空調(diào)知識及節(jié)能控制知識

1、中央空調(diào)節(jié)能控制基本知識Air Condition Intelligent Control & Management SystemA.中央空調(diào)基本原理B.中央空調(diào)能耗C.節(jié)能控制原理及策略D.客戶收益E. 案例分析目錄 CONTENTS中央空調(diào)基本組成冷水機(jī)組冷卻水泵冷卻塔冷凍水泵末端設(shè)備換熱器熱水鍋爐中央空調(diào)運(yùn)行示意圖冷機(jī)制冷原理主要原理就是“蒸發(fā)吸熱，冷凝放蒸發(fā)吸熱，冷凝放熱熱”。制冷工質(zhì)（即制冷劑）在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻物的熱量并汽化成蒸汽，壓縮機(jī)不斷地將產(chǎn)生的蒸汽從蒸發(fā)器中抽出，并進(jìn)行壓縮，經(jīng)壓縮后的高溫、高壓蒸汽被送到冷凝器后向冷卻介質(zhì)（如水、空氣等）放熱冷凝成高壓液體，在經(jīng)節(jié)

2、流機(jī)構(gòu)降壓后進(jìn)入蒸發(fā)器，再次汽化，吸收被冷卻物體的熱量，如此周而復(fù)始地循環(huán)。制熱時(shí)，制冷劑通過四通閥改變制冷劑流動(dòng)方向，制冷劑流動(dòng)方向與制冷時(shí)剛好相反，制冷劑先經(jīng)過蒸發(fā)器，再回到冷凝器，最后回到壓縮機(jī)。冷卻塔散熱原理其他設(shè)備A.中央空調(diào)基本原理B.中央空調(diào)能耗C.節(jié)能控制原理及策略D.客戶收益E. 案例分析目錄 CONTENTS幾個(gè)數(shù)據(jù) 城市中建筑能耗占總能耗25%-30%； 大型公共建筑占總建筑4%，但能耗占22%； 中央空調(diào)系統(tǒng)夏季占建筑能耗45%-60%； 暖通系統(tǒng)冬夏兩季占建筑能耗70%-80%；中央空調(diào)節(jié)能空間大原因 設(shè)計(jì)時(shí)，中央空調(diào)系統(tǒng)必須按天氣最熱、負(fù)荷最大時(shí)設(shè)計(jì)，并且留10-2

3、0設(shè)計(jì)余量設(shè)計(jì) 中央空調(diào)系統(tǒng)各部分分別來自不同廠家，存在一定匹配問題 缺少必要閥門，多余限流裝置安裝 部分運(yùn)行管理人員對系統(tǒng)缺乏深入了解 缺少系統(tǒng)重要運(yùn)行數(shù)據(jù)的記錄和分析運(yùn)行 中央空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)不斷變化的系統(tǒng)，人工無法精準(zhǔn)控制 中央空調(diào)系統(tǒng)涉及子系統(tǒng)過多，運(yùn)行會(huì)相互作用復(fù)雜中央空調(diào)節(jié)能難點(diǎn) 系統(tǒng)涉及到載冷劑（冷凍水）、制冷劑、冷卻劑（冷卻水）三種冷媒的循環(huán)運(yùn)行，涉及到空調(diào)末端裝置、制冷機(jī)組蒸發(fā)器、制冷機(jī)組冷凝器以及冷卻塔裝置等四個(gè)熱交換過程，涉及到系統(tǒng)的負(fù)荷及實(shí)際工況，運(yùn)行情況復(fù)雜，制約因素很多。系統(tǒng)復(fù)雜性 通常的中央空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍水循環(huán)周期長達(dá)十幾分鐘至幾十分鐘，而系統(tǒng)的溫度，壓力，流量等

