對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)小議
摘 要： 隨著人們生活水平的不斷提高,人們對(duì)于舒適指標(biāo)的要求也越來(lái)越高,這使得采暖通風(fēng)空調(diào)的使用更加普遍,但隨之而來(lái)的是暖通空調(diào)高能耗問(wèn)題也更加嚴(yán)重。我國(guó)建筑能耗的總量呈逐年上升趨勢(shì)，而暖通空調(diào)系統(tǒng)在建筑能耗中占有重要比重。本文對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與節(jié)能措施進(jìn)行論述。
關(guān)鍵詞：暖通空調(diào); 設(shè)計(jì); 節(jié)能
暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能有著重要的影響，然而，在實(shí)際工作中往往得不到一些設(shè)計(jì)部門(mén)和設(shè)計(jì)人員的足夠重視，還有一些技術(shù)性問(wèn)題沒(méi)有完全得到解決等原因，使得設(shè)計(jì)施工完的系統(tǒng)不僅投資大，運(yùn)行能耗也相當(dāng)驚人，大大超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空調(diào)能耗占建筑能耗的55%左右，約占社會(huì)總能耗的20%。因此空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能不容忽視，降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗對(duì)減少建筑系統(tǒng)總能耗的意義重大，同時(shí)對(duì)緩解用電緊張局面，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和提高能源利用率也具有十分重要的意義。某研究院辦公樓，地上四層，地下一層，是一座集辦公、科研、會(huì)議及健身、娛樂(lè)為一體的綜合樓？偨ㄖ娣e8900m2，其中地上建筑面積8000m2。附屬設(shè)施一座建筑面積1500m2的職工食堂。
1.空調(diào)冷源
1.1地下室冷凍機(jī)房設(shè)置螺桿式冷水機(jī)組2臺(tái)，每臺(tái)制冷量574kW，功率122kW，冷凍水流量99m3/h，冷卻水流量：120m3/h。設(shè)計(jì)選用開(kāi)利公司產(chǎn)品(機(jī)組有DDC接口)。
1.2冷凍水循環(huán)泵二用一備，流量120m3/h，功率15kW，揚(yáng)程28mH20。冷卻水循環(huán)泵二用一備，流量140m3/h，功率22kW，揚(yáng)程32mH20。
1.3屋面設(shè)置二臺(tái)方形冷卻塔，每臺(tái)處理水量150m3/h。
2.空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1空調(diào)水系統(tǒng)為雙管制一次泵變流量系統(tǒng)：干管間設(shè)壓差旁通閥以及末端設(shè)備設(shè)置電動(dòng)二通閥實(shí)現(xiàn)冷源側(cè)定流量，負(fù)荷側(cè)變流量。
2.2冷凍水共設(shè)兩路：風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)一路;組合式空調(diào)機(jī)組一路。冷凍水供回水溫度為7℃/12℃，系統(tǒng)設(shè)置高位膨脹水箱定壓。
2.3辦公等房間采用新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)系統(tǒng)。將新風(fēng)處理至等焓狀態(tài)送風(fēng)，室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷由風(fēng)機(jī)盤(pán)管獨(dú)立承擔(dān)，新風(fēng)機(jī)組采用熱回收機(jī)組。
2.4會(huì)議廳、多功能廳、食堂及門(mén)廳等均采用變新風(fēng)一次回風(fēng)系統(tǒng)：變新風(fēng)比轉(zhuǎn)換點(diǎn)為室內(nèi)、外焓差相等(hw=hn)，當(dāng)室外空氣焓(hw)大于室內(nèi)空氣焓(hn)時(shí)，采用最小新風(fēng)比運(yùn)行。當(dāng)室外空氣焓(hw)小于室內(nèi)空氣焓(hn)時(shí)，采用全新風(fēng)運(yùn)行。
2.5地下設(shè)備用房、廚房等設(shè)置機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)。
3.新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)
風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是空氣一水空調(diào)系統(tǒng)中的一種主要形式，也是我國(guó)民用建筑中采用最為普通的一種空調(diào)形式。它以投資少、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各類建筑中。
