质调节在空调系统中的应用

质调节在空调系统中的应用

1调节冷源系统的冷量与传统的中央供暖系统（sd）相比，该系统具有简单的初投资和建筑空间、节约的运营和维护成本、改善建筑外观、改善城市生态环境等优点。然而，由于网络复杂、覆盖巨大，大量能量损失。因此,采用合理的措施使制冷机、末端空调设备和水泵节能运行,对降低空调费用具有重要的意义。实践表明,实际空调负荷多数时间只为设计负荷的40%～80%,而且空调设备也有很大的富裕量,这就需要冷源系统根据室外气象参数的变化对供冷量进行调节。目前供冷系统的冷量调节有两种调节方式:一种是量调节,即保持冷冻水的温度恒定,调节冷冻水流量;另一种是质调节,即保持冷冻水的流量恒定,调节冷冻水温度。本文拟对某大学城区域集中供冷系统采用质调节方式,通过理论分析得到理想的理论调节温度曲线,提出合理的调节方式,论证质调节的可行性和经济性。2质量控制2.1负荷率的变化空调系统采用质调节方法供冷应严格按质调节原理确定出不同工况下冷源的供回水温度,将其绘制成曲线,进行运行调节。其原理是当供冷系统在稳定运行状态下运行时,如不考虑输送过程中的能量损失,系统应遵循以下原则:系统供冷量=空调末端设备的供冷量=用户的需冷量依据上述原则,当室外气象参数发生变化的时候,空调房间的需冷量也随之发生变化(室内温度按规范规定不变),即区域供冷的冷源供冷量也必须随室外温度的变化而变化。在质调节系统中只是改变供回水温度,而系统流量不变,所以在不同的冷负荷下,到底供多少的冷量才能满足用冷用户的需求,确切地说,供回水温度到底为多少时供热量恰好与需冷量处于平衡,这就要了解负荷率的概念。负荷率为运行调节时用户的冷负荷与设计冷负荷的比值,即:Q—=QQ0=cG(tw2−tw1)cG(TW20−tw10)=tw2−tw1tw20−tw10(1)Q—=QQ0=cG(tw2-tw1)cG(ΤW20-tw10)=tw2-tw1tw20-tw10(1)式中Q——Q———负荷率Q——在不同室外温度下的冷负荷Q0——在室外设计温度下的冷负荷c——冷冻水的比热容G——冷冻水的质量流量tw1、tw2——质调节时冷冻水的供回水温度tw10、tw20——设计负荷时冷冻水的供回水温度2.2总冷负荷设计以某大学城区域供冷的教室为例进行计算,教室面积150m2,为了响应国家节能政策,设计室内温度为26℃,相对湿度为60%,总设计冷负荷为35kW。当室外气象参数变化时(为简化计算,只考虑室外温度变化,相对湿度假定不变),室内冷负荷情况如表1所示。整个教室安装4台风机盘管,选取风机盘管型号为YGFC-12S,标况下每台风机盘管冷冻水进/出水温度为7℃/12℃,全热冷量和显热冷量分别为10.55kW和7.82kW,水流量q0=0.5l/s,风量为2000m3/h。2.3冷冻水回水温度计算由文献通过数据拟合,得出冷水进口温度tw1与负荷率Q—Q—的关系式为:tw1=23.8−17Q—0.6≤Q—≤1(2)tw1=23.8-17Q—0.6≤Q—≤1(2)质调节计算公式为:Q=cρq(tw2-tw1)(3)式中ρ——冷冻水的密度,kg/m3q——冷冻水的流量,m3/s每台风机盘管水流量取非标况下值,为0.3l/s,由式(2)、(3)可计算出冷冻水供水温度和回水温度,并将供回水温度绘制成曲线,如表1和图1所示。从图1可以看出,随着室外温度的升高,供水温度有一个明显的下降趋势,与其相对应的回水温度也降低,很显然,回水温度线的减值变化小于供水温度线的减值变化,实质上随室外温度的提高,供回水温差是在不断的增大,这正是质调节的意义所在,随着负荷率的增大避免了“大流量小温差”的现象出现,降低了水泵的能耗。在满足室内空调负荷和室内舒适性要求的前提下,图1表示了空调部分冷负荷时冷水进出水温度与室外温度的关系,为分析采用冷水质调节的经济性提供了条件。3对节能分析及负影响的分析3.1冷冻水温度对cop性能的影响当室外温度较低时,即负荷率较小,可以通过提高冷冻水温度来满足室内负荷要求,并提高了机组性能。以某公司的TSC-100WD型螺杆式冷水机组为例计算。在冷却水温度为30℃、出水温度为35℃时,该机组在不同冷冻水出水温度的性能如表2所示。