4、傳感器通常安裝在冷凍機(jī)房內(nèi)，當(dāng)末端的空調(diào)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，機(jī)房側(cè)探頭所測得的系統(tǒng)信號往往是若干時(shí)間以前的負(fù)荷變化；同時(shí)水系統(tǒng)的惰性大，反應(yīng)慢，所以，其動(dòng)態(tài)特性不易掌握。動(dòng)態(tài)滯后性影響能耗因素 環(huán)境條件 不同地區(qū)能耗不同 不同月份能耗不同 不同日能耗不同 每日不同時(shí)段能耗不同影響能耗因素 使用 酒店類建筑的入住率 辦公 /商場類建筑的出租率 年供冷/供暖時(shí)間 日供冷/供暖時(shí)段影響能耗因素 - 冷機(jī)負(fù)荷冷機(jī)效率和冷機(jī)負(fù)荷率有很大關(guān)系，二者關(guān)系不是一個(gè)線性關(guān)系，如圖所示，冷機(jī)負(fù)荷在80%至90%達(dá)到最高效率，不同的冷機(jī)此曲線會(huì)有所不同，實(shí)際控制需要將冷機(jī)負(fù)荷控制在最高效區(qū)域影響能耗因素 - 冷凍水出水

5、溫度冷機(jī)效率和冷機(jī)冷凍水供水溫度率有很大關(guān)系，二者關(guān)系不是一個(gè)線性關(guān)系，如圖所示，冷機(jī)效率隨著冷凍水供水溫度的提高而提高，但實(shí)際使用中過高的冷凍水溫度不利于末端設(shè)備的換熱，還會(huì)降低空調(diào)除濕能力，所以調(diào)解時(shí)需要控制在合理范圍。影響能耗因素 - 冷卻水回水溫度冷水機(jī)組的冷卻水回水溫度對于冷水機(jī)組的運(yùn)行效率有很大的影響。對于變速驅(qū)動(dòng)冷水機(jī)組，冷卻水溫度越低，冷水機(jī)組效率越高；對于定速驅(qū)動(dòng)冷水機(jī)組，冷卻水在27以上時(shí)，溫度越低冷水機(jī)組效率越高，但當(dāng)冷卻水低于27時(shí)，冷水機(jī)組的效率基本不變。A.中央空調(diào)基本原理B.中央空調(diào)能耗C.節(jié)能策略及原理D.客戶收益E. 案例分析目錄 CONTENTS建筑中中央空

6、調(diào)主要用能問題冷機(jī)長期低負(fù)荷運(yùn)行 冷卻水”大流量小溫差” 冷機(jī)不合理旁通水 冷卻塔不合理旁通水 夏季室內(nèi)溫度過低 冬季室內(nèi)溫度過高 冷水機(jī)組COP低 冷凍水泵輸送系數(shù)低 冷凍水”大流量小溫差” 冷卻水泵輸送系數(shù)低 啟停時(shí)機(jī)控制不合理冷機(jī)選型不合理 閥門限制流量 水泵選型過大 限流器影響 冷卻水回水溫度低 冷卻塔飛水 閥門故障電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定 設(shè)備壽命短 主要節(jié)能策略設(shè)備改造蓄冷蓄熱水泵變頻冷水機(jī)組群控冷凍水系統(tǒng)控制冷卻水泵控制冷卻塔群控設(shè)備改造 冷水機(jī)組更換為熱泵機(jī)組 - 需當(dāng)?shù)貤l件適宜 冷水機(jī)組合理搭配 更換水泵為更小型號的 改造水泵葉輪蓄冷蓄熱 谷電價(jià)時(shí)蓄冷蓄熱，平和峰電價(jià)時(shí)釋放冷熱 優(yōu)點(diǎn)：

7、充分利用谷電價(jià)便宜，可以有效節(jié)省電費(fèi)支出 不足：改造需要一定面積來放置蓄冷蓄熱裝置水泵變頻 水泵增加變頻器，由人工調(diào)節(jié)工作頻率 優(yōu)點(diǎn)：通過調(diào)整頻率節(jié)約能耗 不足：空調(diào)是實(shí)時(shí)變化的系統(tǒng)，人工調(diào)整不能夠最大化的達(dá)到節(jié)能目的冷機(jī)群控啟停及時(shí)啟動(dòng)冷機(jī)，滿足末端負(fù)荷要求，增加舒適度及時(shí)停止冷機(jī)，減少不必要的能耗變水溫冷機(jī)負(fù)荷較低時(shí)，提高冷凍水的出水溫度，提高冷機(jī)效率，減少能耗冷機(jī)群控 冷凍水供水溫度偏離（高）一定范圍（可設(shè)置） 上一個(gè)啟動(dòng)的冷機(jī)運(yùn)行一定時(shí)間（可設(shè)置） 當(dāng)前運(yùn)行的冷機(jī)負(fù)荷率大于設(shè)定值（90%95%） 冷水機(jī)組的溫度降低速度小于0.3/分鐘 以上條件滿足一定時(shí)間（防止條件波動(dòng)）冷機(jī)加載 冷水

