深圳市某辦公樓空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能潛力分析

1、深圳市某辦公樓空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能潛力分析提要：通過對(duì)深圳市某辦公樓的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的調(diào)查測(cè)試及模擬,對(duì)該工程節(jié)能改造及運(yùn)行方法進(jìn)行了分析。總結(jié)了整個(gè)辦公樓空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造方案及經(jīng)濟(jì)性, 為今后工程改造提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞：辦公樓，空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)負(fù)荷，節(jié)能一、引在能源總消耗中，建筑能耗占有著很大比例，其中照 明和空調(diào)，特別是空調(diào)，占據(jù)了建筑能耗的絕大部分，所 以，進(jìn)行空調(diào)節(jié)能潛力的分析具有非常重要的意義。我們 可以根據(jù)分析結(jié)果，通過對(duì)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)或?qū)σ延械目照{(diào) 系統(tǒng)進(jìn)行改造，達(dá)到降低能耗的目的。對(duì)于供冷期較長(zhǎng)的 地區(qū)，空調(diào)能耗高，因此節(jié)能工作尤為重要，并具有代表 意義。本文以深圳市某辦公樓為對(duì)象進(jìn)行研

2、究和討論，該 辦公樓由地下兩層及地上二十層組成，總建筑面積39200 平方米，空調(diào)面積3000 0平方米?？照{(diào)用制冷系統(tǒng)選用3 臺(tái)制冷量為1336kw的離心式冷水機(jī)組，但實(shí)際只運(yùn)行2臺(tái) 即可滿足要求。冷凍水與冷卻水系統(tǒng)均為定流量運(yùn)行。該 辦公樓的室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)是：干球溫度為24°c-2 6°c,相對(duì) 濕度為50 %-60%o通過實(shí)測(cè)調(diào)查得知，該辦公樓空調(diào)系統(tǒng) 全年供冷，運(yùn)行時(shí)數(shù)為2530小時(shí)，當(dāng)冬季室外空氣溫度降 低而不需供冷時(shí)，停開冷水機(jī)組。二、空調(diào)負(fù)荷對(duì)建筑物進(jìn)行能耗分析和運(yùn)行模擬，都要以空調(diào)負(fù)荷 計(jì)算為基礎(chǔ)?？照{(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行能耗都與空調(diào)動(dòng)態(tài)負(fù) 荷有關(guān)，本文使用美國(guó)能

3、源部大型能耗分析軟件d0e-2對(duì) 該辦公樓的空調(diào)動(dòng)態(tài)負(fù)荷進(jìn)行模擬，結(jié)果見圖lo模擬得到 的逐時(shí)峰值負(fù)荷為2415kw,圖中所示為月平均負(fù)荷，其峰 值為1600kw o由計(jì)算結(jié)果可知，該辦公樓全年均需要供冷。 圖1辦公樓動(dòng)態(tài)負(fù)荷獲得空調(diào)動(dòng)態(tài)負(fù)荷后，為使用負(fù)荷頻率法對(duì)冷水機(jī)組 的能耗進(jìn)行分析，現(xiàn)按文獻(xiàn)1提出的一種用于制冷設(shè)備運(yùn) 行分析及容量選擇的全年空調(diào)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)方法，將空調(diào)動(dòng)態(tài) 負(fù)荷轉(zhuǎn)換成負(fù)荷率與時(shí)間頻數(shù)之間的關(guān)系，該辦公樓空調(diào) 系統(tǒng)全年運(yùn)行時(shí)數(shù)平均為2530小時(shí)，平均的空調(diào)冷負(fù)荷時(shí) 間頻數(shù)如表1所示。空調(diào)冷負(fù)荷時(shí)間頻數(shù)表1負(fù)荷率() 102 0304050607 08090100 時(shí)間頻數(shù)(%)

4、三、冷水機(jī)組的節(jié)能分析在一年之中，由于空調(diào)系統(tǒng)在部分負(fù)荷下運(yùn)行的時(shí)間 較多，因此，全年耗能量與制冷機(jī)部分負(fù)荷下的工作特性 有關(guān)。離心式冷水機(jī)組部分負(fù)荷性能見表22。由2可以 看出，與負(fù)荷率為100%的情況相比，部分負(fù)荷下的運(yùn)行效 率有增有減。離心式冷水機(jī)組部分負(fù)荷性能參數(shù)表2機(jī)組負(fù)荷率（%） 1009080 7060504030 2010機(jī)組功率百 分?jǐn)?shù)（%） 100根據(jù)表2,采用線性回歸的方法得出典型的離 心式冷水機(jī)特性曲線方程，從而采用負(fù)荷頻率法計(jì)算出不 同制冷量時(shí)，輸出功率的變化。該制冷系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行方案是：先開啟一臺(tái)冷水機(jī)組, 使其冷量由小至大調(diào)節(jié)滿足實(shí)際負(fù)荷變化，直至出力不夠 時(shí)，再

