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1、中央空调节能改造,北京香格里拉饭店 李建,(1)中央空调系统的动态节能控制与效益评估,中央空调的管理节能 1. 制冷机冷冻水的出水温度提高2-5，即可以提高制冷效率又可以合理地控制末端冷量的消耗。,1）从制冷学的原理中我们知道，冷量的温度水平越高，制取单位冷量的能耗就越低。通常冷冻水的温度每升高1，制冷机能耗下降3%左右. 目前中央空调的运行方式是冷冻水的出水温度7保持不变，当末段为部分负荷时，电磁阀门自动关闭，室内供冷量通过冷冻水流量的调节来控制，我们称之为“量的调节”；而根据中央空调系统的具体情况、用户的特点、末端设备配置、环境温度等因素，通过控制中央空调冷冻水的出水温度来调节供冷量称之为
2、“质的调节”。 中央空调系统传统的“量的调节”消耗了更多的电力，是一种极其不经济的做法，“质的调节”好处是降低了单位冷量的能耗。特别是在过渡季节，因末端设备相对有较大的换热余量,通过提高冷冻水的出水温度,基本上可以在不牺牲舒适度的前提下,达到节能的目的。,2）在实际运行中，中央空调冷冻水以高于7的变水温工况运行,还使的制冷机的制冷量有所增加,在一些场合提高冷冻水出水温度会减少制冷机及配套水泵开启的台数,使节能效果增大； 3）为了响应政府的节能节电的号召，将室内温度提高2-3，那末通过提高冷冻水出水温度的措施降低了末端设备消耗冷量的能力，使室内温度无法达到更低的温度，这就有效地抑制了过度的消费和
3、不必要的浪费;利用提高冷冻水出水温度控制末段冷量的供给、控制室内温度的做法更具有可操作性。,2避免制冷机部分负荷运行，可采用水蓄冷的方式，也可采用板式交换器来减少过渡季节冷冻机开机时间使制冷机和系统始终处于100%高效运行区。充分利用峰、平、谷期不同电价降低电费支出。,1）结合高温供冷冻水，通过部分制冷主机的间断开、停，减少水泵运行时间，使制冷机只有100%满负荷运行或0%停机两种状态，可以有效地减少水泵运行时间并使制冷机维持在高效区间运行。 2）在实施峰、平、谷不同电力价格的地区，尽量在平、谷电力期间多开制冷机将中央空调系统中的水和室内环境温度降到一定的水平，在峰电期间少开制冷机、少用电，使
4、系统温度维持在用户可以接受的范围内。其实质是利用了便宜的平、谷电力借助中央空调系统中的水和建筑物蓄冷，同样可以起到降低电费，合理用电的目的。,3不同时段、不同季节、不同场合对新风量的需求不同。,1）充分利用自然冷源减低室内焓值 由于商场人流密度和设备发热量大，室外温度在15-20，仍然需要给商场提供冷量，这种情况每年超过40多天。通过采取关闭回风通道，加大新风口的措施对商场实施全新风供给，节能效果显著。 2）减少设备房空调用电 至少在过渡季可以利用室外空气或是室内冷空气的二次利用降低机房温度，关键是要组织好机房内空气流动，降低机房空调用电。,4充分利用闲置的冷却塔降低冷凝温度。当冷却水系统为总
5、管制时，取消冷却塔的进回水电磁阀，通过改进冷却方塔的布水装置，在部分制冷机开启时，可以实现一机对两塔，两机对三塔，此时冷却塔采用电机变频装置或是变级电机降低风扇的功率。,中央空调的改造节能 1修正原设备匹配不合理的匹配 水泵运行严重地偏离设计工况是设备匹配不合理最普遍的问题，我们一直采取更换水泵的方法，由于更换水泵的费用仅为购买变频装置30-40%，重要的是：更换新的水泵效率高，没有变频装置的多余损耗，运行管理更为方便。,2部分负荷时，降低水泵流量的措施必须慎重 如果设计精确，制冷机在满负荷时的进出水温差应该为5，当部分负荷时，以5温差为控制目标对冷冻水和冷却水施行变流量控制，必须考虑到降低流
