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行业百科-中央空调节能和降低能耗的探讨
中央空调节能和降低能耗的探讨

    随着人们对节能的意识的不断增强,各类单位及个人采取了各式各样降低中央空调的能耗的措施,但是从一般意义上来说,传统的空调能耗降低的同时,也降低了人们的舒适感,因此以降低舒适感为代价的降耗行为并未能得到广大的支持和全面的普及。如何才能在保障降低能耗的同时,又不降低舒适感,成为了目前空调节能的最大课题。本文就从以下几个方面谈一谈如何节能和降低中央空调的能耗。

  在当今的社会生活中,随着经济的高速发展,生活质量的不断提高,空调的使用已经成为人们生活和工作中的一项重要组成部分,在目前的许多建筑中都设置安装了空调,环境是改善了,但付出的代价却是能耗。在多种的耗能设备中,空调所消耗的能量比例占到建筑总能耗的60%以上,根据相关研究:以空调制冷模式为例,温度设定值每提高1度,能耗可达7%,因此降低空调的能耗,将是人们面临巨大而又艰巨的任务。

   一、中央空调的节能

  (一)通风空调对人体的影响

  由于建筑物的密闭性逐渐增加,装修档次也越来越高,从而导致室内污染物的滞留量增加及延长停留时间。如烟雾、病菌及从家具、墙面、地毯和油性漆中散发出的多种致病化学物质,加上通风换气量的明显不足,空气在室内循环造成室内空气品质严重不合格。如何才能有效地解决空调房间存在的空气品质问题,已引起人们的广泛关注。

  通过通风换气向室内提供大量新鲜空气,是改善空气质量的有效措施。但同时意味着新风负荷的增加;另外利用增加新风量和排风进行热交换也可以解决这一问题,同时可以减少空调的部分运行耗能。在房屋建筑热工设计时,为了能达到房间内有舒适的微气候,需要恰当地利用房屋围护结构的热工特性以抵御室外气候的变化。除此之外,还有规划设计、系统方案、太阳辐射和能源利用等几个方面。

  (二)内外部条件的运用

  1、围护结构的运用

  围护结构包括外围护结构和内围护结构。外围护结构包括屋面、外墙和窗户等,内围护结构系指室内地面、天棚、内隔墙等。在北方采暖建筑中,围护结构的传热损失占总热损失的比例很大,如北京地区,通过围护结构的传热损失占全部热损失的77%,在沈阳地区,占65%左右。由此可见,改善围护结构的热工性能对暖通空调节能有着很重要的作用。

  2、规划设计的重要

  建筑的规划设计是建筑节能设计的重要指导,规划节能设计需要从地址选择、功能分区、建筑和道路布局走向、建筑物朝向、体形、间距、季节性尤其冬季主导风向、太阳辐射、建筑外部空间环境等方面进行规划布局。主要为优化建筑物微气候环境,重点考虑利于节能,充分重视利用太阳能及冬季主导风向、地形地貌的自然优势。节能规划设计就要分析构成环境小气候的决定因素,即辐射因素、大气环境因素和地理因素的不同影响因素,通过建筑师的规划布置,认真分析、充分论证,利用现有条件和改造不利因素,以形成良好的、利于节能的微气候环境。

  3、合理的系统设计方案

  〈1〉选择合理的冷热源设备。在系统设计中设备的合理选型是影响空调节能的关键因素,合理配置中央空调系统的冷热源对节能和能源合理利用至关重要。中央空调系统常用的冷热源配置方式有水冷冷水机组加锅炉系统、热泵机组和溴化锂吸收式机组等。如:溴化锂机组的能效比(制冷量/消耗的热量)比较低,省电但并不节能适用于有废热和余热的地方,如热电厂等附近。

  〈2〉利用蓄冷空调系统。在经济发展不平衡的地区,很大程度上地存在着电负荷峰、谷差别较大的情况,在用电高峰时电力供应不足,而在低谷用电时供应过剩的浪费。在实施电力峰、谷电价的地区,就可以采取低电价时段采用冰蓄冷系统将水制成冰来储存冷量,高电价时段再将冷量释放出去,这会对整个电力负荷的移峰补谷工作起到很好的效果,并能产生较好的经济社会效益。

  〈3〉变频技术的充分利用。变频技术在现在空调系统的使用中成为一种必然性,不仅能有效地改造空调系统的某些不足,还能较大地降低能耗、节省运行费用。采取变频技术的主要原因是:

  A、设计人员在进行设备选型时,通常会预留一定的富裕量,事实上设备很少会在全负荷下运行,甚至不可能出现全负荷运行的情况。

  B、建筑物由于使用环境的变化,负荷也会发生相应的变化。

  C、建筑物的实际负荷会随着室外气候的变化而产生波动。正常情况下,空调设备只能按设备的额定功率运行。当负荷降低时,设备仍以额定功率全负荷输出运行。这就必然造成能量的浪费。如果使用变频技术(VRV),使空调设备的输出功率随着负荷的增减而变化,就会起到明显的节能效果。根据空调负荷状况,来改变水流量或风流量从而有效地实现节能。变风量(VAV)空调系统是通过末端装置来补偿室内负荷的变动,调节室内送风量以维持室温。变水量系统(风机盘管)是通过水量控制的方法来调控温度的。通过对水量、风量及主机的变频控制调节,可以实现所需空调负荷的用时匹配,使其达到节能的目的。

