现代建筑中央空调节能技术改造探讨

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　　摘要:近年来，节能观念逐渐深入人心，作为节能的重要领域之一，建筑节能已经成为我国实施能源节约战略的重要环节。本文结合实例,对中央空调每天不同时间段的热负荷进行分析,提出在低负荷时降低水泵能耗的改进措施,节约了电能。
　　关键词:中央空调;水系统;节能
　　
　　1前言
　　近年来，节能观念逐渐深入人心，作为节能的重要领域之一，建筑节能已经成为我国实施能源节约战略的重要环节。目前国内兴建的采用中央空调的场所普遍存在着高能耗问题。一般来说，空调耗能占到建筑能耗的50-60%，由于空调设计时其负荷均按最高环境温度设计，而最高环境温度对一个城市来说也只是一个月，所以绝大多数空调系统（主机、冷冻水泵风机等）大部分时间处于“大马拉小车”的运行状态，这就造成了资源的很大浪费。在中央空调系统中,水泵的能耗约占系统总能耗量的15%－20%,因此优化调整水泵,使其运转台数随中央空调负荷的增减而增减,可以取得显著的节能效果与经济效益。
　　
　　2设备概况
　　某科技馆的中央空调系统由30HR-250型冷水机组及辅助水泵、冷却塔、空调箱和风机盘管机组等组成。30HR-250型冷水机组的额定制冷量为813kW,由七台制冷量各为116kW的制冷压缩机及水冷式冷凝器和蒸发器构成。冷水机组的制冷量由冷水温度控制器、分级控制器和由电磁阀操作的汽缸卸载机构来调节和控制。冷凝器系统和蒸发器系统各配有流量200m3/h、功率30kW的大水泵一台,另外各备用两台流量100m3/h、功率15kW的小水泵,都是手工单独操作。
　　
　　3节能改造的可行性
　　科技馆是多功能的文化活动中心,建筑面积10800m2,采用半集中式空调系统,其中大剧院采用一次回风式中央空调;歌舞厅、旅馆、教室、会议室、办公室等采用风机盘管机组。在夏季空调系统运行期间,每天24h之中的热负荷变动较大,大剧院中央空调的热负荷约占系统总热负荷的60%左右,但其工作时间一般在每天的13∶00－16∶30和19∶00－20∶30;而旅馆的38个风机盘管机组每天24h均运行。因此,在上述两个时间段内,冷水机组满负荷运行,之外的时间里,均为低负荷运行,冷水机组可自动停掉四台制冷压缩机,保留三台维持运行。系统总热负荷此时已降低到冷水机组额定值的3/7或稍小些,如按冷水机组说明书的要求,两台流量200m3/h的大水泵需继续运行。
　　根据能量转换与守恒定理,当冷水机组的热负荷Q减少到其额定值的3/7时,冷水和冷却水的热负荷Q也随之按3/7的比例降低,但在蒸发器和冷凝器的进、出口水流温差Δtp不改变时,冷水和冷却水流量的降低与热负荷Q的减少并不成线性关系。当水流量减少时,蒸发器和冷凝器的传热系数K值随之也降低,据手册资料,冷凝器在水流速度1.5m/s时的传热系数K1为721[W(/m2℃)];1.0m/s时的K值为582;0.5m/s时的K值为384。取水流速度为0.75m/s时,冷凝器的传热系数为K2,则K2=483。当冷却水的流速从1.5m/s降低到0.75m/s时,冷凝器的传热系数K2=(K2/K1)K1=0.67K1,即通过冷凝器的冷却水流量降低50%时,其流速降低了50%,按照传热面积F=Q/(KΔtp)公式计算,在冷凝器的传热面积F和进、出口水流温差Δtp不变时,冷凝器能够传递额定热负荷的67%,完全能满足传递3/7额定热负荷的要求。
　　根据资料显示,蒸发器在冷水流速1.5m/s时的传热系数K3为698,当冷水流量降低50%的K值为465,当冷水的流速从1.5m/s降到0.75m/s时,蒸发器的传热系数K4=0.67K3,即通过蒸发器的冷水流量降低50%时,蒸发器的热交换能力相当于原来的67%,也完全满足传递3/7额定制冷量的要求。
　　
　　4改进措施
　　为降低水泵的能耗,将原来两台流量200m3/h的大水泵调整为备用水泵,四台流量100m3/h的原备用小水泵改用为两台冷却水泵和两台冷水泵。在满负荷时,四台小水泵全部投入运行;在3/7负荷时,停掉两台,冷凝器系统和蒸发器系统各留一台小水泵维持运行。为使两台冷却水泵和两台冷水泵在冷水机组的热负荷改变时也能随之自动开、停,将原来四台小水泵的电气线路进行了改进,图1为改进后的小水泵控制电路图。在原来电路基础上增加了一个手动/自动转换开关SA和三个延时继电器KT1、KT2、KT3。转换开关SA在手动位置时(①、②接通),四台小水泵用按钮开、停;转换开关SA在转到自动位置时(③、④接通;⑤、⑥接通),1#冷却水泵立即启动,延时继电器KT1延时8s后启动1#冷水泵运转。延时继电器KT2、KT3的线圈控制线都接自冷水机组控制系统的分级控制器,并且使KT2、KT3都随第四台制冷压缩机的开、停而接通和断开。这样,在热负荷增加第四台制冷压缩机启动时,KT2、KT3都随之动作,其中KT2延时8s后启动2#冷却水泵,KT3延时16s后启动2#冷水泵运转;当热负荷减少到冷水机组额定制冷量的3/7及以下时,第四台制冷压缩机在控制系统的作用下停止运转,延时继电器KT2、KT3也随之断开,2#冷却水泵和2#冷水泵即停止运转。这样,在低负荷的情况下,大大减少了水泵的能耗。
　　
　　
　　图1改进后的小水泵控制电路图
　　5结论
　　实际通过用玻璃温度计观测和计算,冷凝器和蒸发器的进、出水温差Δtp值在满负荷200m3/h水流量时与3/7负荷100m3/h水流量时基本上是相同的。安装在蒸发器上的水流量开关,在冷水流量从200m3/h减少到100m3/h时仍然保持稳定。由于科技馆的中央空调系统每天大部分的时间都在低负荷情况下运转,经过上述改进,每天可节电570kW﹒h。
　　
　　参考文献:
　　[1]上海合众—开利空调设备有限公司.30HR活塞式冷水机组安装、操作及维修说明书[Z].