智能建筑中空调系统的节能
作者:管理员    发布于:2016-01-25 14:53:57    文字:【】【】【

中央空调是现代建筑中不可缺少的能耗运行系统,它在给人们提供舒适的生活和工作环境的同时,又消耗掉了大量的能源。近年来,我国空调事业得到了迅猛地发展,中央空调的应用日益广泛,随之而来的能量供需矛盾也越来越突出。据统计,我国建筑物能耗约占能源总消耗量的30%。在有中央空调的建筑物中,中央空调的能耗约占总能耗的70%,而且呈逐年增长的趋势[1]。因此,如何高效利用中央空调系统的能源和节能就成为迫切需要解决的问题。对中央空调的能耗系统进行控制,可以减少无效能耗、减少热量排放,对于提高能源利用效率具有重要的经济效益和社会效益,尤其是对于我国这样一个能源并不十分丰富的国家,是非常有意义的事情。

1温湿度控制

从中央空调系统空气处理过程可以看出,夏季室内温度越低、相对湿度愈低,系统设备耗能愈大;冬季室内温度越高、相对湿度愈高,系统设备耗能愈大,相应的初期投资和运行费用也随之增大。
 
由于每个人对舒适感的要求标准差别很大,故对民用中央空调可有一个范围较宽的舒适区。在该舒适区范围内,夏季降温时,取较高的温湿度值,温度保持在25~27℃,湿度在50%~60%比较合适;冬季采暖时,取较低的温湿度值,温度保持在16~20℃,湿度在40~50%,人的感觉比较好;这样可获得一定的节能效果。建筑内温湿度的变化与建筑节能有着紧密的相关性,根据经验统计资料表明,如果在夏季将设定值温度下调1℃,将增加9%的能耗;如果在冬季将设定值温度上调1℃,将增加12%的能耗。因此将建筑内温湿度控制在设定值精度范围内是大楼中央空调节能的有效措施。
 
为降低能耗,空调房间室内温湿度基数,在满足生产需要和人体健康的情况下,夏季尽可能提高,冬季应尽可能降低。现在有些业主盲目追求“够冷”境界,大幅度提高室内温湿度设计标准,这样做,不仅无谓地浪费大量能源,而且还会产生舒适感的负面效应。
 
空调系统温湿度控制精度越高,舒适性越好,同时节能效果也越明显。而空调系统前端所测信号准确性直接影响到中央空调系统的精确控制程度。所以,所测信号,尤其是象温湿度这样的模拟信号,必须尽可能准确。为此,可采取以下措施:

(1) 合理配置前端传感器数量。探测点数设置过少,则无法取得精确的前端信号;而前端传感器数量(点数表)过多的话,易造成信号之间耦合,也使系统成本增大。根据空间的使用情况来决定探测点的数量,若空间有较大隔断时则保证每个隔断内至少有一个探测点,若是大空间则每间隔约20m左右一个探测点较为合适。

(2) 正确选择传感器的安装位置。举例来说,安装于送风管道内的温度传感器如果安装在靠近机组送风口处,则传感器检测得到的温度值可能偏低;如果安装在离送风口较远,则传感器测得温度值可能要高一些。这就必须根据风管的实际情况合理 选择传感器安装位置。

风管温度传感器位置选择在温度能够被准确检测的区域,一般来说,安装在送风风道上,安装位置距离送风机2~3m处。安装在回风风道上,安装位置可以在回风风道任意处,一般在接近空调箱的回风风道上。
 
此外,一定要选用高控制精度的BAS对中央空调进行控制。因为,BAS采用DDC(直接数字控制器)直接控
制电动水阀阀门的开度,而无须中间调节器;另外,DDC内含有丰富的计算控制软件,如比例积分微分(PID)算法、模糊控制算法、遗传算法等,来保证控制的精确度。
 
2 分区域控制

根据不同功能分区对温湿度的要求,进行合理的温湿度控制区域的划分,实行分区中央空调控制,不但舒适性好,而且节能效果明显。对于公共区域主要提供一个过渡的区域,适当放宽控制要求,提高设定温度。如进门的前厅,在夏季将温度设定值设在28℃~30℃,比室外低4℃~5℃,人们已感觉舒适。

人们在大堂、公共休息厅、廊及其它公共区域停留时间都比较短,所以廊道的温度设定值设在27℃~28℃已满足要求。而且,夏季无湿度要求,不设置再热盘管。考虑到冬季,如湿度过高,壳体和水下通廊的玻璃易结露,所以可不设置加湿器。资料室、档案室、设备仪器室等空调区域,由于较高标准的温湿度要求,尤其是湿度的严格要求,应设置全空气空调系统。夏季可采用控制露点温度再根据室内负荷变化进行二次加热的方案,冬季可采用能够较精确控制加湿量的电蒸汽加湿器。

而对于办公室、会议室等小空间空调区域,其温湿度要求不严格。为提高节能效率,办公区温度定在26℃左右,同样令人感觉舒适。该区域为控制灵活,可采用风机盘管加新风系统,考虑到人员长期停留,新风空调机组可设置价格较便宜、使用寿命较长且节电的高压喷雾加湿器。

3 新风量控制

由于新风负荷占建筑物总负荷的20%~30%,控制和正确使用新风量是空调系统最有效的节能措施之一。除了严格控制新风量的大小之外,还要合理利用新风。对夏季需供冷、冬季需供热的中央空调房间,室外新风量越大,系统耗能越大。在这种情况下,室外新风应该控制到满足卫生要求的最小值。根据季节变化,进行合理的新风量有效调节是节能的另一个措施。例如:春秋季或冬季,有些房间仍需供冷,此时当室外空气焓值小于室内空气设计状态的焓值时,可采用室外新风为室内降温,可减少冷机的开启量,节省能耗。所以,充分利用室外空气作为冷源,过渡季可使用全新风,冬季可调节新风量,对于大型楼宇建筑,其节能效果会非常明显。