  4、再生能源的应用 www.ehvacr.com

  可再生能源具有资源丰富、无污染、清洁安全、资源取之不尽可再生的优势,因此在能源日益短缺的今天,尽量利用再生能源是很有必要的;如:太阳能的利用、地下水的利用、自然风和土壤能源的利用、及海洋能的利用等。

  二、中央空调能耗的降低的探讨

  暖通空调的节能设计本身也是降低能耗的重要措施,节能的设计必须根据工程具体情况,对空调运行季节进行全方位、全过程的分析,找出一个合适的方案,使空调系统在不同的室外气候参数或室内状况下都可以经济、合理、正常地运行,就如同前述,这里就不再复述,下面就从中央空调的控制系统方面谈一谈能耗的降低。

  1、中央空调控制的原理

  由于要满足客户的最大需求,一般中央空调都按最高负荷的120%设计,但是,实际应用中,中央空调有多半时间的实际负荷不到最大负荷的一半,中央空调冷(热)量按末端负荷需求,即采用变频器对冷冻(却)水泵、风扇调速,低负荷状态时相应降低转速实现节能。由于空调冷冻水的出回水温差直接反映了空调的负荷变化,因此可通过检测冷冻水的出回水温差来调节冷冻(却)水流量。由于中央空调存在非线性、大滞后的时变特征,目前传统的控制方式为多模态模糊PID,利用变频技术,降低负荷;比较出回水温差与设定温差调节比例阀开度;测量人流量,使中央空调系统末端能及时调节出经济并舒适的环境状态等。目前采用的温差控制方案,多是采集蒸发器同一时刻的出水和回水侧温度,而事实上冷冻水的出水温度要经过一个冷冻水循环后,其温度变化才能在回水中反映出来。换言之,所测回水温度实际上是一个循环(通常为十几分钟)前空调冷冻出水与空调负荷相互作用的结果,它反映的是一个冷冻水循环周期之前的工况。同时,所采用的温差控制方案未涉及实时室温,实时室温的引入有助于控制品质的改善;监测无人房间,消除向无人房间供冷(热)能进一步挖掘中央空调降耗的潜能,而且预测用户侧负荷时扣除无人房间因素,亦利于预测精度的提高。

  2、智能控制系统设计

  鉴于上述原因,若能开发出一套实时监视自动调节的智能控制系统,该系统能够自动识别人的存在,并能实时监视房间温度,据此灵活调节泵机、风扇,在保障温度得到及时稳定的调节的同时,将能耗降到最低,这样既实现了舒适感又达到了节能的目的。

  该系统通过传感器采集的冷冻出回水温度、冷冻水流量、冷冻水系统压力、冷却水出回水温度、冷却水流量、冷却水系统压力,以及通过室温及人体传感系统采集房间实时室温、无人房间等信息输入中央空调总控系统;中央空调总控系统计算出各水泵和冷却塔风扇的控制参数,依次输出给冷冻水变频器、冷却水变频器和冷却塔风扇变频器,计算出的运行参数输出给空调主机。 nuantongkongtiaozaixian

  3、室温及人体传感系统

  室温及人体传感系统是通过菲涅尔透镜将人体辐射的红外线聚集到热释电红外传感器上,转变为电压并由信号调理电路处理,处理后的信号由无线发送模块发送,检测无人房间。

  室温采集和无人房间检测通过无线网络采集。无线网络由协调器、路由器、终端三类节点组成;一个无线网络只有一个协调器,协调器负责整个无线网络的组建以及与上位机的通信;路由器负责唤醒终端、对终端上传的数据进行融合,通过各个路由器之间的跳跃接力将信息传输至协调器,协调器通过串口传输至上位机;终端分布在各房间,采集房间的温度并发送给路由器。位于房间门口的路由器通过菲涅尔透镜检测房间是否有人:若有人,菲涅尔透镜通过信号调理电路产生一个高电平,路由器向终端发送温度采集命令,接收到唤醒信息后,终端通过温度传感器采集房间的温度,定时上传至路由,路由通过数据融合算法计算出房间的当前温度,再上传至上位机;若无人,则菲涅尔透镜通过信号调理电路产生一个低电平,路由不向终端发出任何指令;房间内最后一人离开时,菲涅尔透镜通过信号调理电路之后产生一个从高电平到低电平的电平跳变,如果十分钟后房间仍无人进入,路由向终端发出停止采集的命令,终端重新进入休眠状态状态。

  4、冷冻(却)水系统的控制

  冷冻水系统通过蒸发器两端的温度反馈至温差调节器,再由温差调节器采用模糊控制计算出冷冻水流量调节量,作用于冷冻水泵变频器,调节冷冻水泵工作频率,从而减少冷冻水泵运行的目的。 www.ehvacr.com

  冷却水系统的控制类似于冷冻水系统的控制,也是通过冷凝器两端的温度反馈至温差调节器,再由温差调节器根据时间关系计算出冷却出回水实时温差,从而计算出冷却水流量调节量,作用于冷却水泵变频器,达到调节冷却水泵工作频率频率的目的。

   三、结语    

   通过上述分析,随着环保节能技术在暖通空调领域的应用正在扩大和普及,而空调的耗能又是巨大的,应从设计、运行等方面考虑节能,从而提高空调系统的总体节能水平。在节省能源、保护环境的大前提下,要采取各种节能措施,降低空调系统的运行能耗和费用。

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