以舒适性为目标的空调系统变冷冻水温优化运行节能潜力研究

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部分负荷下,提高冷冻水温可显著提升冷水机组的运行效率,实现空调系统节能,但随冷冻水温的提高,末端设备的换热除湿性能将降低,影响空调区域环境的舒适性。目前空调系统运行过程中因对舒适性影响难以预测,变冷冻水温调节主要根据经验设定,导致其节能潜力难以充分发挥。因此,研究部分负荷下以满足舒适性为目标的变冷冻水温空调系统优化运行对于充分挖掘变冷冻水温技术的节能潜力具有较大意义和价值。本课题以某办公建筑为研究对象,基于特征识别方法建立中央空调系统仿真模型并验证,通过模型仿真研究了变冷冻水温对空调系统运行性能和室内舒适性的影响规律,揭示出基于房间负荷率变化的最佳冷冻水温分时段调节规律,并在此基础上提出了满足不同室内舒适度要求的空调系统变冷冻水温优化运行策略,在典型气象日对比验证其可行性并进行了节能潜力研究,最终获得保障人体舒适性且空调系统耗能最优的变冷冻水温运行策略。主要进行以下研究工作:(1)基于特征识别方法构建空调系统仿真模型。利用将各部件未知结构参数集总为特征参数并通过少量数据求取的建模方法,分别建立了冷水机组、表冷器、冷却塔和流体输送设备等空调系统部件模型,并构建出空调系统整体仿真模型,利用已有的机组变冷冻水供水温度工况下的运行数据进行验证,模型误差在7%以内,具有较好的精度,可用于空调系统变冷冻水温优化运行研究。(2)研究空调系统变冷冻水温运行的性能变化规律。针对冷水机组分析不同负荷率下性能系数随冷冻水温的变化,并对比不同型号风机盘管在变空气处理量、变冷冻水量和变回风参数工况下变冷冻水温运行的性能。结果表明,当冷水机组负荷率为70%时,冷冻水温由7℃增大至15℃,冷水机组COP提高25.65%;当回风空气参数为27℃,50%时,分别处理55%和100%风量,风机盘管在冷冻水温为14℃和12℃时转为干工况运行。(3)研究冷冻水温升高对室内舒适性的影响规律。基于PMV-PPD热舒适指标确定满足人体舒适性的室内温湿度设定范围,利用De ST软件分析建筑全年负荷情况,并以最不利房间的负荷变化作为模型输入参数,研究不同负荷率下冷冻水供水温度变化对室内环境舒适性的影响规律。结果表明,在保证室内逐时参数满足舒适性要求前提下,当房间负荷率低于60%时,冷冻水供水温度可提高至15~17℃;房间负荷率高于75%时,冷冻水温不可超过11℃;当房间负荷率长时间高于85%时,冷冻水温需维持在7℃。(4)研究了空调系统变冷冻水温优化运行策略及其节能潜力。开展各影响因素与冷冻水供水温度间的相关性分析,揭示出不同负荷率下最优冷冻水供水温度的分时段调节规律,以满足室内舒适性为目标提出了空调系统变冷冻水温优化运行策略并分析其节能潜力。结果表明,针对定流量空调系统,本研究提出的最佳优化运行策略在保障舒适性的前提下,机组性能可提高12.16%以上,空调系统可节能7.40%~9.35%。
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