8、機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)大于一臺(tái) 當(dāng)前運(yùn)行機(jī)組負(fù)荷率小于設(shè)定值（65%69%） 冷凍水溫度偏離（低）一定范圍（可設(shè)置） 以上條件滿足一定時(shí)間（防止條件波動(dòng)）冷機(jī)卸載變冷凍水溫控制左圖是離心式冷水機(jī)組在不同冷凍供水溫度下的能耗性能曲線，從圖中可以看出，冷凍供水溫度每提高1，離心式冷水機(jī)組的消耗功率降低4%。因此，當(dāng)空調(diào)末端側(cè)對冷負(fù)荷的需求降低時(shí)，提高冷水機(jī)組的供水溫度可以大大節(jié)省冷水機(jī)組的運(yùn)行能耗?？稍?月和9月冷負(fù)荷低時(shí)適當(dāng)提高冷凍水供水溫度。變冷凍水溫控制部分負(fù)荷變冷凍水溫控制2臺(tái)600RT冷機(jī)以70%負(fù)荷運(yùn)行，7 出水 制冷量 = 600RT270%92.32% (1-15%)- 600RT20%13

9、%= 643RT 冷機(jī)耗電：380KW 70% 2 = 532KW 水泵、冷卻塔風(fēng)扇耗電：380KW 26% 2 = 198KW 合計(jì)耗電： 532KW+198KW=730KW1臺(tái)冷機(jī)100%負(fù)荷運(yùn)行，9 出水 制冷量 = 600 106% = 636RT 制冷機(jī)耗電：380KW 水泵、冷卻塔風(fēng)扇耗電：380KW26% =99KW 降低內(nèi)能少耗電: 380KW13% / 4=12KW 合計(jì)耗電：380KW +99KW- 12KW =467KW避免冷機(jī)部分負(fù)荷運(yùn)行，在制冷量相差不大（ 643RT 636RT ）的情況下，策略調(diào)整后節(jié)電率為（ 730 - 467）/ 730 = 36%冷凍水系統(tǒng)

10、- 最佳輸出能量控制實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)冷媒流量跟隨末端負(fù)荷的需求供應(yīng)。 使系統(tǒng)既保證末端用戶的舒適性，又最大限度地節(jié)省了系統(tǒng)的能量消耗。冷凍水系統(tǒng)設(shè)備節(jié)能量可達(dá) 20%-40%冷凍水系統(tǒng)控制 冷凍水泵變頻控制冷凍水泵的耗能一般占到整個(gè)空調(diào)制冷系統(tǒng)的總耗能的12%以上，而冷凍水泵的控制又關(guān)系到整個(gè)冷凍水輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及能否達(dá)到設(shè)計(jì)的工藝要求。冷凍水泵的變頻控制節(jié)能空間是很大的，根據(jù)相似定律，水泵的轉(zhuǎn)速（n）、流量（Q）和消耗功率（N）存在如下對應(yīng)關(guān)系：從公式中我們可以看到，電機(jī)的轉(zhuǎn)速（n）與流量（Q）成正比關(guān)系，而與電機(jī)的消耗功率（N）成三次根方比關(guān)系。冷凍水系統(tǒng)控制 冷凍水泵變頻控制從水泵性能曲