5、開啟另一臺(tái)。并且第一臺(tái)冷水機(jī)組始終保持滿負(fù)荷, 而第二臺(tái)隨負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。本文又根據(jù)模擬優(yōu)化計(jì)算 得到了冷水機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行方案（即全年機(jī)組運(yùn)行的平均 輸出功率最?。?。由于離心式制冷機(jī)在設(shè)計(jì)負(fù)荷的1015 % 以下時(shí)出現(xiàn)喘振，本文模擬冷水機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)，讓冷機(jī) 最低調(diào)節(jié)范圍不得低于15%,否則停機(jī)。兩種運(yùn)行方案的計(jì) 算結(jié)果見表3。冷水機(jī)組運(yùn)行耗功率表3負(fù)荷率（） 1 0203040506 0708090100 年平 均值時(shí)間頻數(shù)（）實(shí)際 運(yùn) 行案運(yùn)行臺(tái)數(shù)111112222 2-制冷量(%) 1 臺(tái) 10010010 0100 2 臺(tái) 0000 0 平均功率(kw)最優(yōu)運(yùn)行方案運(yùn)行臺(tái)數(shù)1 111

6、122222-制冷量(%) 1臺(tái)2臺(tái)00000平均功率(kw)由表3中結(jié)果可知，最優(yōu)運(yùn)行方案是：先開啟 一臺(tái)冷水機(jī)組，使其冷量由小至大調(diào)節(jié)滿足實(shí)際負(fù)荷變化, 直至出力不夠時(shí)，再開啟一臺(tái)。當(dāng)開啟兩臺(tái)制冷機(jī)時(shí)，平 均分配負(fù)荷，每臺(tái)冷水機(jī)組的制冷量按上表由小至大滿足 負(fù)荷變化的要求。此時(shí)，總運(yùn)行能耗為最小。四、水系統(tǒng)的節(jié)能分析一些調(diào)查表明，空調(diào)水系統(tǒng)的工作普遍存在著大流量小溫差的問題。夏季供冷水系統(tǒng)的供回水溫差：較好的為3°c 左右，差的只有1。c。而循環(huán)水量一般為設(shè)計(jì)水量的倍 數(shù)。高層建筑供冷系統(tǒng)一般規(guī)模較大，能耗很大，但節(jié)能 潛力也很大，一個(gè)節(jié)能的制冷系統(tǒng)，不僅要求選擇的設(shè)備 性能和臺(tái)

7、數(shù)能與空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷的變化相適應(yīng)，而且要求在 運(yùn)行中整個(gè)系統(tǒng)在各種負(fù)荷下能夠保持能耗最小?？照{(diào)水系統(tǒng)在應(yīng)用變頻調(diào)速成裝置進(jìn)行變流量運(yùn)行時(shí), 可以在不改變管路特性，而靠移動(dòng)水泵工作點(diǎn)使之沿管路 特性曲線移動(dòng)，保持水泵在最高效率點(diǎn)運(yùn)行，達(dá)到最大節(jié) 能效果。對(duì)于閉式系統(tǒng)來說，當(dāng)流量減少時(shí)，其實(shí)耗功率 相應(yīng)按三次方的比例降低。這對(duì)于目前空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 水量與實(shí)際水量差別很大的情況來說，具有非常明顯的節(jié) 能意義。由于本文的研究重點(diǎn)是能耗，也就是總結(jié)出實(shí)時(shí)的運(yùn) 行調(diào)節(jié)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)能有多大的節(jié)能潛力，從而指導(dǎo)實(shí)際運(yùn) 行。本文模擬了兩臺(tái)并聯(lián)水泵采用變頻裝置，根據(jù)負(fù)荷變 化進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時(shí)，不同流量下的最優(yōu)調(diào)速比及

8、相應(yīng)的耗 功率。調(diào)速水泵全年運(yùn)行平均功率計(jì)算在模擬水泵運(yùn)行能 耗時(shí)，同樣存在著各運(yùn)行水泵間負(fù)荷的最優(yōu)分配問題。我 們的目的是在盡量滿足流量和揚(yáng)程前提下，達(dá)到耗能最小, 即水泵總耗功率最小。本文在考慮流量變化滿足部分負(fù)荷 要求時(shí)，只對(duì)冷凍水泵變流量時(shí)二者的能耗進(jìn)行計(jì)算，而 冷卻水側(cè)的變流量分析將不做研究。計(jì)算運(yùn)行能耗時(shí)，假 定最小臨界水量（負(fù)荷）為總水量的50%,該工程每臺(tái)機(jī)組 冷凍水的循環(huán)流量為230 m3/h,所以最小臨界水量為 115m3/ho模擬時(shí)校核水泵流量，如果低于該值，水泵的調(diào) 速比就保持不變。本文對(duì)多種調(diào)速方案進(jìn)行了計(jì)算。該冷凍水系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行方案是：50%以下負(fù)荷時(shí)，一 臺(tái)泵運(yùn)

