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1、建筑电气节能技术,第三章. 中央空调系统及节能技术,第二节 中央空调变流量控制节能技术,一.问题的提出 二.变流量水系统的基本概念及原理 三.中央空调水系统的负荷特性 四.变流量水系统的类型 五.变流量水系统的控制方案,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 问题的提出,一.问题的提出 据新华社成都2009年12月12日电(记者 齐中熙)中国房 地产研究会副会长顾云昌表示,中国现在每年新建的房屋面 积占到世界总量的50%,而建筑能耗占到中国全社会能耗总 量的40%。,建筑能耗所占的比例,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 问题的提出,中央空调存在的问题： 1.建筑空调都是以最不利工
2、况为设计标准； 2.空调系统在大部分时间都是在部分负荷下运行。 3.在国内，绝大多数大型建筑空调水系统均为定流量系统 容量往往远远大于实际需要，浪费能源。 解决方法：根据空调负荷变化对水系统进行变流量节能控 制，一种有效的节能手段。,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 问题的提出,一个理想的空调水系统它应该具备如下的特点： 1) 负荷变化时保持冷却水和冷冻水的送回水温差不变； 2) 水系统运行能耗最小，当负荷减少时，冷水机组运行能 耗随之减少，水泵运行能耗也随负荷的减小而相应减少； 3) 系统简单，一次投资少； 4) 具备储能功能。,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 问题的提
3、出,二.变流量水系统的基本概念及原理 目的：使冷水所载的冷量及冷却水所带走的热量与不断 变化的末端负荷相匹配，从而节约运行费用。 图为二级泵系统。冷源 所在环路称为一次环路， 水泵称为一次泵；空调末 端所在环路称为二次环路， 水泵称为二次泵。 管段A-B 称为旁通管， 它为一次环路和二次环路 共用。,第三章.第二节中央空调变流量控制节能技术 基本概念及原理,二次泵系统可用热力学第一定律表述为： 3-1 热力学第一定律表明，在冷水系统中，可以根据系统的实 际冷负荷大小调整冷水流量或冷水系统送回水温差。,第三章.第二节中央空调变流量控制节能技术 基本概念及原理,在负荷末端，进行冷水系统设计时，Q、
4、W、t 己经确定。 Q 为系统设计工况下的冷负荷， t 为按规范确定的温差，一般取5。 但是当系统实际冷负荷Q 变化时，为保证式3-1 的平 衡，由热力学第一定律，必须改变冷水流量W 或温差t 的 大小。例如当冷负荷在某一时刻为设计值的50%，并且冷水 送水温度不变，那么对于冷水系统来说可能会产生三种情况： A.流量W 减为设计流量的50%；-变流量系统 B.t 减小；-定流量系统 C.两者同时变化。 理想的变水量系统：冷水流量与负荷成线性关系。,第三章.第二节中央空调变流量控制节能技术 基本概念及原理,第三章.第二节中央空调变流量控制节能技术 基本概念及原理,水泵的流量、扬程、功率与转速的关
5、系表示如下： 3-2 3-3 3-4,以上3-1，3-2，3-3称水泵的相似定律。可用以下曲线描述：,第三章.第二节中央空调变流量控制节能技术 基本概念及原理,从相似定律可以看出，在理想状况下，当水泵转速变化 时，水泵功率将与转速成三次方变化。即如果水泵转速为 设计工况下转速的50%时，其功率将为设计工况下的12.5% 。因此，变流量（变频调速）对水泵的节能有很大的潜力。,第三章.第二节中央空调变流量控制节能技术 基本概念及原理,，,三.中央空调水系统的负荷特性 （将讨论节能的可行性） 负荷主要来自围护结构传热(包括太阳辐射)和新风负荷。,第三章.第二节中央空调变流量控制节能技术 水系统负荷特
6、性,表3-1，3-2说明：,冷水机在设计时一般留有20%裕量，即建筑物的最大冷量是冷水机容量的80%。 因此可以推论：,第三章.第二节中央空调变流量控制节能技术 水系统负荷特性,一般流量的调节 范围可控制在70% 3-5 (或60%)100%之间。 变流量与定流量两 3-6 种系统的水流量分 别可表示为： 3-7,第三章.第二节中央空调变流量控制节能技术 水系统负荷特性,建筑负荷的实际能耗将遵守水泵相似定律，能耗只有设计 工况时的21.6%51.2%。 所以变流量水系统对中央空调系统的节能效果将非常明显。,同时使用系数和参差系数按照0.6-0.8 进行计算， 即： 3-8,第三章.第二节中央空
7、调变流量控制节能技术 水系统负荷特性,四.变流量水系统的类型 1.变流量一次泵系统 冷源侧定流量，负荷 侧变流量的一次泵系统 variable primary flow 简称：VPF 对制冷机与水泵来说： 是先串后并方式。,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 变流量水系统,电动两通阀： 只有开、关两个状态。,工作特点： A.只有一组定速泵,靠电磁阀调节流量; B.旁通管上多一个控制阀，当系统水量小于单台冷冻机最小允许流量时，旁通阀打开，旁通一部分水量使冷冻机运行在最小允许流量之上。最小流量由流量计或压差传感器测得。,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 变流量水系统,水泵与冷水机
8、组独立并联的方式,工作特点: A.靠电磁阀调节流量, B.接管较为方便，机房布置整洁、有序。,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 变流量水系统,2.冷源侧定流量，负荷侧变流量二次泵系统 冷水机组多数要求通过蒸发器的水流量为恒定流量，负荷 侧和冷源侧分别设置水泵,工作特点： 1)可得到用户需要的不同水温； 2)系统冷源为定流量，而输送泵和负荷环路为变流量。,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 变流量水系统,3.单环路变水流量系统 构造前提：使用变负荷冷水机，允许蒸发器内的水流量变化。,运行有严格的要求： A.负荷不小于规定值； B.供回水温差不大于预定值 。 工作特点： A.节省