風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)由二部分組成。一是按房間分別設(shè)置風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組，其作用是負(fù)擔(dān)空調(diào)房間內(nèi)的冷、熱負(fù)荷;二是新風(fēng)系統(tǒng)，通常新風(fēng)經(jīng)過(guò)冷、熱處理，新風(fēng)機(jī)僅負(fù)擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷，以滿足衛(wèi)生要求。
4.自動(dòng)控制
4.1空調(diào)自控采用DDC控制系統(tǒng)。
4.2水系統(tǒng)設(shè)置供、回水壓差控制，冷量控制及機(jī)組和設(shè)備運(yùn)行臺(tái)數(shù)控制。
4.3通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻塔回水溫度控制。
4.4新風(fēng)機(jī)設(shè)送風(fēng)溫度控制實(shí)現(xiàn)等焓送風(fēng)。
5.空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施
5.1 采用樓宇設(shè)備自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)空調(diào)末端裝置進(jìn)行控制
在智能建筑中通常采用樓宇設(shè)備自控系統(tǒng)，對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)末端的新風(fēng)機(jī)、回風(fēng)機(jī)、變風(fēng)量風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)盤(pán)管等裝置進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和使用的“精細(xì)化”控制，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。它通過(guò)DDC(直接數(shù)字控制器)控制器，將檢測(cè)的相關(guān)量值進(jìn)行PID(比例、積分、微分)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述設(shè)備的PID控制，達(dá)到一定的節(jié)能效果。這種對(duì)空調(diào)末端設(shè)備的控制可節(jié)能10%-15%，因?yàn)椴荒軐?shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)制冷站及空調(diào)水系統(tǒng)的智能控制，因此，節(jié)能效果不顯
著。這種節(jié)能控制技術(shù)的典型代表產(chǎn)品和生產(chǎn)廠商有：
5.1.1美國(guó)霍尼韋爾公司EXCEL5000樓宇設(shè)備自控系統(tǒng);
5.1.2美國(guó)Johnson公司的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng);
5.1.3德國(guó)西門(mén)子公司S600頂峰系統(tǒng)等。
空調(diào)末端設(shè)備的控制采用樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)，這些設(shè)備的主要特性均實(shí)現(xiàn)了對(duì)空調(diào)末端設(shè)備的節(jié)能自動(dòng)控制，并為動(dòng)態(tài)變流量空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的運(yùn)行創(chuàng)造了更為良好的外
部條件。
5.2采用通用變頻器對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)中的水泵和風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制
為降低中央空調(diào)系統(tǒng)的能源浪費(fèi)，宜采用通用變頻器來(lái)控制空調(diào)系統(tǒng)的水泵和風(fēng)機(jī)，通過(guò)對(duì)供、回水壓差或溫差的采集，對(duì)水泵和風(fēng)機(jī)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)能效果。這種控制方法通？梢怨(jié)約水泵和風(fēng)機(jī)等電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的電能約20%，最高可達(dá)30%。這種節(jié)能
控制技術(shù)的生產(chǎn)廠商和典型代表產(chǎn)品有：
5.2.1美國(guó)AB(Allen Bradley)公司，代表產(chǎn)品有通用變頻器1336PLUSII系列產(chǎn)品;
5.2.2法國(guó)施耐德電氣(SchneiderElectric)公司，代表產(chǎn)品有Ahivar38系列異步電動(dòng)機(jī)
變頻器;
5.2.3德國(guó)西門(mén)子(SIEMENS)公司，代表產(chǎn)品有通用變頻器MICROMASTER440系列
產(chǎn)品。
6.動(dòng)態(tài)變流量空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)
6.1動(dòng)態(tài)變流量控制原理