6、量对传热温差、水侧管内换热的影响而导致蒸发温度和冷凝温度的变化，否则会得不偿失。 3. 改造节能原则 1）节能技术的采用必须满足特定的条件，不能生搬硬套（某大型蓄冰空调、冷热电联供）。 2）节能技术的效益评估不能以不良的管理为依据。 3）节能技术改造要本着少花钱多办事的原则，以相对收益率来确定改造项目实施顺序。,我们可以采取“实时控制、合理输送、按需生产、综合集成”的方式对中央空调运行负荷进行动态控制。 首先要采用管理节能方式，即不需要投入资金就可以达到节能目的。 其次要以最小代价获取最佳节能效果为原则进行改造节能。 这样对中央空调节能有着实际的借鉴意义。,动态变流量控制原理 当空调负荷发生变
7、化时，通过采集一组参数值经模糊运算，及时调节冷水机组、各水泵和冷却塔风机的运行工作参数，从而改变冷水机组工作状态、冷冻 (温)水和冷却水流量，改变冷却塔风机的风量，确保冷水机组始终工作在效率最佳状态，使供回水温度始终处于设定值，从而使主机始终处于高转换效率的最佳运行工况。,动态变流量控制的核心是变流量控制器，在控制器中建立了知识库、模糊控制模型和模糊运算规则，形成智能模糊控制。通过采集影响冷水机组运行的各种参数，经模糊运算，得出相应的控制参数，这些控制参数被送到冷水机组、冷冻(温)水控制子系统、冷却水控制子系统、冷却塔风机控制子系统。这些子系统根据控制参数的 变化，利用现代变频控制技术，改变空
8、调系统循环水的流量和温度，以保证整个系统在满负荷和部分负荷情况下，均处于最佳工作状态，从而最终达到综合节能的目的。,动态变流量节能控制方法 变流量冷却水泵系统 当末端空调负荷减少时，反映到冷水机组将出现冷却水出水温度降低的现向，温度传感器检测出这种变化趋势后，模糊控制系统将自动降低冷却水泵的工作频率，降低冷却水进水流量，提高冷却水出水温度，并使进、出水温差控制在最佳设定值上，维持冷水机组的高效率运行。,一次泵变流量系统 当末端空调负荷变小时，末端空调设备前的两通阀将会关闭或减小，负荷侧回路管路的阻力增大，冷冻水供、回水温差将出现减小，供回水管的压差将出现增高的趋 势。水温传感器及水流压差器检测
9、出这种趋势后，模糊控制系统将自动降低冷冻水泵的工作频率，减少冷冻水流量，并使供回水温差及供回水压差控制在最佳设定值 上，维持冷水机组的高效率运行。,二次泵变流量设计 二次泵变流量系统分为一级泵变 流量系统和二级泵变流量系统。其控制原理及效果与一次泵变流量大致相同。而一级泵系统负责确保冷水机组的安全运行，一级泵系统的旁 通管路一般设计为直通管，管径按一台冷水机组额定流量设计。一次泵变流量系统跟踪二级泵环路的流量变化，并保证一级泵环路的流量大于二级泵环路的流量，使旁通冷冻水管保持从供水管流向回水总管。当旁通管的流量超出设定值的范围时，变流量控制器将模糊PID调节一级泵的工作频率，使旁通管的流量返回
10、设定值。,(2)系统水流量与负荷同步智能控制技术,中央空调节能控制系统是集计算机控制技术、模糊控制技术、变压变频调速技术为一体，实现了对中央空调冷冻水系统、冷却水系统、冷却塔风机系统及主机的智能优化控制，把空调末端所需要的冷量与主机冷量输出两者协调统一起来。在保障末端舒适度的前提下，最大限度地减少了空调系统的能源浪费，达到最佳节能的目的。,1.冷冻水侧：中央空调节能控制系统对冷冻水系统实行变流量控制，在满足用户端空调流量和压力要求前提下，实现最佳的节能效果。冷冻水系统采用了输出能量的动态控制，实现了空调主机冷媒流量跟随末端负荷的需求供应，使空调系统在各种负荷情况下，都能既保证末端用户的舒适性及
11、工艺需求，又最大限度地节省了系统的电能消耗。 2.冷却水侧：中央空调节能控制系对冷却水及主机系统采用模糊优化的控制方法。PLC控制器依据所采集的空调系统实时数据及系统的历史运行数据，计算出冷却水最佳进、出口温度，并与检测到的实际温度进行比较，根据其偏差值，动态调节冷却水的流量，使系统转换效率逼近不同负荷状态下的最佳值，从而实现中央空调系统运载能耗最大限度的降低。,中央空调节能控制系统提供多种控制操作模式，使冷水机组在不同工况下都能在最佳的状态下。这种控制方式在不降低空调舒服度的前提下，为冷水机组节约5%10%的电能。,压差式水流开关是根据HVAC设备的阻力和流量的曲线设计的。通过检测其两端的进