11、線圖中，我們也可以看到，當(dāng)流量為設(shè)計(jì)流量的80%時(shí)，其實(shí)際的消耗功率降到了設(shè)計(jì)功率的51%，節(jié)省了一半的運(yùn)行費(fèi)。水泵轉(zhuǎn)速水泵轉(zhuǎn)速N%運(yùn)行頻率運(yùn)行頻率F(Hz)水泵揚(yáng)程水泵揚(yáng)程H%軸功率軸功率P節(jié)電率節(jié)電率10050100100090458172.927.180406451.248.870354934.365.760303621.678.4冷卻水系統(tǒng) - 系統(tǒng)效率最佳控制 制冷主機(jī)能耗、冷卻水泵能耗、冷卻塔風(fēng)機(jī)能耗三者統(tǒng)一考慮，在各種負(fù)荷條件下找到一個(gè)能保持系統(tǒng)效率（COP）最高所對應(yīng)的冷卻水溫度，即找到一個(gè)系統(tǒng)效率最佳點(diǎn)，使整個(gè)系統(tǒng)能效比最高。冷卻水系統(tǒng)和冷機(jī)設(shè)備節(jié)能量可達(dá) 10%-30%冷卻

12、水泵控制 冷卻水回水溫度控制冷卻水溫度與室外濕球溫度有關(guān)，理論上冷卻能力無限大時(shí)，冷卻水最低可達(dá)到的溫度為濕球溫度，實(shí)際上通常設(shè)置冷卻水溫度為濕球溫度Ts+3為目標(biāo)溫度，達(dá)到了水溫和能耗的均衡。結(jié)合以上情況，設(shè)置冷卻水溫度，假設(shè)定速冷水機(jī)組效率拐點(diǎn)處對應(yīng)的臨界冷卻水溫度為tK，若tcsmintk，則冷卻供水溫度設(shè)定值定為tk；若tcsmintk，則冷卻供水溫度設(shè)定值為tcsmin，如夏季工況為32。節(jié)能控制原理 冷卻水回水溫度控制冷水機(jī)組的冷卻水回水溫度對于冷水機(jī)組的運(yùn)行效率有很大的影響。對于變速驅(qū)動(dòng)冷水機(jī)組，冷卻水溫度越低，冷水機(jī)組效率越高；對于定速驅(qū)動(dòng)冷水機(jī)組，冷卻水在27以上時(shí)，溫度越低

13、冷水機(jī)組效率越高，但當(dāng)冷卻水低于27時(shí)，冷水機(jī)組的效率基本不變。冷卻塔群控 冷卻塔變頻控制從圖中的對比看出，多臺(tái)冷卻塔變頻控制可以有效利用冷卻塔的冷卻面積和變頻帶來的3次方的節(jié)能效果，同樣冷卻塔風(fēng)機(jī)的功率消耗下，多臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行能提供的更低的冷卻水回水溫度，同理當(dāng)獲得相同的冷卻水回水溫度的情況下，多臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行能夠最大程度的降低能耗。/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式33%67%100%冷冷卻卻水水回回水水溫溫度度臺(tái)數(shù)控制和變頻控制對比臺(tái)數(shù)控制和變頻控制對比臺(tái)數(shù)控制變頻其他控制策略 春秋過渡季節(jié)，早晚溫度比較低的時(shí)段，充分利用室外的涼

14、空氣焓值控制 提前半小時(shí)關(guān)閉冷機(jī)以及冷卻系統(tǒng)，冷凍泵延時(shí)關(guān)閉，充分利用冷凍水的低溫度延時(shí)關(guān)閉 根據(jù)末端的溫度調(diào)整末端設(shè)備的運(yùn)行，適用于有較大公共面積的建筑，如商場。末端控制空調(diào)節(jié)能項(xiàng)目實(shí)施流程能效評估制定方案節(jié)能改造系統(tǒng)試運(yùn)行控制策略改進(jìn)節(jié)能效益評估控制參數(shù)設(shè)定運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測運(yùn)行參數(shù)預(yù)測自動(dòng)化控制能耗分析節(jié)能診斷 指標(biāo)節(jié)能診斷 指標(biāo)中央空調(diào)系統(tǒng)一般設(shè)定值項(xiàng)目項(xiàng)目溫度溫度描述描述冷凍水出水溫度冷凍水出水溫度7根據(jù)供冷需要設(shè)計(jì)冷凍水回水溫度冷凍水回水溫度12 冷卻水出水溫度冷卻水出水溫度37 冷卻水回水溫度冷卻水回水溫度32依據(jù)室外濕球溫度設(shè)計(jì)A.中央空調(diào)基本原理B.中央空調(diào)能耗C.節(jié)能策略及原理D