由表2可知,冷冻水温度越高,COP值越大,即生产单位冷量所耗的电能越少,提高了能耗利用率。当室外温度为30℃,负荷率为0.63,若采用质调节方式,冷冻水供水温度为13.09℃,则COP=5.565,与设计工况相比,COP增大15.4%。因此,在保证舒适的前提下,空调能源管理控制系统根据每个季节及每天室外温度的变化情况,自动调节冷冻水的出水温度有利于节能。3.2不同供水温度对冷量的影响采用质调节时,风机盘管处理空气的性能(制冷和除湿能力)要发生变化。不同温度下计算的性能参数如表3所示。从表3可以看出,随着供水温度的提高将导致冷量下降,但是供水温度的提高对全热、显热和潜热冷量的影响程度是不同的,潜热冷量变化是最快的,显热冷量变化较慢,而全热冷量的变化介于其间。供水温度从7℃提高到12℃,全热和显热冷量变化不大,分别为78%、83%,而潜热冷量只为标准工况下的29%,除湿能力大大降低。3.3冷水机组对空调负荷率的影响图2为不同负荷率下供冷量与冷冻水温度的关系,在空调房间负荷率分别为100%、65%、30%时,冷冻水温度从7℃升高到13℃时,供冷量分别减少65.4%、60%、52.2%,如果空调在高负荷率下工作质调节可能导致空调房间达不到制冷要求。文献研究表明,当冷水温度升高时,空调负荷率越高,冷水机组的COP增加的幅度越小。因此,在空调高负荷率运行时质调节效果不明显。文献还发现,不同负荷率下,冷冻水温度的变化对室内舒适性的影响也不同,高负荷率下冷冻水温度不应太高,在100%、65%、30%负荷率下,冷冻水温度分别设为8、10、12℃,室内温湿度能满足人体舒适标准范围要求。4盘管供热流量控制空调系统中水泵的能耗约占整个系统能耗的15%～20%,通过对一些高层宾馆、办公楼空调水系统的调查表明,普遍存在着不合理的“大流量,小温差”问题,温差情况较好为3℃左右,较差情况只有1～1.5℃,循环水量达设计水量的1.5倍。水泵功率与流量的三次方成正比,造成水泵的能耗增大2.375倍,实际运行中,由于水泵流量发生变化,工作点也发生变化,效率比最佳工作点时要低,水泵能耗可能不止增大2.375倍。由图1可知,当室外温度较低时,若仍然保持盘管供水流量为0.3l/s回水温差小于设计温差5℃,这样造成“大流量、小温差”现象,水泵能量消耗过大。在实际操作中,可以根据当地气象历史记录情况,将盘管供水流量控制分为两种情况,在上午11:00以前盘管供水流量设为0.2l/s,11:00以后设为0.3l/s。在设置供水流量时不要设置太多工况,因为流量变化时水泵的管路特性发生变化,泵就偏离最佳工况点,水泵效率降低,而且如果是通过阀门调节盘管流量时,随着流量的减少冷冻水通过阀门的压力损失也将逐渐增大。5回水高差对去湿能力的影响空调系统设计通常是按照最大负荷进行设计,而实际运行中空调设备都是在部分负荷下工作,通常都有很多的富裕量。由3.2节可知,当空调在部分负荷率下工作时,采用质调节非常适合的。文献表明,当冷冻水供回水温差为8℃时,所需的水盘管排数无需增加,而本工程计算中最大温差为6.754℃,所以能够满足质调节条件。文献对风机盘管不同运行模式(定流量,定温差,不同温差控制)能耗分析表明,不同温差控制比定温差时节约电耗约15%。但是在工程中不能一味地追求大温差供冷,还应考虑空调系统的初投资,在冷冻水供/回水温度为7/17℃时,空调系统的初投资不降反增,并且节能效果的改善也不明显。文献对国内8种常用表冷器去湿量的计算分析结果表明,当冷水温度从7℃提高到13℃时,其去湿能力大约下降了30%。但适当降低室内温度,对相对湿度要求不高的舒适性空调可满足要求。6空调系统的节能影响(1)空调系统的负荷随室外温度变化而变化,采用质调节能够提高制冷主机的性能。当室外温度为30℃时,将冷冻水温度提高到13.09℃能够满足室内负荷要求,与设计工况相比,制冷主机COP提高15.4%。质调节对于部分负荷节能效果明显,空调负荷率太高,供冷量和室内舒适性都要受到一定的影响,当负荷率为100%时,冷冻水温度从7℃升高到13℃供冷量较少了65.4%,此时,如果供水温度为8℃室内温湿度能满足热舒适性要求。(2)当供水温度从7℃提高到12℃,风机盘管处理空气的潜热