12、出水压差，并与该装置的预先设定值进行比较，就可以准确控制流量。 压差式流量开关是一种精确的流量控制方式，它具有准确的流量控制值。它直接安装在机组内，避免用户安装不正确的情况出现。如果在机组内安装从压差开关连接两根铜管至换热器的进出口，测量其进出口的压差，即反映出流量。 压差式流量开关具有流量控制准确、对系统不再额外增加阻力、又对水管管径没有要求以及无水流扰动干扰等特性。,(3)余热回收技术及其应用,在企业的生产过程中，由各种换能设备，用能设备和化学反应设备中产生而未被利用热量能源，叫做余热。 主要表现为热空气（烟气）、热水蒸气，它包括高温废气余热、冷却介质余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热
13、等。 根据调查，各行业余热总资源约占其燃料总量的17%18%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%，余热的数量很大，若加以利用，可节约大量能源。,余热回收装置的核心技术是“热管技术”。热管具有超常的热活性和热敏感性，遇热而吸，遇冷而放，是优良的导热材料，具有“超导热体”之称。 热管中的导热介质经过吸热蒸发传递放热冷凝回流，如此往复，高速循环，达到热量从一端快速传输到另一端的目的。,余热回收涉及领域：,食品工业 烟气净化改造工程 石油化工工业 水泥工业 干燥工业 纺织工业 陶瓷工业 玻璃工业 耐火材料制造业 钢铁冶金工业 供热、动力工程,北京香格里拉饭店的方案：,采用热管换热器，安装在锅炉
14、的排烟出口，利用热管技术，经过交换提升锅炉冷水温度，降低锅炉排烟温度从而降低锅炉的排烟热损失，提高锅炉的热效率，节约能源，减少天然气耗量，提高经济效益，并且改善环境。,具体的工艺流程：凝结水箱的出水利用水箱液位和热管换热器的高度位差，流入位于锅炉烟气出口的热管换热器，经换热提升温度后，由除氧水泵加压送入除氧器，烟气则在换热器降温后由烟囱排出。,余热回收系统简图：,凝结水箱,热管换热器,热烟气,去烟囱,蒸气凝结水,软化水,去除氧器,经济效益分析：,在锅炉额定蒸气量的情况下，换热器可回收的换热量为188KW，每小时可节约燃气量18.7立方米，相当于提高锅炉效率5%。每年按运行5000小时计算，则每
15、年节约燃气93500立方米，节约费用20余万元。以热管换热器预期寿命10年计算，总共可节约182万元。,冷库压缩机组余热回收 冷库制冷压缩机组在运行过程中，释放一定的热量，传统做法是将热量排出室外，我们在压缩机组排风管道安装一个三通阀，冬季将热量放入室内，提高室内温度，夏季则排出室外，同样达到冷却机组的作用。,(4)变频技术及其应用,变频技术已在现代建筑中得到广泛的应用，并得到广泛的认可，我们认为实际应用中视设备的情况不同，分别对待、不能生搬硬套，更不能以不良的管理数据为依据. 变频技术必须满足特定的使用条件，它适用于设备的负荷率小于70%的工况设备上，最好是单一设备，因单一设备容易评估它的效
16、率。如果用在系统设备上一定要小心，因系统设备的关联性复杂，难以评估它的效率。,例如冷冻水泵变频，该技术已被很多用户采纳，由于变频可以调整流量方式提供冷量的需求，负荷小时减少流量，降低了水泵的功率，从而减少能耗。但是水泵运行偏离工况是设备匹配不合理的普遍问题。 针对这一问题我们采取更换水泵的方式解决大流量问题，这是由于更换水泵的费用仅为购买变频设备装置的30%40%，重要的是更换新的水泵效率高，没有变频装置的多余损耗，运行管理更方便。,我们长期以来反对冷却泵做变频，因为冷却水流量变化会导致冷冻机和冷却塔的负荷变化，会使系统负荷发生转移，最终很难评估是否节能。 我们经过多年的研究，发现在新风和排风系统中做变频，节能效果非常明显。比如在大宴会厅AHU系统中加装变频，进行恒温恒湿控制，即保障了舒适度，又避免了风压大、噪音大等问题，而且节能效率较高。,