15、.客戶收益E. 案例分析目錄 CONTENTS客戶收益 節(jié)能 冷機(jī)節(jié)能 5%-20% 冷凍水泵節(jié)能 45%-65% 冷卻水泵節(jié)能 45%-65% 冷卻塔節(jié)能 45%-65% 綜合節(jié)能 20% - 40%客戶收益 其他 保障系統(tǒng)安全運(yùn)行 提高環(huán)境舒適度 節(jié)省人力 延長設(shè)備壽命 改善電能質(zhì)量 調(diào)整最大需量減少了能耗浪費(fèi)20-40%中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的效果1.5至2年可收回投資A.中央空調(diào)基本原理B.中央空調(diào)能耗C.節(jié)能策略及原理D.客戶收益E. 案例分析目錄 CONTENTS案例分析 金泰開陽大廈節(jié)能數(shù)據(jù) 冷水機(jī)組旁通 冷水機(jī)組沒有閥門控制造成旁通改造前數(shù)據(jù)：運(yùn)行一臺(tái)冷機(jī)，由于旁通問題，為滿足水

16、量，同時(shí)開啟兩臺(tái)冷凍泵，兩臺(tái)冷卻泵。冷機(jī)顯示出水7，回水10，溫差3，實(shí)測總供水管水溫超過8，溫差小于2。改造后數(shù)據(jù)：運(yùn)行一臺(tái)冷機(jī)，同時(shí)控制閥門解決旁通問題，同時(shí)開啟一臺(tái)冷凍泵，一臺(tái)冷卻泵。冷機(jī)顯示出水7，回水10.5攝氏度，溫差3，實(shí)測總供水管水溫7，溫差3。節(jié)能數(shù)據(jù)：減少一臺(tái)冷凍泵和一臺(tái)冷卻泵的運(yùn)行，水泵節(jié)能率為50%。節(jié)能數(shù)據(jù) 冷凍水溫差控制 解決“大流量，小溫差”問題改造前數(shù)據(jù)：（解決冷機(jī)旁通后）運(yùn)行一臺(tái)冷機(jī)，同時(shí)開啟一臺(tái)冷凍泵，實(shí)測總供水管水溫7，總回水管水溫10，溫差3。改造后數(shù)據(jù)：通過水泵增加變頻控制，減少冷凍水流量，恒溫差控制為5，實(shí)測平均運(yùn)行頻率為42Hz。節(jié)能數(shù)據(jù)：通過變頻

17、器控制，平均運(yùn)行頻率的42Hz，平均節(jié)電率為41%。節(jié)能數(shù)據(jù) 冷卻水溫控制 解決“大流量，小溫差”問題改造前數(shù)據(jù)：（解決冷機(jī)旁通后）運(yùn)行一臺(tái)冷機(jī)，同時(shí)開啟一臺(tái)冷卻泵，兩臺(tái)冷卻塔實(shí)測總出水管水溫35，總回水管水溫32，溫差3。改造后數(shù)據(jù)：通過水泵增加變頻控制，冷卻塔群控，減少冷卻水流量，恒溫差控制為5，實(shí)測水泵平均運(yùn)行頻率為45Hz，冷卻塔運(yùn)行頻率42Hz。節(jié)能數(shù)據(jù)：通過變頻器控制，水泵平均運(yùn)行頻率的45Hz，平均節(jié)電率為28%，冷卻塔平均運(yùn)行頻率為42Hz，平均節(jié)電率為41%。節(jié)能匯總單位（元）制冷主機(jī)冷凍水泵冷卻水泵冷卻塔改造前能耗240240580804884019800改造后能耗20420422361188049900節(jié)能量3603635719300369900節(jié)能比例15