當(dāng)空調(diào)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)采集一組參數(shù)值經(jīng)模糊運(yùn)算，及時(shí)調(diào)節(jié)冷水機(jī)組、各水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工作參數(shù)，從而改變冷水機(jī)組工作狀態(tài)、冷凍(溫)水和冷卻水流量，改變冷卻塔風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，確保冷水機(jī)組始終工作在效率最佳狀態(tài)，使供回水溫度始終處于設(shè)
定值，從而使主機(jī)始終處于高轉(zhuǎn)換效率的最佳運(yùn)行工況。
動(dòng)態(tài)變流量控制的核心是變流量控制器，在控制器中建立了知識(shí)庫(kù)、模糊控制模型和模糊運(yùn)算規(guī)則，形成智能模糊控制。通過(guò)采集影響冷水機(jī)組運(yùn)行的各種參數(shù)，經(jīng)模糊運(yùn)算，得出相應(yīng)的控制參數(shù)，這些控制參數(shù)被送到冷水機(jī)組、冷凍(溫)水控制子系統(tǒng)、冷卻水控制子系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)控制子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)根據(jù)控制參數(shù)的 變化，利用現(xiàn)代變頻控制技術(shù)，改變空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)水的流量和溫度，以保證整個(gè)系統(tǒng)在滿負(fù)荷和部分負(fù)荷情況下，均處
于最佳工作狀態(tài)，從而最終達(dá)到綜合節(jié)能的目的。
6.2動(dòng)態(tài)變流量節(jié)能控制方法
6.2.1變流量冷卻水泵系統(tǒng)
當(dāng)末端空調(diào)負(fù)荷減少時(shí)，反映到冷水機(jī)組將出現(xiàn)冷卻水出水溫度降低的現(xiàn)向，溫度傳感器檢測(cè)出這種變化趨勢(shì)后，模糊控制系統(tǒng)將自動(dòng)降低冷卻水泵的工作頻率，降低冷卻水進(jìn)水流量，提高冷卻水出水溫度，并使進(jìn)、出水溫差控制在最佳設(shè)定值上，維持冷水機(jī)組的高效
率
運(yùn)行。
6.2.2一次泵變流量系統(tǒng)
當(dāng)末端空調(diào)負(fù)荷變小時(shí)，末端空調(diào)設(shè)備前的兩通閥將會(huì)關(guān)閉或減小，負(fù)荷側(cè)回路管路的阻力增大，冷凍水供、回水溫差將出現(xiàn)減小，供回水管的壓差將出現(xiàn)增高的趨勢(shì)。水溫傳感器及水流壓差器檢測(cè)出這種趨勢(shì)后，模糊控制系統(tǒng)將自動(dòng)降低冷凍水泵的工作頻率，減少冷凍水流量，并使供回水溫差及供回水壓差控制在最佳設(shè)定值 上，維持冷水機(jī)組的高效率運(yùn)
行。
6.2.3二次泵變流量設(shè)計(jì)
二次泵變流量系統(tǒng)分為一級(jí)泵變流量系統(tǒng)和二級(jí)泵變流量系統(tǒng)。其控制原理及效果與一次泵變流量大致相同(在這里不再一一贅述)。而一級(jí)泵系統(tǒng)負(fù)責(zé)確保冷水機(jī)組的安全運(yùn)行，一級(jí)泵系統(tǒng)的旁通管路一般設(shè)計(jì)為直通管，管徑按一臺(tái)冷水機(jī)組額定流量設(shè)計(jì)。一次泵變流量系統(tǒng)跟蹤二級(jí)泵環(huán)路的流量變化，并保證一級(jí)泵環(huán)路的流量大于二級(jí)泵環(huán)路的流量，使旁通冷凍水管保持從供水管流向回水總管。當(dāng)旁通管的流量超出設(shè)定值的范圍時(shí)，變流量控制
器將模糊PID調(diào)節(jié)一級(jí)泵的工作頻率，使旁通管的流量返回設(shè)定值。
7.結(jié)語(yǔ)
暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能在整個(gè)建筑節(jié)能中占有很重要的位置,應(yīng)該引起設(shè)計(jì)人員足夠的重視。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)從設(shè)計(jì)的高角度出發(fā)全面考慮,嚴(yán)格遵守節(jié)能規(guī)范,將節(jié)能的思想貫穿于建筑領(lǐng)域的各個(gè)方面。節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)及可再生能源的循環(huán)利用,應(yīng)當(dāng)?shù)玫秸扔嘘P(guān)部門(mén)的支持,并大力推廣。并且設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、質(zhì)監(jiān)、市政管理等部門(mén)應(yīng)密切配合,抓緊實(shí)施按冷、熱計(jì)量裝置收費(fèi),使老百姓真正從節(jié)能建筑中得到實(shí)惠,節(jié)能建筑和非節(jié)能建筑不能實(shí)行同樣的采暖收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)要提高公眾的節(jié)能意識(shí),大力開(kāi)發(fā)推廣新的節(jié)能技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)。
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