9、了初投资； B.冷冻水流量和冷水机容量 都可以有效配合各种负荷； C.便于计算机控制,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 变流量水系统,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 控制方案,五.变流量水系统的控制方案 溴化锂直燃机原理： 溴化锂吸收式制冷机是以溴化锂溶液为吸收剂，以 水为制冷剂，利用水在高真空下蒸发吸热达到制冷的目 的。为使制冷过程能连续不断地进行下去，蒸发后的冷 剂水蒸气被溴化锂溶液所吸收，溶液变稀，这一过程是 在吸收器中发生的，然后以热能为动力，将溶液加热使 其水份分离出来，而溶液变浓，这一过程是在发生器中 进行的。发生器中得到的蒸汽在冷凝器中凝结成水，经 节流后再
10、送至蒸发器中蒸发。如此循环达到连续制冷的 目的。可见溴化锂吸收式制冷机主要是由：吸收器、发 生器、冷凝器和蒸发器四部分组成的。,举例：某综合体1-26楼为宾馆客房，裙楼为大堂及商场。采用3台直燃式溴化锂吸收式制冷（热泵）机组。该系统冷冻水系统类型属于冷源侧定流量，负荷侧变流量的一次泵水系统。该水系统在部分负荷运行的时候，只能通过停用部分冷冻水泵和冷却水泵来实现节能。以冷冻水循环为例，当大厦负荷不足50%时，可以停用一台冷冻水泵，另一台满负荷运行。当负荷大于50%时，两台水泵则要同时满负荷运行。由此可见，水泵的负荷只能是50%和100%有级可调，除非负荷刚好处于50%和100%，否则都会有相当部
11、分能耗的浪费。,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 控制方案,图3-24 大 厦 中 央 空 调 水 系 统 图,将冷冻水和冷却水均设计为变流量的控制系统 1.冷冻水侧的变流量控制方案 已知原系统为冷源侧定流量，负荷侧变流量的一次泵系统。制冷机组本身也具有的变负荷运行能力，允许根据负荷的大小改变制冷机蒸发器内的流量，所以可以将系统改造成为一个一次泵变流量系统（VPF）。 当末端空调负荷变化时，电动二通阀调节开度，改变冷冻水量，此时一采用定的控制措施，变频水泵和冷冻机组荷的改的水流量都随负变而改变，通过调整冷水流量和制冷机容量，能有效满足所有负荷工况，另外在旁通管上增设了旁通控制阀，以维
12、持运行冷冻机的最小流量。 控制策略：采取定温差控制法或定压差控制法。,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 控制方案, 冷冻水温 差控制法 根据公式：,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 控制方案, 压差控制：因为水力惯性时间常数小，压力变化会比温度变化迅速得多，故采用压差控制。 水系统的功率、扬程及流量满足下式：,扬程H 与供、回水总管压差P 成线性关系。如果H 不变，则水泵功率N 只与流量G 的一次方成正比，这种系统节能不显著。,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 控制方案,在定压系统中，流量从 G0 变化到G 时，水泵速 度只是由n0 到曲线n1 ， 系统压差H0
13、不变。 实际上在满足流量的 情况下，水泵速度是可以 由n0 调到n2,此时压差降 低(H0-H1)，整个系统处在 变压状态，此时水泵能耗 将会大幅度下降。,如果真正实现节能，压差必须改变。现讨论G-H曲线：,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 控制方案,通过调整一次泵的转速来使最不利环路的压差保持不变的 控制法，称为最不利环路压差控制法。 根据最不利环路特性设定Pc， 计算机通过压差传感器 测到最不利末端的压差P，对两者的大小进行比较，来调节 水泵转速。根据公式：,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 控制方案,图3-16 土壤热泵系统,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术
14、 控制方案,2.冷却水系统变流量控制方法 在满足负荷的前提下（制冷机COP 值不变），控制冷却 水流量越小越节能。 冷却水变流量定温差控制方法 保持冷凝器内冷却水进出水温差不变。流量会随负荷而变化，为了保证水流量不低于最小流量，设定频率下限，通常在25 Hz 以上。负荷Q 与冷却水流量W 和冷却水的进出水温度t1 , t2 间的关系为：,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 控制方案,式中Cp 为水的比定压热容；COP 为冷水机组的热效率。两个参数基本不变，流量与热负荷成正比。温差一般设5。,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 控制方案, 冷凝温度控制法 冷凝温度控制法，是以冷却水出水温度t2 作为控制变量，间接地控制冷凝温度。在部分负荷下，将冷却水出水温度仍然控制在上限温度，可以最大幅度地减少冷却水流量，从而实现节能。,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 控制方案,第三章.第二节 中央空调变流量控制节能技术 控制方案,谢谢大家！ 授课教师：丁 宝 办公地点：逸夫楼612室 联系方式： 13359722626,
