明,原系统冷水机组、水泵的能耗在空调系统总能耗中的比重约占88%,存在较大的节能潜力;而各实测日内冷水机组的COP值均介于3~4之间,小于相关标准的限值,表明该系统的能源利用效率较低;冷冻水系统、冷却水系统在各实测日内的供回水温差均低于设计温差(5℃),处于大流量、小温差的运行状态。(3)TRNSYS变流量优化仿真平台的模拟结果表明,集成优化方案获得了较好的节能效果。相比原系统,集成优化系统的冷水机组平均COP值提高了约56.46%,空调水系统平均能耗降低了约29.66%,其中冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔的平均节能率分别为28.54%、34.68%、35.85%、26.33%;同时,冷冻水平均温差、冷却水平均温差提高了约19.95%、6.95%,大流量、小温差的现象得到了改善。(4)冷冻水系统的水力工况与压差控制点设定有关,在部分负荷工况下,相比最不利环路末端定压差控制方式,空调用户的资用压头在始端定压差控制时较高,而资用压头的上升将导致调节阀的消耗压降增大及阀权度下降,进而造成系统水力工况的恶化。因此,空调冷冻水系统采用最不利环路末端定压差控制更为合理。
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