以上海地区为例,在设计工况(夏季室温26℃,相对湿度60%;冬季室温22℃,相对湿度55%)下,处理1kg室外新风量需冷量6.5kw,热量12.7kW,故在满足室内卫生的前提下,适当减少新风量,有显著地节能效果。新风量的大小主要根据室内允许CO2浓度来确定,CO2允许浓度值取0.1%(1000ppm),每人所需新风量约为30m3/h左右。可以实现新风量控制的措施有以下方法:
(1)在回风位置设置CO2检测器,根据回风中CO2气体浓度自动调节新风风门的开启度。
(2)根据不同季节的新风温度湿度计算焓值,自动调节新风与回风比,在冬夏两季采用最小新风运行,过度季则全新风运行。保证回风温度为设定值。
(3)根据室内人员变动规律,并采用统计学的方法,建立新风风阀控制模型,以相应的时间而确定的运行程式进行程序控制新风阀,以达到对新风的控制。

4 冷源效率控制

评价冷源制冷效率的性能指标是制冷系数(COP,Coefficient Of Performance )。制冷系数指单位功耗所能获得的冷量。制冷系数与制冷剂的性质无关,仅取决于被冷却物的温度T0和冷却剂温度Tk, T0越高,Tk越低,制冷系数越高。所以空调系统冷机的实际运行过程中不要使冷冻水温度太低、冷却水温度太高,否则制冷系数就会较低,产生单位冷量所需消耗的功量多,耗电量高,增加建筑的能耗。提高冷源效率可采取以下措施:

(1)降低冷却水温度

由于冷却水温度越低,冷机的制冷系数就越高。冷却水的供水温度每上升1℃,冷机的COP下降近4%。降低冷却水温度就需要加强冷却塔的运行管理。首先,对于停止运行的冷却塔,其进出水管的阀门应该关闭。否则,因为来自停开的冷却塔的水温度较高,混合后的冷却水水温就会提高,冷机的制冷系数就减低了。其次,冷却塔使用一段时间后,应及时检修,否则冷却塔的效率会下降,不能充分地为冷却水降温。

(2)提高冷冻水温度

由于冷冻水温度越高,冷机的制冷效率就越高。冷冻水供水温度提高1℃,冷机的制冷系数可提高3%,所以在日常运行中不要盲目降低冷冻水温度。首先,不要设置过低的冷机冷冻水设定温度。其次,一定要关闭停止运行的冷机的水阀,防止部分冷冻水走旁通管路,否则,经过运行中的冷机的水量就会减少,导致冷冻水的温度被冷机降到过低的水平。

5 运行规律控制

建筑内部各区域温湿度控制的设备运行有很强的规律性。如上、下班,白天、夜晚,节假日等。根据时间的不同,通过事先排定的工作表自动启停中央空调系统,自动确定投入运行的制冷机台数,同时平均分配各冷水机组的工作时间;另外,根据时间表,得出中央空调负荷的时间分布规律,采用统计学的方法计算调节量。这样,可使中央空调系统有显著的节能效果。具体控制方式如下:
(1)最佳启动时间:通过对中央空调设备进行预冷时间的计算和控制,以缩短不必要的预冷时间,达到节能的目的。在保证人员进入时环境舒适的前提下,提前时间最短为最佳启动时间。最佳启动在工作时间开始前,先启动空调系统,以便先行改变工作区内温度,令其到工作时间时室内环境进入舒适(或要求)范围内,按一定的时间间隔不停地采样温度计算到达设定的舒适极限所需的时间,以此确定最佳启动时间。
(2)最佳关机时间:根据人员使用情况,在人员离开之前的最佳时间[胡安娣4] ,关闭中央空调设备,既能在人员离开之前空间维持舒适的水平,又能尽早地关闭设备,减少设备能耗。最佳停止在工作结束前的某一时间切断系统,这一时间既不能太早,也不能太迟,太早了就难以保证环境的舒适水平,太迟则达不到节能的目的。这一最佳停止时间的计算要根据具体设备、空间、人员等因素的综合使用情况统计得出。
(3)设定值再设定:根据室外空气的温度、湿度的变化对新风机组和中央空调机组的送风或回风温度设定值进行再设定,使之恰好满足区域的最大需要,以将中央空调设备的能耗降至最低。
(4)负荷间隙运行:在满足舒适性要求的极限范围内,按实测温度和负荷,确定循环周期与分段时间,通过固定周期性或可变周期性间隙运行某些设备来减少设备开启时间,减少能耗。
(5)分散功率控制:在需要功率峰值到来之前,关闭一些事先选择好的设备,以减少高峰功率负荷。
(6)夜间循环程序:分别设定低温极限和高温极限,按采样温度决定是否发出“制冷”命令,实现冷却循环控制。在凉爽季节,夜间只送新风,以节约中央空调能耗。
(7)夜间空气净化程序:采样测定室内、外空气参数,并与设定值进行比较,依据是否节能,发出(或不发出)净化执行命令。

冷水机组群控模式: 根据末端设备所需冷量负荷,合理配置冷水机组供出的冷负荷,动态调整设备运行和投入台数,保证冷量供求平衡,让冷源设备运行在最高效率特性上,避免大马拉小车,有效克服由于暖通设计中带来的设备容量和动力冗余而造成的能源浪费。

6 结束语
综上所述,对于中央空调系统采用有效的节能措施,使系统的调整和控制更准确,能源的消耗更合理,运行和管理的费用更节省。这是中央空调系统高效节能、高回报率的具体体现,也是空调工程设计追求的目标。

 
 
脚注信息