论空调用制冷系统的节能潜力分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 论空调用制冷系统的节能潜力分析 摘要：随着经济的发展和人们生 活质量的提高，环境污染问题、能源紧 张问题和食品安全问题越来越引起世界 各国人民的关注。制冷空调行业发展的 趋势是节能、环保和安全。本文从利用 全年空调负荷统计分析结果及冷水机组 部分负荷特性, 对制冷系统中冷水机组 和冷冻水泵变流量运行时不同调节方案 的能耗进行了计算, 并从中得出冷水机 组和水泵的最优运行方案。50% 负荷 以下时, 冷水机组和水泵各开启一台, 冷水机组冷量和水泵转速比随负荷实时 调节; 50%负荷以上时 , 冷机和水泵均开 启两台, 且冷机随负荷变化平均分配冷 量, 两台水泵的调速比也相同。结果表 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 明, 其节能率可达 23.7% 。 中国论文网 /2/view-12901509.htm 关键词：制冷系统 节能分析 Abstract: with the development of economy and the improvement of peoples life quality, the environmental pollution, energy crisis and food safety problems caused by more and more people across the worlds attention. The trend of the development of the refrigeration and air conditioning industry is energy-saving, environmental protection and safety. This paper, from the year of the air conditioning load the results of the survey and cold water chiller part load characteristics, on the refrigeration system in cold water chiller and freezing water pump and variable flow to the different operation regulation scheme of the energy consumption calculation, and draw water chillers and pump the optimal operation scheme. 50% load the following, cold -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 water chiller and water pump each open one, cold water chiller cold quantity and water pump rotation speed with load adjusting than; More than 50% load, cold machine and water pump are open two, and cold machine with an average load variation distribution cold quantity, two of the speed pump than were the same. The results showed that the energy saving rate can amount to 23.7%. Keywords: refrigeration system energy saving analysis 中图分类号：TE08 文献标识码： A 文章编号： 引 言：在空调工程中, 制冷系统 的设计与运行对其能耗影响很大, 随着 建筑物中越来越多地设置集中式空调系 统, 具有高能耗比例的制冷系统就更加 受到人们的关注。这不仅由于它高额的 初投资、昂贵的运行费, 还由于它对温 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 室气体排放量和臭氧层的影响。因此, 对空调制冷系统的节能潜力进行分析,并 通过对其设计或已有的系统进行改造, 从而降低能耗和减少对环境的负面影响 是非常有意义的, 对于那些供冷期长的 地区显得尤为重要。 1 空调动态负荷的计算分析 制冷系统的设计与运行能耗都与 空调动态负荷有关, 本文以某办公楼为 对象进行研究和讨论。该办公楼由地下 两层及地上二十层组成, 总建筑面积 39200 m2, 空调面积 30000 m2 。空调 用制冷系统选用 3 台制冷量为 1336kW 的离心式 冷水机组 , 但实际只 运行 2 台即可满足要求。冷冻水与冷 却水系统均为定流量运行。现使用美国 能源部大型能耗分析软件 DOE- 2 对该 办公楼的空调动态负荷进行模拟, 结果 见图 1。模拟得到的逐时峰值负荷为 2415kW, 图中所示为月平均负荷, 其峰 图 1 办公楼动态负荷 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 值为 1600kW。由计算结果可知, 该办公楼全年均需要供冷。获得空调动 态负荷后, 为使用负荷频率法对冷水机 组的能耗进行分析, 现提出的一种用于 制冷设备运行分析及容量选择的全年空 调负荷统计方法, 将空调动态负荷转换 成负荷率与时间频数之间的关系, 该办 公楼空调系统全年运行时数平均为 2530 h, 平均的空调冷负荷时间频数如 表 1 所示。 表 1 空调冷负荷时间频数 2 冷水机组运行的节能潜力分析 在一年之中, 由于空调系统在部 分负荷下运行的时间较多, 因此, 全年 耗能量与制冷机部分负荷下的工作特性 有关。离心式冷水机组部分负荷性能见 表 2 。由表 2 可以看出, 与负荷率为 100%的情况相比, 部分负荷下的运行效 率有增有减。 表 2 离心式冷水机组部分负荷性 能参数 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 根据表 2, 采用线性回归的方法 得出典型的离心式冷水机特性曲线方程, 从而计算出不同制冷量时, 输出功率的 变化。