9、行；50 %-100%負(fù)荷時(shí)，開啟兩臺(tái)泵。本文又根據(jù)多 種調(diào)速方案模擬優(yōu)化計(jì)算得到了冷水機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行方案 (即冷凍水泵運(yùn)行的平均輸出功率最小)：當(dāng)50%負(fù)荷以下時(shí), 開一臺(tái)水泵；50%-100%負(fù)荷時(shí)，開啟兩臺(tái)水泵。并且水泵 分階段調(diào)速運(yùn)行滿足負(fù)荷率變化。兩種運(yùn)行方案的計(jì)算結(jié) 果見表4。冷凍水系統(tǒng)運(yùn)行耗功率表4負(fù)荷率(%) 10203 0405060708 090100年平均值時(shí)間頻 數(shù)(%)實(shí)際運(yùn)行方案運(yùn)行臺(tái)數(shù)111 1122222-速比(%) 1 臺(tái) 111 11111112 臺(tái) 0 000011111 平均功率(kw)最優(yōu)運(yùn)行方案運(yùn)行臺(tái)數(shù)1 111122222-速比(%) 1臺(tái)2臺(tái)0

10、0000平均功率(kw)經(jīng)校核，兩臺(tái)水泵都變速運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)機(jī)組的水 量始終在最小臨界水量以上。從以上2個(gè)方案中可以看出, 在部分負(fù)荷時(shí)變頻調(diào)速水泵與恒速泵比較，其節(jié)能效果非 常顯著。五、室內(nèi)空氣參數(shù)與建筑能耗影響空調(diào)系統(tǒng)能耗因素很多，針對(duì)本文所研究的辦公 樓，根據(jù)現(xiàn)有實(shí)際條件及能力，本工程從設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選取的 角度進(jìn)行建筑能耗分析。在空調(diào)設(shè)計(jì)中，首先要確定室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，這關(guān)系到 舒適標(biāo)準(zhǔn)與衛(wèi)生要求。合理的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度與濕度應(yīng)該是 在滿足熱舒適要求的前提下力求減少能耗。干球溫度22 27°c,相對(duì)濕度30 %70%被普遍認(rèn)為是舒適區(qū)，根據(jù)該辦 公樓的室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，通過組合（6個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)）計(jì)算

11、，可以 得到相應(yīng)的人對(duì)熱環(huán)境的反應(yīng)狀況與耗電量，見表5。不同室內(nèi)參數(shù)下空調(diào)系統(tǒng)耗電量表5設(shè)計(jì)點(diǎn)干球溫度（°c）相對(duì)濕度（）舒適度耗電量（kwh） 12450 %稍冰 8647002 2550%舒適 824 90032650%舒適 784600424 60%舒適 85590 052560%舒適 8 1590062660 %舒適 775900 由表 5 可以 看出，溫度的升高和相對(duì)濕度的增加，都會(huì)使能耗有所降 低。上述設(shè)計(jì)點(diǎn)基本都在舒適區(qū)范圍內(nèi)，但耗電量有所不 同?？梢?，通過改變室內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所具有的節(jié)能潛力是很 大的。所以在滿足舒適度要求的前提下，可選擇提高室內(nèi) 溫度和相對(duì)濕度來減少空調(diào)

12、系統(tǒng)能耗。六、節(jié)能綜合效果分析針對(duì)該辦公樓的實(shí)際情況，通過研究，本文提出了該 辦公樓空調(diào)系統(tǒng)的若干節(jié)能措施并進(jìn)行了分析，如果僅考 慮對(duì)前三項(xiàng)改造所帶來的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益，其綜合效 果見表6。空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能潛力分析一覽表表6改造項(xiàng)目增加投入（元）耗電量（kwh）節(jié)能率（%）節(jié)省運(yùn)行費(fèi)（元/年）回收年限改前改后冷水機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行方案-5247 9850440620 392冷凍水泵定水量改為變水量運(yùn)行變頻 器及輔助設(shè)備80000152180123211398591 年總和 80000676978516727 1598511年深圳市電價(jià)為1元/ (kwh)從表6中的數(shù)據(jù)可知，對(duì)現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)人工冷源進(jìn) 行以上的改造，做較少的投資，就可以獲得可觀的節(jié)能效 果和節(jié)省大量的運(yùn)行費(fèi)用。由于有些節(jié)能措施對(duì)已經(jīng)施工 運(yùn)行的系統(tǒng)難以操作，如果在設(shè)計(jì)階段就能充分考慮系統(tǒng) 的節(jié)能問題，則效果會(huì)更好。七、結(jié)語(yǔ)通過對(duì)深圳市某辦公樓的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能潛力分析 可以看到，現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)具有很大的節(jié)能