现以负荷率为自变量, 以机组功 率百分数为因变量进行三次多项式最小 二乘拟和, 拟和式如下: P i =0 1529+ 0 4866q i + 0 2878q2i +0 0611q3i ( 1) 根据式( 1) 就可算出不同负荷率 时, 输出功率的变化, 进而根据下面的 计算方法得出全年的平均输出功率。对 于单台冷水机组, 冷水机组能 ( 电) 耗 量 W 可由式 ( 2) 算出, 即: 结合式( 2) 和式( 3) , 有: ( 4) 式中: W 冷水机组全年总能 耗( kWh) ; N 计算用部分区间数目; Pi 部分负荷时的输入功率 ( kW) ; -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 Tj 部分负荷时运行时间( h) ; P o 冷水机组额定功率 ( kW) ; T o 冷水机组供冷期总运行 时间( h) ; Q j 冷 水 机 组 在 部 分 负 荷 时 的 制 冷 量( kW) ; Q o 冷水机组的额定制冷量 ( kW) ; q j 负荷率( %) ; p j 功率百分数, 即部分负 荷时, 冷水机组 的输入功率占额定功率的百分数 ( % ) ; t j 时间频率, 即部分负荷时, 冷水机组运行时数占总运行时数的百分 数 ( %) 。因此, 冷水机组全年运行平 均功率为: ( 5) 对于多台冷水机组并联运行的情 况, 可以有如下的类似计算方法: -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 ( 6) M 为并联冷水机组总台数; 下标 K 表明第 K 台冷水机组的特性参数; 下 标 i 表明部 分负荷 Q i 下的对应值。 对于某一空调建筑物, 可以用此平均功 率简单而直观的分析其空调制冷系统全 年运行能耗。 制冷系统的实际运行方案是: 先 开启一台冷水机组, 使其冷量由小到大 调节满足实际负荷变化,直至出力不够时, 再开启另一台。并且第一台冷水机组始 终保持满负荷, 而第二台随负荷变化进 行调节。根据模拟优化计算得到了冷水 机组的最优运行方案 ( 即全年机组运 行的平均输出功率最小) 。由于离心式 制冷机在设计负荷的 10% 15% 以下 出现喘振, 模拟冷水机组实际运行时, 让冷机最低调节范围不得低于 15% , 否 则停机。两种运行方案的计算结果见表 3。 表 3 冷水机组运行能耗 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 由表 3 中结果可知, 最优运行方 案是: 先开启一台冷水机组, 使其冷量 由小到大调节满足实际负荷变化, 直至 出力不够时, 再开启另一台。当开启两 台制冷机时, 平均分配负荷, 每台冷水 机组的制冷量按上表由小到大满足负荷 变化的要求。此时,总运行能耗为最小。 3 冷水机组设计容量匹配对能耗 的影响 用上述的冷机能耗计算方法, 也 可以对设备选择方案进行简单分析, 为 今后进行系统改造做出更加合理的判断 和决策提供一定的依据。在对不同的制 冷机容量匹配运行方案评价时, 以空调 逐时峰值负荷 2 415kW 为设计负荷, 选用表 4 所列的上海开利生产的离心 式冷水机组, 计算结果见表 5。 表 4 离心式冷水机组主要参数 表 5 冷水机组容量匹配对比 由计算结果可以看出, 采用大、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 小冷水机组匹配可以得到较好的运行经 济性, 但对于已有空调系统, 只能在系 统改造时, 才能充分发挥其节能潜力。 4 水泵运行调节的节能分析 一些调查表明, 空调水系统的工 作普遍存在着大流量小温差的问题。夏 季供冷水系统的供回水温差: 较好的为 3左右, 差的只有 1 1.5。而循环水 量一般为设计水量的 1.5 倍。高层建筑 供冷系统一般规模较大, 能耗很大, 但 节能潜力也很大,一个节能的制冷系统, 不仅要求选择的设备性能和台数能与空 调系统负荷的变化相适应, 而且要求在 运行中整个系统在各种负荷下能够保持 能耗最小。 空调水系统在应用变频调速装置 进行变流量运行时, 可以在不改变管路 特性, 而靠移动水泵工作点使之沿管路 特性曲线移动, 保持水泵在最高效率点 运行, 达到最大节能效果。对于闭式系 统来说, 当流量减少时, 其实耗功率相 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 应按三次方的比例降低。这对于目前空 调水系统的设计水量与实际水量差别很 大的情况来说, 具有非常明显的节能意 义。 由于本文的研究重点是能耗, 也 就是总结出实时的运行调节对空调系统 能有多大的节能潜力, 从而指导实际运 行。本文模拟了两台并联水泵采用变频 装置, 根据负荷变化进行流量调节时, 不同流量下的最优调速比及相应的耗功 率。调速水泵全年运行平均功率计算公 式与冷水机组的类似: 所以式( 7) 变成 在模拟水泵运行能耗时, 同样存 在着各运行水泵间负荷的最优分配问题。 本文的目的 是在尽量满足流量和扬程 前提下, 达到耗能最小, 即水泵总耗功 率最小。在考虑流量变化满足部分负荷 要求时, 只对冷冻水泵变流量时二者的 能耗进行计算,而冷却水侧的变流量分析 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 将不做研究。计算运行能耗时, 假定最 小临界水量 ( 负 荷)为总水量的 50% , 该工程每台机组冷冻水的循环流量为 230 m3 /h, 所以最小临界水量为 115 m3 /h。模拟时校核水泵流量, 如果低于 该值, 水泵的调速比就保持不变。本文 对多种调速方案进行了计算。 该冷冻水系统的实际运行方案是: 50%以下负荷时, 一台泵运行 50% 100% 负荷时, 开启两台泵。又根据多 种调速方案模拟优化计算得到了冷水机 组的最优运行方案( 即冷冻水泵运行的 平均输出功率最小) : 当 50% 负荷以下 时, 开一台水泵;50% 100% 负荷时, 开启两台水泵。并且水泵分阶段调速运 行满足负荷率变化。两种运行方案的计 算结果见表 6。经校核, 两台水泵都变 速运行时, 每台机组的水量始终在最小 临界水量以上。从以上两个方案中可以 看出, 在部分负荷时, 变频调速水泵与 恒速泵比较, 其节能效果非常显著。 5 制冷系统运行的经济分析 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 进一步将冷水机组和冷冻水泵的 总运行能耗汇合( 不考虑冷水机组设计